基于BIM 的預(yù)制裝配式建筑綠色施工應(yīng)用研究*

賈思鵬

(中鐵十二局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司 太原 030000)

預(yù)制裝配式建筑是一種通過(guò)在工廠生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件,現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配、連接和局部現(xiàn)澆而成的建筑。與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工方式相比,預(yù)制裝配式建筑具有更高的施工效率、更好的節(jié)能環(huán)保性能和更低的資源浪費(fèi)。BIM 技術(shù)是一種基于三維模型的信息化技術(shù),具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性和優(yōu)化性等特點(diǎn),為預(yù)制裝配式建筑綠色施工提供了有力的支持。

1 BIM 技術(shù)概述

1.1 BIM 技術(shù)內(nèi)涵

BIM(Building Information Modeling)是一種基于三維模型的建筑信息管理技術(shù),通過(guò)將建筑的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)字化建模,實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑信息的集成、共享和管理[1]。

1.2 BIM 技術(shù)特點(diǎn)

BIM 技術(shù)具有以下顯著特點(diǎn):

1.2.1 可視化

BIM 技術(shù)通過(guò)創(chuàng)建三維模型,使設(shè)計(jì)過(guò)程變得更加直觀和易于理解。這種可視化設(shè)計(jì)方法有助于提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可操作性,同時(shí)減少誤解和錯(cuò)誤。

1.2.2 協(xié)調(diào)性

BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)之間的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì),包括建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專(zhuān)業(yè)。通過(guò)共享數(shù)據(jù)和模型,可以避免設(shè)計(jì)沖突和錯(cuò)誤,提高設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)性和一致性。

1.2.3 數(shù)據(jù)集成

BIM 技術(shù)將來(lái)自不同專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成,包括建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等。這種集成方式實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享和交互,提高了設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性。

1.2.4 參數(shù)化設(shè)計(jì)

BIM 技術(shù)采用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法,這意味著設(shè)計(jì)元素之間的關(guān)系可以通過(guò)參數(shù)進(jìn)行描述和調(diào)整。通過(guò)調(diào)整參數(shù),可以實(shí)現(xiàn)模型的自動(dòng)更新和優(yōu)化,提高設(shè)計(jì)的靈活性和可維護(hù)性。

1.2.5 協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計(jì),這使得不同專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)師呢能在同一平臺(tái)上進(jìn)行協(xié)作,實(shí)時(shí)更新和共享設(shè)計(jì)信息。這種協(xié)同設(shè)計(jì)方式提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量,減少了重復(fù)工作和錯(cuò)誤。

1.2.6 虛擬仿真

BIM 技術(shù)可以進(jìn)行虛擬仿真,對(duì)建筑物進(jìn)行模擬和優(yōu)化。通過(guò)虛擬仿真,可以評(píng)估設(shè)計(jì)方案在實(shí)際環(huán)境中的表現(xiàn),提前發(fā)現(xiàn)和解決潛在問(wèn)題,提高設(shè)計(jì)的可行性和可靠性。

2 預(yù)制裝配式建筑綠色施工特點(diǎn)

預(yù)制裝配式建筑,作為一種革新的建筑形式,凸顯出綠色施工的諸多優(yōu)勢(shì)。這種建筑方式不再依賴(lài)傳統(tǒng)意義上的現(xiàn)場(chǎng)施工,而是通過(guò)工廠預(yù)制構(gòu)件和現(xiàn)場(chǎng)裝配的方式,將節(jié)能環(huán)保的理念貫穿于整個(gè)施工過(guò)程。

2.1 節(jié)能環(huán)保

預(yù)制裝配式建筑采用工廠生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件,在工廠生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件的過(guò)程中,對(duì)于材料的選擇和使用都遵循了節(jié)能原則。同時(shí),由于預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)在工廠進(jìn)行,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的集約化利用,從而減少能源消耗。同時(shí),施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境污染也得到了有效控制,這是因?yàn)轭A(yù)制裝配式建筑在施工過(guò)程中減少了灰塵、廢水和噪音等污染的產(chǎn)生。

