BIM技術(shù)在裝配式建筑工程中的應(yīng)用

羅延峰 羅艷興

（山西一建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030032）

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，施工技術(shù)不斷推陳出新，裝配式施工技術(shù)以高質(zhì)量、高效率、低耗能以及綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)脫穎而出。在提倡綠色環(huán)保建設(shè)的當(dāng)今社會(huì)，裝配式施工技術(shù)備受建筑行業(yè)青睞，成為大多數(shù)建筑公司的首選。而BIM技術(shù)通過對(duì)建筑工程的信息的整合，創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)信息庫，從而使項(xiàng)目各個(gè)階段達(dá)成了數(shù)據(jù)共享，極大地保障了項(xiàng)目的施工質(zhì)量，提高了施工效率。BIM 技術(shù)和建筑施工技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用正逐步得到建筑行業(yè)從事人員的了解、認(rèn)可。BIM技術(shù)的應(yīng)用也必將推動(dòng)建筑行業(yè)建設(shè)方式的改革。

本文結(jié)合住宅項(xiàng)目實(shí)例，對(duì)BIM 技術(shù)在裝配式工程施工中的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述，并介紹了BIM 技術(shù)在裝配式工程中的運(yùn)用，最后提出施工質(zhì)量和安全的控制措施。

1 BIM技術(shù)在裝配式工程施工中的優(yōu)勢(shì)

BIM 全稱為建筑信息模型，是通過數(shù)字仿真技術(shù)，以工程項(xiàng)目的相關(guān)信息為基準(zhǔn)，模擬創(chuàng)建一個(gè)可視化的三維虛擬模型。BIM技術(shù)通過整合建筑數(shù)據(jù)信息，建立建筑工程信息庫，模擬建造生成建筑模型，為各個(gè)參與方提供一個(gè)綜合信息共享平臺(tái)，工作人員可借此更好地進(jìn)行信息交流和處理相關(guān)信息，以此提高施工效率，降低工程成本。

1.1 信息共享

通過BIM 技術(shù)創(chuàng)建建筑的BIM 數(shù)據(jù)庫，可以使工程各個(gè)參與方實(shí)現(xiàn)信息共享，確保項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段、生產(chǎn)運(yùn)輸階段、施工階段和運(yùn)營維護(hù)階段可以數(shù)據(jù)共享，達(dá)到完善裝配式工程設(shè)計(jì)的目的，從而提高建筑的施工質(zhì)量。同時(shí)，BIM 數(shù)據(jù)庫可以通過不斷收集信息，進(jìn)一步完善，將信息提供給所有參與方，以便及時(shí)對(duì)工程進(jìn)行整改。

1.2 降低建筑成本

BIM技術(shù)可以根據(jù)工程相關(guān)信息進(jìn)行整體規(guī)劃，利用模擬的建筑模型，降低施工各個(gè)環(huán)節(jié)中設(shè)計(jì)誤差引起的問題，從而達(dá)到降低項(xiàng)目成本的目的。

1.3 提高工作效率

設(shè)計(jì)方面，通過虛擬模型實(shí)現(xiàn)圖紙的模擬和矯正，減少因設(shè)計(jì)問題引發(fā)的問題。同時(shí)，通過建筑模型可以模擬構(gòu)件的拆分，得到合適的構(gòu)件的相關(guān)信息，可以與施工單位進(jìn)行有效的交流，提高工作質(zhì)量和效率。

2 工程案例

2.1 工程概況

某裝配式住宅工程共有30 棟裝配式住宅樓，設(shè)計(jì)總建筑面積為247326m2。工程位于臨近市中心位置，項(xiàng)目西側(cè)緊鄰學(xué)校，項(xiàng)目北側(cè)為商務(wù)區(qū)。其中1#～9#裝配式住宅樓采用了BIM 技術(shù)，其余住宅樓未使用BIM技術(shù)。以9#樓為例，地上21 層，地下車庫2 層，建筑主體結(jié)構(gòu)采用裝配整體式框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。本項(xiàng)目建筑首層至4 層部位采用現(xiàn)澆內(nèi)外剪力墻，從第5層開始采用預(yù)制混凝土墻板。預(yù)制構(gòu)件包含保溫內(nèi)外墻、空調(diào)板、樓梯及陽臺(tái)等部位，預(yù)制構(gòu)件的裝配率約為50%。

