BIM 技術(shù)在裝配式房屋建筑工程中的應(yīng)用*

王占猛

(中鐵十二局集團華南工程有限公司 廣東 中山 528400)

結(jié)合我國當(dāng)前的防務(wù)建設(shè)工程發(fā)展水平來看,通過工廠預(yù)制打造模塊化的工程體系已經(jīng)成為了多方關(guān)注的重點,這也讓裝配式建筑成功走進了大眾視野,裝配式建筑的施工效率較高、集中生產(chǎn)有助于實現(xiàn)工程管理,也可以實現(xiàn)成本控制。同時裝配式施工體系的成熟也催生了一系列技術(shù)和管理模式。比如BIM 技術(shù)便是裝配式房屋建筑施工期間常見的施工技術(shù)體系,不僅可以實現(xiàn)構(gòu)件拆分設(shè)計,還能夠為裝配式工程提供專項施工方案。筆者針對BIM 技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進行分析,有助于掌握我國裝配式建筑的發(fā)展體系,對于后續(xù)的技術(shù)體系優(yōu)化有一定促進作用。

1 理論分析

1.1 裝配式房屋建筑工程

裝配式房屋主要以工業(yè)化生產(chǎn)為主,將房屋的主體結(jié)構(gòu)、部分基礎(chǔ)構(gòu)件拆分成單元體系,利用工廠預(yù)制的方式實現(xiàn)集中生產(chǎn)、運輸、組裝,裝配式房屋工程在當(dāng)前的產(chǎn)業(yè)化住宅以及工業(yè)化住宅建設(shè)領(lǐng)域有著較高的應(yīng)用效果,不僅可以提升工程施工的速度和質(zhì)量,也可以滿足不同工程的具體優(yōu)化需求。

1.2 裝配式房屋工程的優(yōu)勢

裝配式房屋工程改變了傳統(tǒng)的房建施工模式,讓常規(guī)的土建結(jié)構(gòu)施工,有了更強的效率,同時也可以實現(xiàn)房建工程的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè),是迎合新時期社會快節(jié)奏發(fā)展規(guī)律的重點成果。其中方案設(shè)計階段是裝配式工程施工的重點階段,通過前期的信息化模型以及可視化數(shù)據(jù)分析,能夠了解建筑工程的整體結(jié)構(gòu)問題,通過前期的調(diào)整和優(yōu)化,降低后續(xù)施工變更的概率,這對于提升工程質(zhì)量有極強促進作用,更可以顯著增強工程的社會效益和經(jīng)濟效益。

但也正是由于裝配式工程的集中生產(chǎn)體系,在施工規(guī)劃的過程中,對于數(shù)據(jù)信息的重視程度更高,只有確保各項生產(chǎn)參數(shù)真實有效,才可以避免出現(xiàn)生產(chǎn)預(yù)制出錯的現(xiàn)象。

1.3 BIM 技術(shù)

BIM 技術(shù)被稱為建筑信息模型,是新時期建筑學(xué)以及工程學(xué)繁榮發(fā)展,并且與信息技術(shù)融合之后打造的新工具。作為一種建筑學(xué)相關(guān)的信息輔助技術(shù),BIM 技術(shù)在當(dāng)前的建筑工程設(shè)計、規(guī)劃、管理領(lǐng)域都有較強的應(yīng)用價值。而隨著新時期建筑體系的不斷發(fā)展和創(chuàng)新,BIM 技術(shù)已經(jīng)能夠深入融入到建筑的設(shè)計施工乃至全壽命周期管理領(lǐng)域,打造具備整合性的三維模型信息數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)各方主體的協(xié)同施工。從應(yīng)用特征的層面來講,BIM 技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面。

首先,該項技術(shù)可以應(yīng)用在工程設(shè)計領(lǐng)域,用于建設(shè)工程的全壽命周期管理。具備較強的可視化特點,依托數(shù)據(jù)信息提取以及相應(yīng)模型的建立,能夠讓大量不可視的信息以及細(xì)節(jié)呈現(xiàn)出來,借助該技術(shù)可有助于打造具象化的施工管控體系,從而更好地解決工程規(guī)劃過程中存在的各項矛盾問題。