2.2 施工效率高

預(yù)制裝配式建筑的構(gòu)件在工廠生產(chǎn),現(xiàn)場(chǎng)拼裝,可以大大提高施工效率,縮短施工周期。同時(shí),也有利于在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成施工任務(wù),進(jìn)而為建設(shè)方節(jié)省大量的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。

2.3 資源利用率高

通過(guò)工業(yè)化的生產(chǎn)方式,預(yù)制裝配式建筑能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)原材料的集約化利用,減少浪費(fèi)。這種集約化的生產(chǎn)方式不僅提高了資源利用率,還有利于降低生產(chǎn)成本,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

2.4 可維護(hù)性較好

由于構(gòu)件的連接采用的是機(jī)械連接方式,連接質(zhì)量穩(wěn)定可靠,維護(hù)方便。與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)施工方式相比,預(yù)制裝配式建筑的維護(hù)工作更加簡(jiǎn)便快捷,減少了人力和物力的投入,降低了維護(hù)成本。

3 BIM 技術(shù)在預(yù)制裝配式建筑綠色施工中應(yīng)用的重要意義

在當(dāng)前的建筑領(lǐng)域,BIM 技術(shù)逐漸成為了一種引領(lǐng)潮流的趨勢(shì),以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在預(yù)制裝配式建筑的綠色施工中發(fā)揮著不可替代的作用。

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工流程

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)人員往往依賴(lài)于二維圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì),這不僅容易出現(xiàn)誤差,且難以全面考慮建筑物的各種因素。而B(niǎo)IM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與施工的一體化、數(shù)字化和可視化,使設(shè)計(jì)師和施工方能夠更好地協(xié)同工作。通過(guò)BIM 模型,設(shè)計(jì)師可以直觀地呈現(xiàn)設(shè)計(jì)方案,施工方可以更好地理解和執(zhí)行設(shè)計(jì)要求,從而減少設(shè)計(jì)變更和施工錯(cuò)誤,提高施工效率和質(zhì)量,避免因信息傳遞錯(cuò)誤而導(dǎo)致的成本增加和工期延誤。

3.2 減少浪費(fèi)和成本

預(yù)制裝配式建筑的綠色施工注重資源的有效利用和節(jié)約,而B(niǎo)IM 技術(shù)可以通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)和協(xié)同設(shè)計(jì),優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,減少材料和能源的浪費(fèi)。同時(shí),BIM 技術(shù)可以通過(guò)模擬和優(yōu)化,提前發(fā)現(xiàn)施工中的問(wèn)題,避免不必要的成本和風(fēng)險(xiǎn),降低施工成本。

3.3 提高施工安全性

預(yù)制裝配式建筑的綠色施工中,施工過(guò)程相對(duì)復(fù)雜,涉及到大量的裝配和安裝工作。BIM 技術(shù)可以通過(guò)模擬和分析,提前發(fā)現(xiàn)施工中的安全隱患和沖突,為施工方提供安全施工方案,減少施工事故的發(fā)生,提高施工安全性。

3.4 提升項(xiàng)目管理效率

BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程的數(shù)字化管理,包括進(jìn)度管理、資源管理、質(zhì)量管理等方面。通過(guò)BIM 模型,項(xiàng)目管理人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控施工進(jìn)度和質(zhì)量,及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化施工計(jì)劃,提高項(xiàng)目管理效率和精度。

4 BIM 技術(shù)在預(yù)制裝配式建筑綠色施工中的實(shí)際應(yīng)用

4.1 工程概況

某裝配式建筑項(xiàng)目總建筑面積約為10.035 萬(wàn)m2,為高層建筑,地上建筑為20層,地下建筑為2層,建筑高度為60 m,底層高為3 m,防水等級(jí)為一級(jí),抗震等級(jí)為八級(jí)。

4.2 BIM 技術(shù)在預(yù)制裝配式建筑模型的應(yīng)用

BIM 技術(shù)在預(yù)制裝配式建筑模型的應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。通過(guò)建立三維模型,設(shè)計(jì)師可以更加直觀地展示建筑物的外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和細(xì)部設(shè)計(jì),提高設(shè)計(jì)的可視化和可操作性。同時(shí),BIM 技術(shù)還可以進(jìn)行建筑物的物理和功能模擬,對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化和驗(yàn)證,確保設(shè)計(jì)的合理性和可行性。