本工程有預(yù)制構(gòu)件施工部分，也有現(xiàn)澆混凝土施工環(huán)節(jié)，工程整體難度較高，同時(shí)，本工程將結(jié)合BIM技術(shù)進(jìn)一步提高建筑施工效率和質(zhì)量。項(xiàng)目效果圖如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目建筑BIM效果圖

2.2 BIM應(yīng)用策劃

本項(xiàng)目由施工單位、BIM團(tuán)隊(duì)和構(gòu)件供應(yīng)商三方機(jī)構(gòu)組成，通過BIM 信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)三方的信息傳遞。三方技術(shù)人員組成及其職責(zé)和項(xiàng)目主要應(yīng)用軟件配置見表1。

表1 項(xiàng)目人員及應(yīng)用軟件配置

3 基于BIM技術(shù)的裝配式工程施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 創(chuàng)建BIM三維建筑模型

本項(xiàng)目方案編制中，首先施工單位的設(shè)計(jì)人員利用CAD 軟件完成設(shè)計(jì)圖紙后，BIM 技術(shù)人員根據(jù)圖紙將建筑信息進(jìn)行編碼處理，將設(shè)計(jì)文件和安全文件信息處理后載入BIM 信息平臺(tái)，從而完成BIM 基礎(chǔ)模型的建立。在模型的創(chuàng)建過程，出現(xiàn)了缺少尺寸標(biāo)注和圖例不清晰等問題，通過與相關(guān)設(shè)計(jì)人員的協(xié)調(diào)后及時(shí)了解決問題，從而保障了模型的精確性。

在結(jié)構(gòu)拆分環(huán)節(jié)前，通過設(shè)計(jì)人員和BIM 團(tuán)隊(duì)的協(xié)調(diào)，通過Navisworks軟件對(duì)模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)。對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行優(yōu)化后，以本項(xiàng)目的建筑信息為基準(zhǔn)，結(jié)合相關(guān)規(guī)范使構(gòu)件的設(shè)計(jì)方案科學(xué)合理，且通過與供應(yīng)商的溝通使構(gòu)件的規(guī)格一致，符合廠家生產(chǎn)設(shè)備的能力，方便后續(xù)的運(yùn)輸和安裝工程；然后，技術(shù)人員通過Revit 軟件將構(gòu)件的型號(hào)、材料組成和構(gòu)件位置收集整理形成構(gòu)件數(shù)據(jù)庫，方便在后續(xù)環(huán)節(jié)中隨時(shí)調(diào)用。使用BIM 技術(shù)能極大提高工程構(gòu)件的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，同時(shí)還能降低模具成本。

3.2 場(chǎng)地布置模擬

本項(xiàng)目根據(jù)項(xiàng)目施工總平面圖，結(jié)合施工場(chǎng)地的實(shí)際情況，通過Revit 軟件進(jìn)行施工區(qū)域、施工運(yùn)行道路的規(guī)劃，并對(duì)機(jī)械設(shè)備和構(gòu)件材料的擺放進(jìn)行了布置規(guī)劃，以及對(duì)生活區(qū)域、辦公區(qū)域和停車場(chǎng)等進(jìn)行合理的安排。并且通過Navisworks和Fuzor軟件進(jìn)行了初步的施工模擬和動(dòng)畫展示，判斷本工程的場(chǎng)地布置與施工是夠存在沖突。通過模擬結(jié)果，設(shè)計(jì)人員及時(shí)對(duì)沖突點(diǎn)進(jìn)行改動(dòng)，將場(chǎng)地布置方案進(jìn)行多次優(yōu)化，為本項(xiàng)目的后期施工節(jié)省了時(shí)間成本，降低了現(xiàn)場(chǎng)的安全隱患。

