“BIM+裝配式”建筑實訓課程改革研究★

馬維尼

(河南經(jīng)貿(mào)職業(yè)學院,河南 鄭州 450000)

裝配式建筑的需求,是現(xiàn)代工業(yè)化發(fā)展的產(chǎn)物,給建筑行業(yè)帶來了新的變革和發(fā)展。不僅建筑施工速度被大幅度提高,也實現(xiàn)了建筑行業(yè)構配件一體化、規(guī)?；a(chǎn)。但隨之而來的是新問題的產(chǎn)生。例如,從技術和管理層面來看,設計、生產(chǎn)制造和現(xiàn)場安裝三個階段是分開的,一旦出現(xiàn)設計結果不合理,或者生產(chǎn)部件不精確的情況,那么在安裝過程中就會發(fā)現(xiàn)不能使用構配件,這樣勢必會產(chǎn)生工程變更和人力與物力的浪費,加大經(jīng)濟投入,甚至對質(zhì)量安全造成影響;另外工廠統(tǒng)一批量生產(chǎn)、客戶難以兼顧個性化需求和成本等[1]。

然而,BIM技術的出現(xiàn),賦予了將建筑進行信息化的功能,使建筑構配件的結構設計、機電管線設計、工廠加工、現(xiàn)場安裝等環(huán)節(jié),通過預先建立和管理建筑模型(主要是預制構配件),生成圖表,設計精確度和效率大大提高?！癇IM+裝配式”建筑的結合,為裝配式建筑的發(fā)展提供了強有力的數(shù)據(jù)支持。

經(jīng)調(diào)研,截止目前,高校雖已開設了許多與BIM技術相關的課程,但BIM技術在裝配式建筑實訓課程方面的研究還相對匱乏。本文以真實案例為基礎,就如何將BIM技術用于裝配式建筑建造過程,更新實訓內(nèi)容,增強學習者的實訓效果,促進裝配式建筑的發(fā)展,以某裝配式建筑施工項目為例進行探討。

1 裝配式項目簡介

該項目位于某綜合實驗區(qū)內(nèi),建設內(nèi)容包含住宅8棟,建筑面積13.7萬m2,地下建筑面積7.2萬m2;主體部分1層—4層承重墻為現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻,5層—31層外墻為裝配式混凝土墻,內(nèi)承重墻為現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻,預制構件類型包含預制外墻板、疊合樓板、樓梯、空調(diào)板、陽臺板、疊合梁;預制率為40%,裝配率50%以上。由于本項目采用EPC項目管理模式,同時工期要求緊、任務重、環(huán)境管制較多,周圍已有建筑較多,人工、材料投入需合理安排,對項目質(zhì)量安全管理要求高,管理任務復雜。

2 “BIM+裝配式”建筑綜合實訓設計與實施

在學生實訓過程中,以某裝配式建筑施工案例為基礎,依據(jù)已有CAD圖紙,先進行構件拆分,再完成土建、裝配式和機電模型的創(chuàng)建,依次進行碰撞分析、施工場布模擬、管綜深化,到裝配式構件的制作、施工、堆場模擬等各個環(huán)節(jié)的應用,對BIM在裝配式建筑中的應用技巧進行了詳細的講解。

2.1 建立團隊、協(xié)同作業(yè)

根據(jù)項目需求,實現(xiàn)BIM項目工程信息協(xié)同化、管理精細化、建設高效化、運維科學化的目標。實訓項目以小組為單位,每組6名學生,組建BIM項目小組,確定各角色人員職責與權限,開展階段性考核與評價,團隊組織及分工如表1所示。

表1 BIM項目團隊及分工

2.2 確定工作流程、有據(jù)可依

到目前為止,BIM技術與裝配式建筑中的結合,不僅僅是簡單的構件碰撞分析,而是對整個項目在全生命周期的應用[2]。在BIM模型中包含了大量工程信息模型,如設計信息、施工任務信息、資產(chǎn)管理信息等,這些數(shù)據(jù)才是BIM應用的核心價值所在。在具體案例實施中,要針對Revit模型產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過BIM平臺實現(xiàn)與施工方之間的BIM數(shù)據(jù)傳遞與共享。

為此,根據(jù)實訓目的和項目內(nèi)容,將實訓過程劃分為前期策劃、模型創(chuàng)建、綜合優(yōu)化和施工模擬四個階段,制定BIM技術在各階段的實施細則,運用BIM技術充分溝通、解決、記錄,展開各專業(yè)的深化設計;另外,利用工程算量軟件,依據(jù)BIM模型完成各階段相應的工作量計算,圖1為項目實施的總體流程。