該項(xiàng)目中應(yīng)用BIM 中的Revit軟件對(duì)構(gòu)件進(jìn)行建模,首先構(gòu)建各種構(gòu)件的族庫(kù),包括結(jié)構(gòu)柱、疊合梁板、結(jié)構(gòu)框架梁及樓梯等,且通過(guò)Revit進(jìn)行一次建模,可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)多次使用。另外,為完善模型,也通過(guò)Revit創(chuàng)建了塔吊、支護(hù)及桁架等族文件。利用Revit構(gòu)建的模型,如圖1所示。

圖1 裝配式建筑局部BIM 模型圖

4.3 BIM 技術(shù)在項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件信息方面的應(yīng)用

BIM 技術(shù)在項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件信息方面的應(yīng)用,打破了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式的局限,實(shí)現(xiàn)了各專(zhuān)業(yè)之間的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)和信息共享。通過(guò)BIM 模型,設(shè)計(jì)師可以輕松提取構(gòu)件的幾何尺寸、材料信息、加工工藝等數(shù)據(jù),為預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。這一創(chuàng)新模式不僅提高了設(shè)計(jì)效率,還為預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、安裝等環(huán)節(jié)提供了有力的技術(shù)保障。

(1)在預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)階段,設(shè)計(jì)師可以利用BIM 技術(shù)進(jìn)行三維建模,對(duì)構(gòu)件的細(xì)節(jié)進(jìn)行精細(xì)的刻畫(huà)和描述。這使得設(shè)計(jì)師能夠更準(zhǔn)確地掌握構(gòu)件的各項(xiàng)參數(shù),為后續(xù)的加工和生產(chǎn)提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)支持。同時(shí),通過(guò)BIM 模型的共享功能,各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)師可以在同一平臺(tái)上進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì),及時(shí)交流和協(xié)調(diào)各專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)問(wèn)題,避免因信息不暢或溝通不及時(shí)而引起的設(shè)計(jì)沖突。

(2)在預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)階段,BIM 技術(shù)可以對(duì)構(gòu)件的加工過(guò)程進(jìn)行模擬和優(yōu)化。通過(guò)模擬加工過(guò)程,可以預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的問(wèn)題和難點(diǎn),提前制定應(yīng)對(duì)措施,提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。此外,BIM 模型還可以與生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行對(duì)接,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的直接導(dǎo)入和導(dǎo)出,進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率。

4.4 BIM 技術(shù)在項(xiàng)目工程量匯總方面的應(yīng)用

BIM 技術(shù)在現(xiàn)代建筑工程行業(yè)中的重要性日益凸顯,其應(yīng)用范圍廣泛,功能強(qiáng)大。其中,BIM 技術(shù)在項(xiàng)目工程量匯總方面的應(yīng)用,能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析,為項(xiàng)目的預(yù)算和成本控制提供強(qiáng)有力的支持。

(1)BIM 模型作為工程信息的載體,可以詳細(xì)地記錄建筑物的幾何信息和非幾何信息。通過(guò)這些信息,設(shè)計(jì)師可以輕松地統(tǒng)計(jì)和分析工程量,生成材料清單、設(shè)備清單等報(bào)表。這些報(bào)表是項(xiàng)目預(yù)算和成本控制的關(guān)鍵依據(jù),能夠提供詳細(xì)、準(zhǔn)確的材料需求和設(shè)備需求,從而幫助項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)更好地規(guī)劃和管理資源。

(2)BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)工程量的跟蹤和監(jiān)控。在設(shè)計(jì)方案執(zhí)行過(guò)程中,BIM 模型可以實(shí)時(shí)地更新和調(diào)整,反映工程量的變化。這種動(dòng)態(tài)的監(jiān)控機(jī)制能夠幫助設(shè)計(jì)師及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決潛在的問(wèn)題,優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,避免因信息不對(duì)稱(chēng)而導(dǎo)致的成本浪費(fèi)和工期延誤[2]。