以車輛的運(yùn)輸路線模擬和塔吊作業(yè)情況模擬為例。結(jié)果顯示：按照本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案，車輛在行進(jìn)過程中容易與拐角處的材料發(fā)生碰撞，造成材料的損傷和人員的受傷。同時(shí)，4#和5#樓的塔吊在同樓層進(jìn)行作業(yè)時(shí)，吊臂會(huì)發(fā)生碰撞問題。經(jīng)過BIM 技術(shù)人員施工單位進(jìn)行協(xié)商后，對(duì)材料和塔吊的擺放位置進(jìn)行了調(diào)整。

3.3 基于BIM技術(shù)的碰撞檢測(cè)

為避免施工過程出現(xiàn)碰撞問題，如材料位置、設(shè)備位置和管道布置等，通過Navisworks軟件進(jìn)行了碰撞檢查，將檢測(cè)報(bào)告及時(shí)反饋到設(shè)計(jì)人員手中，根據(jù)報(bào)告中指出的發(fā)生碰撞的位置及原因，調(diào)整圖紙，將檢測(cè)報(bào)告和調(diào)整后的方案進(jìn)行處理，并載入模型，再對(duì)構(gòu)件加以調(diào)整。從而有效避免了工期延誤，節(jié)約了工程成本。管道路線優(yōu)化如圖2所示。

圖2 管道路線優(yōu)化

在本次碰撞檢測(cè)當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)了大型設(shè)備交叉作業(yè)碰撞6處、運(yùn)輸路線布置不合理15處，預(yù)制混凝土外墻和現(xiàn)澆板的碰撞126處，以及管道與墻和梁的碰撞241處，經(jīng)過及時(shí)處理后，為本工程節(jié)省了451 萬元成本。通過BIM 模型直觀的展示，有效減少了施工中停工返工現(xiàn)象的發(fā)生，大大降低了施工變更帶來的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)以及場(chǎng)地內(nèi)眾多的安全隱患，保障了施工安全。

3.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案和構(gòu)件生產(chǎn)運(yùn)輸方式

在BIM 技術(shù)人員針對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行碰撞檢測(cè)后，施工設(shè)計(jì)人員根據(jù)檢測(cè)報(bào)告對(duì)圖紙進(jìn)行深度優(yōu)化，隨后使用Navisworks 和Fuzor 軟件反復(fù)對(duì)施工過程進(jìn)行模擬，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行討論調(diào)整，直至得到最優(yōu)的施工設(shè)計(jì)圖紙，并以此設(shè)計(jì)進(jìn)行施工。

本工程的預(yù)制構(gòu)件是在BIM模型基礎(chǔ)上進(jìn)行生產(chǎn)制造，因此可提供準(zhǔn)確的構(gòu)件信息，并根據(jù)構(gòu)件的質(zhì)檢信息和規(guī)格尺寸等信息形成了構(gòu)建的二維碼。將信息錄入BIM 平臺(tái)后，本工程建筑施工單位能隨時(shí)掌握物流信息，便于調(diào)整施工安排。并且，根據(jù)構(gòu)件二維碼，能夠?qū)崟r(shí)掌握構(gòu)件的存儲(chǔ)位、安裝位置和吊裝順序等信息，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)木?xì)化管理。

3.5 基于BIM技術(shù)的建筑施工進(jìn)度管理

在使用BIM技術(shù)對(duì)本工程施工進(jìn)度進(jìn)行編制的過程中，首先由BIM 技術(shù)人員根據(jù)圖紙使用Revit 軟件建立三維建筑信息模型，然后利用Navisworks 和Fuzor 軟件對(duì)施工過程進(jìn)行模擬，最后使用Project 軟件生成施工進(jìn)度計(jì)劃。管理人員將施工進(jìn)度計(jì)劃信息處理載入BIM 信息平臺(tái)，與建筑模型結(jié)合形成有效的管理工具，使工程的進(jìn)度安排在各個(gè)軟件中保持一致，以此對(duì)本項(xiàng)目施工過程進(jìn)行管理。