2.3 方案實施、提升技能

1)依據(jù)建模標準完成模型搭建。通過BIM標準的制定將BIM模型從創(chuàng)建到應用過程中的流程標準化,做到一個標準、一套規(guī)范,從而提高項目BIM應用的可復制性。同時實現(xiàn)多用戶在同一項目上同時工作,節(jié)省時間,提高大型項目的操作效率,不同專業(yè)之間的協(xié)作,便于培養(yǎng)和造就一支結構合理、充滿創(chuàng)新活力的BIM技術團隊,使學生能夠快速適應真實工作模式。

2)依據(jù)圖紙完成裝配式構件信息集成。根據(jù)真實案例,1層—4層主體完成后,進入標準層準備化施工環(huán)節(jié),根據(jù)設計圖紙,采用預制構件專業(yè)設計BIM軟件進行預制構件的拆分和優(yōu)化設計,預制構件設計如圖2所示,從而實現(xiàn)鋼筋、混凝土、管線等主要材料的統(tǒng)計,完成連接件、吊點、預留預埋件的布置。后期可以將所有構件信息直接傳遞到工廠生產(chǎn)環(huán)節(jié),指導自動劃線、擺模、布筋、布料等工序。

3)依據(jù)設計完成工廠化生產(chǎn)模擬。本實訓項目采用EPC五化一體(即設計標準化、生產(chǎn)工廠化、施工裝配化、結構機電裝飾一體化、管理信息化)的工程總承包管理模式,以綠色發(fā)展理念進行產(chǎn)業(yè)化建設。

以標準化模數(shù)模塊為設計理念,學生在實訓中對標準化、系列化的模具進行相應設計,使作業(yè)標準化程度得到提高;將工廠操作搬到實訓室,采用裝配式建筑虛擬仿真實訓,結合實操建筑模型,按照構件生產(chǎn)企業(yè)的崗位需求,進一步劃分模塊,實現(xiàn)完整的操作流程。裝配式構件實訓內(nèi)容包括:原材料預算、建筑材料試驗、模具準備、鋼筋操作、混凝土制作、構件澆筑、拉毛收光、構件蒸養(yǎng)、起板入庫等9個實訓內(nèi)容。

學生實訓中以標準化的模數(shù)模塊設計為前提,相應設計了標準化、系列化模具,提高標準化作業(yè)程度;利用裝配式建筑虛擬仿真實訓把工廠操作搬到實訓室,結合實操建筑模型來實現(xiàn)完整的操作過程,根據(jù)混凝土構件生產(chǎn)企業(yè)崗位需求對模塊進行進一步劃分,混凝土構件生產(chǎn)虛擬仿真實訓軟件包括:原料預算、建筑材料試驗、模具準備、鋼筋操作、混凝土制作、構件澆筑、拉毛收光、構件蒸養(yǎng)、起板入庫9個實訓內(nèi)容。讓學生模擬一線操作人員,獲得將自己設計的構件進行生產(chǎn)組裝的親身體驗,使其走出校門就能適應多個崗位的工作,既能制作組裝又能進行施工安裝裝配式建筑,迅速成為行業(yè)精尖人才。

4)依據(jù)施工方案與現(xiàn)場實際情況完成施工模擬。一項工程從進場施工開始,首先面臨的就是整個工程的建設場地如何合理安排的問題。合理的場地布置可以使大型機械和臨時設施盡量合理安排,降低施工現(xiàn)場材料和機械反復調(diào)整的幾率,使大型機械設施的性能發(fā)揮到最大限度。在實訓過程中,BIM項目組建立施工現(xiàn)場布置模型,將現(xiàn)場施工方案交底可視化,根據(jù)施工方案和現(xiàn)場實際情況制作施工模擬視頻,改善施工工人對方案的理解;以便發(fā)現(xiàn)模擬中的問題,能夠及時交流,避免類似問題在建設中發(fā)生,造成工期和經(jīng)濟損失。利用BIM技術對將建筑模型的建設全過程映射為虛擬環(huán)境,通過操作這個虛擬環(huán)境,最終實現(xiàn)驗證、優(yōu)化、調(diào)整、優(yōu)選建筑方案的目的,從而達到觀察、跟蹤、控制和指導整個建筑過程的目的。