4.5 BIM 技術(shù)在施工質(zhì)量管理中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)在施工質(zhì)量管理方面的應(yīng)用可以提供全方位的質(zhì)量控制和管理。

(1)BIM 模型可以在設(shè)計(jì)階段就對(duì)建筑構(gòu)件進(jìn)行碰撞檢測(cè)和沖突分析,避免設(shè)計(jì)上的錯(cuò)誤和問(wèn)題。通過(guò)BIM 模型的可視化效果,施工人員可以更直觀地了解建筑模型的構(gòu)造和細(xì)節(jié),從而提前發(fā)現(xiàn)并解決潛在的質(zhì)量問(wèn)題。

(2)BIM 技術(shù)可以與其他軟件進(jìn)行集成,實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量的自動(dòng)化檢測(cè)和管理。例如,BIM 模型可以與無(wú)人機(jī)、激光掃描儀等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和質(zhì)量控制。通過(guò)BIM 技術(shù)的應(yīng)用,可以實(shí)時(shí)獲取施工現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)和圖像,對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估和監(jiān)控,及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決質(zhì)量問(wèn)題。

(3)BIM 技術(shù)還可以在施工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)質(zhì)量信息的追蹤和管理。通過(guò)BIM 模型,可以記錄和管理施工過(guò)程中的質(zhì)量檢查、測(cè)試和驗(yàn)收等信息,形成質(zhì)量管理的檔案和記錄。通過(guò)BIM 技術(shù)的應(yīng)用,可以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量信息的可追溯和可視化,為施工質(zhì)量管理提供數(shù)據(jù)支持和依據(jù)。BIM 技術(shù)在裝配式建筑施工管理方面的應(yīng)用,如圖2所示。

圖2 BIM 技術(shù)在裝配式建筑施工管理方面的應(yīng)用示意圖

4.6 BIM 技術(shù)在施工進(jìn)度管理中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)在施工進(jìn)度管理方面的應(yīng)用可以提供全過(guò)程的進(jìn)度控制和管理。

(1)BIM 模型可以在設(shè)計(jì)階段就對(duì)建筑構(gòu)件的施工順序和工序進(jìn)行模擬和規(guī)劃,從而提前預(yù)測(cè)和優(yōu)化施工進(jìn)度。通過(guò)BIM 模型的可視化效果,施工人員可以更清晰地了解施工過(guò)程中的順序和步驟,從而合理安排施工進(jìn)度。

(2)BIM 技術(shù)可以與其他軟件進(jìn)行集成,實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度的自動(dòng)化控制和管理。例如,BIM 模型可以與項(xiàng)目管理軟件、進(jìn)度管理軟件等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度的實(shí)時(shí)更新和管理。通過(guò)BIM 技術(shù)的應(yīng)用,可以實(shí)時(shí)獲取施工進(jìn)度的數(shù)據(jù)和圖表,對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行評(píng)估和監(jiān)控,及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化施工計(jì)劃[3]。

(3)BIM 技術(shù)還可以在施工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)進(jìn)度信息的追蹤和管理。通過(guò)BIM 模型,可以記錄和管理施工過(guò)程中的進(jìn)度計(jì)劃、進(jìn)度變更和進(jìn)度延誤等信息,形成進(jìn)度管理的檔案和記錄。通過(guò)BIM 技術(shù)的應(yīng)用,可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)度信息的可追溯和可視化,為施工進(jìn)度管理提供數(shù)據(jù)支持和依據(jù)。

綜上所述,基于BIM 的預(yù)制裝配式建筑綠色施工應(yīng)用研究具有重要的意義和實(shí)踐價(jià)值。通過(guò)BIM 技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用,可以進(jìn)一步提高預(yù)制裝配式建筑的施工效率和質(zhì)量,降低環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。隨著B(niǎo)IM技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,其在預(yù)制裝配式建筑綠色施工中的應(yīng)用將更加廣泛和深入,為推動(dòng)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。