其次,BIM 技術(shù)具備較強的動態(tài)性,在應(yīng)用期間需要結(jié)合工程規(guī)劃的具體需求,不斷進行細(xì)節(jié)上的調(diào)整和創(chuàng)新,因此需要有較為豐富的數(shù)據(jù)庫以及數(shù)據(jù)信息鏈條,能夠?qū)崿F(xiàn)自動化的數(shù)據(jù)信息提取和轉(zhuǎn)換。

最后,BIM 技術(shù)在應(yīng)用期間能夠為各方主體提供協(xié)同運作的平臺,比如打造共享知識資源庫,構(gòu)建信息交流互通平臺,各方主體在施工期間可以結(jié)合裝配式建筑的施工需求進行信息共享。讓整個工程從概念到成果,都形成透明化、可視化的管理體系,使不同班組以及人員都可以結(jié)合自身的工作需求,在平臺上插入、提取、修改、更新信息,以支持和反映各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)[1]。

由此可見,在當(dāng)前的裝配式工程施工規(guī)劃過程中,通過BIM 技術(shù)實現(xiàn)工程全過程管理,不僅可以降低施工難度,還可以有效解決一部分遺留問題,提升各方主體的協(xié)作質(zhì)量,從而滿足工程社會效益提升的目的。

2 BIM 技術(shù)在裝配式工程建筑中的應(yīng)用方向

綜合我國裝配式建筑施工的發(fā)展?fàn)顟B(tài)來看,受到工程自身需求的影響,在實際施工過程中,對于建筑結(jié)構(gòu)和空間的要求也有較大差異,為了提升BIM 技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量,滿足裝配式工程精細(xì)化管理的需求,筆者依托具體的案例展開分析,選擇其中具備典型性和普適性的問題,強化BIM 技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量。

2.1 具體案例分析

某建筑工程項目的總面積約為23萬m2,地上建筑面積達(dá)到了143 800 m2,標(biāo)準(zhǔn)層高為2.9 m,建筑共28層,使用年限為50年。由于建筑整體規(guī)模較大,在實際施工的過程中考慮到多方影響因素,經(jīng)過詳細(xì)進行性價比分析,最終確定選擇利用裝配式混凝土結(jié)構(gòu)作為主要的施工結(jié)構(gòu),其中涉及了多種預(yù)制構(gòu)件,包括陽臺、疊合板、樓梯等。但由于建筑工程的外部結(jié)構(gòu)為Y 型,有較多特殊點位,施工難度較大,且較為復(fù)雜。為了進一步提升施工效果,明確各項施工盲區(qū),做到精準(zhǔn)計算工程量和細(xì)節(jié),需要充分應(yīng)用BIM 技術(shù)以及其他的輔助軟件進行施工全過程管理。

2.2 BIM 技術(shù)在裝配式建筑工程中的應(yīng)用方向

施工設(shè)計環(huán)節(jié)涉及的業(yè)務(wù)較多,為了進一步提升工程的整體質(zhì)量,需要做到事不巨細(xì),因此可以結(jié)合以下幾個方面進行施工設(shè)計的分析。

2.2.1 多專業(yè)協(xié)同設(shè)計

多專業(yè)協(xié)同設(shè)計的核心目的在于提升建筑工程設(shè)計的全面性和整體性,避免出現(xiàn)施工盲區(qū),也可以為后續(xù)的施工現(xiàn)場管理以及優(yōu)化提供根本保障,而多專業(yè)協(xié)同設(shè)計的落實還需要劃分成多個分支[2],詳細(xì)分析如下:

(1)工程總體設(shè)計。結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w施工需求,圍繞著山水城市建設(shè)的核心觀念,本次工程的整體布局為南北朝向,由于涉及不同戶型,在整體規(guī)劃設(shè)計的過程中,需要通過Revit軟件以及BIM 技術(shù)打造三維建筑模型,能夠直觀地展示建筑工程的總體設(shè)計理念,同時也可以呈現(xiàn)出工程的核心特點,有助于設(shè)計人員通過觀察三維建筑模型,判斷空間設(shè)置情況,是否能夠滿足施工標(biāo)準(zhǔn)以及施工要求;三維建筑模型設(shè)計結(jié)束之后導(dǎo)出CAD 圖紙,便于相關(guān)人員進行細(xì)節(jié)復(fù)核[3]。