4 基于BIM技術(shù)的裝配式工程質(zhì)量和安全防控措施

4.1 項(xiàng)目施工質(zhì)量控制

施工前，利用BIM 4D技術(shù)對(duì)工程實(shí)施多次模擬施工，及時(shí)糾正設(shè)計(jì)缺陷，從源頭防控質(zhì)量問題；通過施工的多次模擬，找出本工程的施工難點(diǎn)和易出錯(cuò)處，在施工進(jìn)度計(jì)劃中進(jìn)行標(biāo)注，當(dāng)施工到該位置時(shí)，由本項(xiàng)目專業(yè)技術(shù)人員去指導(dǎo)施工，從而保障本工程的施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求

施工時(shí)，管理人員借助BIM 信息平臺(tái)對(duì)場(chǎng)地實(shí)時(shí)監(jiān)控，且本工程在施工時(shí)通過手機(jī)、相機(jī)等智能設(shè)備將質(zhì)量問題快速反饋到信息平臺(tái)，及時(shí)得到解決，對(duì)提高施工質(zhì)量起到很大的幫助。構(gòu)件吊裝時(shí)，施工人員通過BIM模型和機(jī)器設(shè)備確定安裝位置，進(jìn)行精準(zhǔn)吊裝，保證建造尺寸的精度，并且本工程每一道工序施工結(jié)束后，通過人工檢測(cè)和激光掃描檢測(cè)的結(jié)合對(duì)構(gòu)件質(zhì)量進(jìn)行核驗(yàn)，保證施工質(zhì)量的可靠。

施工結(jié)束后，將施工中發(fā)生的各種問題通過BIM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)信息儲(chǔ)存，可以隨時(shí)了解工程的施工質(zhì)量問題和工程的相關(guān)信息，并將發(fā)生的問題集中生成相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，以便管理人員對(duì)問題進(jìn)行總結(jié)，形成工程質(zhì)量控制的寶貴經(jīng)驗(yàn)，便于完善后續(xù)項(xiàng)目的質(zhì)量。

4.2 項(xiàng)目施工安全防控

BIM技術(shù)人員將安全文件信息BIM模型導(dǎo)入Fuzor軟件，通過VR設(shè)備幫助施工人員接受可視化的安全教育。首先，本項(xiàng)目的管理人員將模擬出來較為危險(xiǎn)的施工地點(diǎn)告知施工人員，讓施工人員能快速了解施工場(chǎng)地的狀況。通過施工過程的模擬動(dòng)畫，向施工人員講解安全的施工操作流程和構(gòu)件的相關(guān)信息。通過BIM 和VR 的結(jié)合，讓安全教育培訓(xùn)內(nèi)容全面生動(dòng)，通過循環(huán)播放的安全動(dòng)畫大幅度提升項(xiàng)目施工人員對(duì)危險(xiǎn)源的認(rèn)知，以及規(guī)范操作的重要性。

同時(shí)，本工程通過BIM 4D技術(shù)將項(xiàng)目的應(yīng)急方案和設(shè)備相關(guān)信息生成應(yīng)急仿真動(dòng)畫，使得工程施工人員熟知應(yīng)急措施和應(yīng)急通道，并且能夠熟練運(yùn)用應(yīng)急設(shè)備。最終，本工程整個(gè)施工過程中無人受傷，既保證了工程質(zhì)量，也保證了項(xiàng)目全體人員的安全。

5 結(jié)語

本工程通過利用BIM 技術(shù)的特點(diǎn)將建筑工程量化，生成三維模型對(duì)工程實(shí)現(xiàn)可視化管理，有效提高了裝配式建筑的設(shè)計(jì)效率和精確性，與未應(yīng)用BIM 技術(shù)的建筑施工相比，降低了14.6%的項(xiàng)目成本，減少了約20%的施工周期。由此可見，BIM技術(shù)的應(yīng)用是推動(dòng)建筑行業(yè)向智能建造、綠色建筑方向發(fā)展的較強(qiáng)推動(dòng)力。