5)依據(jù)BIM5D平臺完成數(shù)據(jù)管理。在施工過程中,項目經(jīng)理如果按照傳統(tǒng)的方法費時費力,信息難以記錄、查詢和統(tǒng)計的問題,需要一套有效的工具來幫助輕松完成這些工作,需要了解工程進度,關鍵部位的制作流程的質(zhì)量控制,現(xiàn)場設備的維護和管理。該實訓案例基于BIM5D平臺對項目成本、進度、安全、質(zhì)量、環(huán)境保護和文明施工等方面進行了有效化管理。通過BIM模型整合和共享建設過程中的數(shù)據(jù)信息,獲得實時可視化的建設進度信息,并將已完成工作的工程量進行輸出,從而提供精確的實時計量數(shù)據(jù),用于對進度的監(jiān)控;實現(xiàn)有效控制工程建設進度[3]。

比如項目各方能夠隨時查看計劃進度以及實際完成情況,及時作出對項目進度的調(diào)整,縮短項目施工工期。實訓學生主要通過以下幾個步驟來完成進度計劃的管理:一是將BIM模型和資料上傳到BIM平臺上,以便參與項目的各方都能及時掌握項目信息;再結合時間進度,借助BIM相關軟件編制工程進度表;此外,在后期項目實施過程中,采取實時跟蹤檢查;最終,根據(jù)實際數(shù)據(jù)識別偏差,進行實施過程診斷。

2.4 過程化考核、綜合訓練

針對綜合實訓考核評價方面,堅持“過程化、項目化、雙師化、合理化”原則,實現(xiàn)以裝配式建筑真實案例為載體,依據(jù)項目內(nèi)容及進度進行合理分工,避免團隊成員“空窗期”;企業(yè)導師與校內(nèi)導師相互配合,利用BIM平臺適時查看學生實訓開展情況,完成過程化考核評價。學生最終實訓成果主要由過程考核(涵蓋前期策劃10%、模型創(chuàng)建10%、綜合優(yōu)化15%、施工仿真15%四個階段)、作品展示(涵蓋三維模型、圖紙深化設計、問題記錄報告、工程量清單、構件堆場仿真、制作仿真、施工仿真視頻等)、項目匯報與總結三部分組成,分別占比50%,30%和20%。

3 實訓成效分析

3.1 多課程交叉融合,學生綜合素養(yǎng)顯著改善

裝配式建筑綜合實訓以BIM技術為基礎,涉及多門課程的交叉融合,如建筑識圖與構造、施工、造價、工程管理等,不僅對學生的團隊協(xié)作能力進行考查,同時強化學生多門課程的融合。經(jīng)過實訓練習,使學生的專業(yè)知識、技能、應變、創(chuàng)新、交流與協(xié)作等綜合素養(yǎng)顯著改善,有助于學生快速適應工作崗位需求。

3.2 雙導師協(xié)作深入,教師團隊能力明顯提高

企業(yè)導師與校內(nèi)導師相互配合,利用BIM平臺適時查看學生實訓開展情況,增加了校企雙導師交流機會,使實訓過程最大程度符合工作過程,同時將行業(yè)新技術引入到教學中,整體提升了教師教學能力。

3.3 校企協(xié)作增加,項目實戰(zhàn)機會增強

堅實的專業(yè)能力吸引了大量的校企合作單位。如裝配式構件生產(chǎn)公司、BIM研究中心、咨詢公司、施工企業(yè)的BIM中心等[4],將部分工作量交由學生完成,既加強了學生工作能力,又提升了企業(yè)工作效率,為學生就業(yè)奠定了良好基礎。

4 “BIM+裝配式”建筑綜合實訓推廣

“BIM+裝配式”建筑綜合實訓對裝配式建筑的實現(xiàn)起到重要的支撐作用,特別是在預制構件布設、管線綜合布設、專業(yè)協(xié)同等都能起到一定的指導作用。本實訓項目通過BIM技術深化預制構件,模擬預制構件安裝過程,提前發(fā)現(xiàn)并解決多處圖紙問題及構件碰撞問題,減少了二次返工。在模型中虛擬施工,既為企業(yè)開拓市場增加亮點,提高施工技術管理,節(jié)約管理成本;又能充分體現(xiàn)高職教育特色,使學生在知識、技能、素質(zhì)等方面得到全面發(fā)展,幫助學生快速適應崗位需求,有效提升企業(yè)滿意度,提高專業(yè)對口就業(yè)率。