3#樓的3層以上結(jié)構(gòu)屬于裝配式混凝土結(jié)構(gòu),該種結(jié)構(gòu)主要包含12 種單元模板,預(yù)計3 420 塊預(yù)制件,在施工的過程中,需要通過BIM 技術(shù)清晰的將這些預(yù)制件拼接成立體模型,并且在Revit軟件中打造構(gòu)建族庫,不僅便于后期進行建模,還可以省去重復(fù)建模的工作,節(jié)省大量的時間。由于Revit軟件中自帶數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計的功能,在建立三維模型的過程中,便可以了解不同預(yù)制構(gòu)件的安裝位置、幾何尺寸以及材料構(gòu)成等各項信息。本工程的裝配式混凝土外墻主要包含了保溫層、鋼筋混凝土、石墨聚苯板等結(jié)構(gòu),通過可視化模型,還可以分析不同結(jié)構(gòu)的施工參數(shù),有助于后續(xù)工程的順利開展。

(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計分析。本次工程中的裝配式建筑為剪力墻結(jié)構(gòu)體系,所使用的疊合樓梯板以及內(nèi)部核心筒,在設(shè)計的過程中必須要關(guān)注其綜合質(zhì)量,才可以為工程后續(xù)的落實奠定穩(wěn)定基礎(chǔ)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面利用Revit軟件來構(gòu)建三維建筑結(jié)構(gòu)模型,并且將所有的構(gòu)架數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入系統(tǒng)形成構(gòu)件族庫,然后進行構(gòu)件拼接,最終完成整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

除此之外,還需要通過其他的附屬性軟件進行工程量計算,可以在Revit界面安裝補丁,通過匹配建筑信息模型的方式,讓兩個模型之間構(gòu)建關(guān)聯(lián),然后實現(xiàn)工程量計算。比如當(dāng)前市面上較為常見的盈建科軟件,能夠精準(zhǔn)進行建筑數(shù)據(jù)的提取和分析,導(dǎo)入模型之后可以自動實現(xiàn)模型匹配。由于本次工程的建筑外形結(jié)構(gòu)較為特殊,包含了復(fù)雜的鋼筋綁扎環(huán)節(jié)以及預(yù)制構(gòu)件連接點設(shè)計,通過常規(guī)的二維平面圖紙進行處理,必然存在較大的難題,而以三維建筑模型為依托打造的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,不僅可以制定合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案,還可以幫助設(shè)計人員分析不同節(jié)點中存在的問題,從而提升結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和規(guī)范性。

(3)建筑機電設(shè)計。在傳統(tǒng)的建筑工程設(shè)計領(lǐng)域,建筑專業(yè)設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及機電設(shè)計往往是獨立展開,但是在BIM 技術(shù)的影響下,這三項工程可以通過信息共享的方式實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計。比如在BIM 平臺上可以建立建筑工程模型,以建筑工程模型為共享載體,打造機電模型、結(jié)構(gòu)模型。有關(guān)機電設(shè)計的人員可以結(jié)合土建工程的建設(shè)情況,圍繞機電安裝以及走線等各項細(xì)節(jié),清晰地表達(dá)自身的想法,并且實現(xiàn)各個班組之間的協(xié)調(diào)和溝通,提升機電設(shè)計的合理性,也能夠及時更新各項信息,避免工程沖突帶來的影響。

(4)工程拆分設(shè)計。由于本工程的施工規(guī)模較大,為了進一步滿足不同結(jié)構(gòu)施工需求,在設(shè)計的過程中可以通過建筑構(gòu)件拆分設(shè)計的方案實現(xiàn)分模塊、分區(qū)域的設(shè)計和組裝。比如本工程中涉及常規(guī)的平面建筑,也說企業(yè)異形建筑,可以將其劃分成兩個不同的結(jié)構(gòu)進行單獨設(shè)計,從而提升設(shè)計效率。

2.2.2 建筑管線以及預(yù)埋構(gòu)件設(shè)計

建筑工程施工期間的各類管線以及預(yù)埋點的設(shè)計,通過BIM 技術(shù)實現(xiàn)優(yōu)化之后可以打造可視化的體系,比如建立BIM5D 平臺,通過拆分定位的方式了解預(yù)制構(gòu)件的前期預(yù)埋位置,從中插入Revit模型數(shù)據(jù)檔,便可以在立體模型中查看各管線、預(yù)埋構(gòu)件的位置,從而實現(xiàn)碰撞檢查、沖突分析以及預(yù)留孔洞參數(shù)的負(fù)荷。該種方式能夠提升管線設(shè)計的科學(xué)性,避免與土建工程實現(xiàn)較大沖突,從而保證工程順利完工。

2.2.3 施工環(huán)節(jié)的現(xiàn)場管理

施工環(huán)節(jié)落實現(xiàn)場管理,主要依托BIM 技術(shù)的信息共享以及實時數(shù)據(jù)更新和動態(tài)性管控,以實現(xiàn)現(xiàn)場管理。

(1)落實場地布設(shè)。工程開展之前,針對施工現(xiàn)場的整體環(huán)境進行分析,綜合不同區(qū)域的功能以及對環(huán)境的要求,合理地設(shè)置辦公區(qū)、施工區(qū)、放料區(qū)、宿舍區(qū),確保人身安全,同時能夠讓工程順利進行。由于本工程是高層建筑群,在施工期間需要配備至少7臺塔吊同時進行工作,對于施工場地的要求較高。通過BIM 技術(shù)實現(xiàn)施工現(xiàn)場的立體模型創(chuàng)建,直觀分析不同塔吊的工作范圍以及需求,合理設(shè)置施工現(xiàn)場的場地位置以及通道位置,能夠確保工程順利開展[4]。

(2)施工過程的模擬分析。為了確保預(yù)制構(gòu)件能夠順利安裝,避免出現(xiàn)二次搬運以及二次生產(chǎn)等問題,通過BIM 技術(shù)實現(xiàn)施工過程模擬,尤其針對較為復(fù)雜的施工環(huán)節(jié),通過線上模擬可以發(fā)現(xiàn)其中存在的核心問題,并且做好重難點施工工序的前期管控,規(guī)避一部分施工風(fēng)險,也可以實現(xiàn)各方人員的技術(shù)交底。如圖1為常見的施工現(xiàn)場模擬情況,了解不同區(qū)域的施工構(gòu)件編號以及詳細(xì)信息,在施工構(gòu)件吊裝時,能夠快速前往施工場地進行安裝。

(3)施工吊裝環(huán)節(jié)的現(xiàn)場管理。本工程涉及大量的預(yù)制構(gòu)件,在安裝期間需要進行高層吊裝,為了提升吊裝施工的科學(xué)性和安全性,依托信息技術(shù)進行工程管理,在每一個墻體預(yù)制構(gòu)件中設(shè)置RFID 芯片,其中儲存了墻體的各項信息,比如位置、型號、尺寸、編碼,現(xiàn)場掃描編碼可以了解其具體的施工工序和環(huán)境,信號工會和塔吊司機進行信號共享,結(jié)合預(yù)制結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息,快速指定吊裝路線[5]。預(yù)制構(gòu)件到達(dá)指定位置之后,可以安裝預(yù)制外墻,施工單位提前預(yù)埋好控制螺栓,確保其標(biāo)高具備精準(zhǔn)性,然后結(jié)合斜撐合理調(diào)整預(yù)制外墻的垂直度以及位置。另外,在構(gòu)件吊裝的過程中,也可以通過可視化模型,判斷具體的吊裝結(jié)構(gòu)和吊裝方式(見圖2),避免出現(xiàn)脫落等問題。該種類型的施工工序還包含了鋼筋綁扎、防滲漏施工等,結(jié)合具體的施工需求,依托BIM 平臺進行工序分析,做好施工過程的各項信息數(shù)據(jù)的提取和更新,能夠快速掌握施工進度,做好施工現(xiàn)場的應(yīng)急調(diào)控和處理,從而提高裝配式施工的整體施工質(zhì)量。

圖2 預(yù)制構(gòu)件吊裝模擬

3 結(jié)語

綜上所述,在當(dāng)前的建筑體系發(fā)展環(huán)境下,依托信息技術(shù)打造高質(zhì)量的施工管控體系至關(guān)重要,筆者通過實際工程在裝配式工程中的應(yīng)用重點以及價值。以此來作為BIM 技術(shù)的工程推廣依據(jù),同時也可以為我國裝配式建筑的施工和發(fā)展提供良好保障。