BIM技術(shù)在裝配式建筑綠色施工中的應(yīng)用研究

摘 要：裝配式建筑綠色施工是建筑行業(yè)的主要發(fā)展方向，能夠有效降低建筑的環(huán)境污染，推動建筑行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。本文探討如何使用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝配式建筑綠色施工的控制，首先分析BIM技術(shù)的應(yīng)用價值，然后結(jié)合某住宅小區(qū)工程施工，闡述如何建立BIM系統(tǒng)，并對建筑施工不同階段中BIM技術(shù)的應(yīng)用展開研究。通過研究，從工業(yè)化角度分析BIM技術(shù)在裝配式工程施工中的應(yīng)用，探討B(tài)IM技術(shù)的具體應(yīng)用方法，實(shí)現(xiàn)對工程施工的優(yōu)化，提升裝配式建筑的綠色施工水平。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；裝配式施工；綠色施工

1 前言

裝配式建筑相對于傳統(tǒng)建筑施工模式，可以克服現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)污染環(huán)境比較嚴(yán)重的問題，并且通過工廠生產(chǎn)，可以開展標(biāo)準(zhǔn)化施工建設(shè)，有效降低建筑的建造能耗。為了充分發(fā)揮裝配式建筑施工所具有的綠色環(huán)保優(yōu)勢，需要合理開展建筑的設(shè)計工作，因此具有可視化特點(diǎn)的BIM技術(shù)在當(dāng)下背景下得到了廣泛應(yīng)用。本文針對BIM技術(shù)如何開展綠色建筑施工技術(shù)進(jìn)行研究，結(jié)合裝配式建筑的特點(diǎn)，分析BIM技術(shù)的應(yīng)用方法，幫助技術(shù)人員有效利用相關(guān)技術(shù)，提升建筑工程的綠色環(huán)保水平。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用的必要性分析

2.1提升施工協(xié)調(diào)性

施工單位之間的有效協(xié)調(diào)，對保證建筑工程施工發(fā)揮著關(guān)鍵作用。BIM技術(shù)可以通過數(shù)據(jù)的實(shí)時更新，利用數(shù)據(jù)強(qiáng)化不同環(huán)節(jié)之間的銜接，從而有效解決裝配式建筑項(xiàng)目銜接困難的問題。不同施工單位、不同專業(yè)的人員，都能進(jìn)入BIM系統(tǒng)了解施工的進(jìn)度狀況，系統(tǒng)也能實(shí)時對數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，加快參建單位之間的有效協(xié)調(diào)。

2.2開展模擬化管理

建筑工程施工過程中會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，BIM系統(tǒng)能夠利用數(shù)據(jù)和建筑設(shè)計模擬工程的施工過程，方便管理人員開展管理工作。例如，基于BIM 5D技術(shù)，能結(jié)合建材市場變化、建筑施工流程對成本、進(jìn)度進(jìn)行預(yù)測，管理人員可以針對綠色環(huán)保、質(zhì)量、成本、進(jìn)度等要求進(jìn)行全面控制。

3工程概述

3.1工程概況

某工程為高檔小區(qū)工程，包括6棟17層高層住宅建筑和5棟小高層，建筑采用框架剪力墻設(shè)計，采用預(yù)制構(gòu)件裝配式施工。工程設(shè)計階段，將工程拆解成可以用于實(shí)際生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件，可以有效減少工程施工現(xiàn)場的材料堆積、粉塵問題，降低施工期間產(chǎn)生的噪聲，提升工程的綠色水平。

3.2工程難點(diǎn)

本工程在設(shè)計初期和傳統(tǒng)建筑之間的差別較小，但是由于采用裝配式建筑施工，工程施工期間需要以構(gòu)件為基礎(chǔ)元素進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)體系的搭建，使用傳統(tǒng)二維圖紙很難滿足工程施工需求。如果在圖紙中出現(xiàn)工程構(gòu)件表述問題，將會和現(xiàn)場實(shí)際需求相矛盾，容易造成施工材料浪費(fèi)。并且，工程施工期間需要查閱各類建筑構(gòu)件的信息，傳統(tǒng)圖紙直觀性不足，會影響工程施工進(jìn)度，進(jìn)入后期也很難查閱工程構(gòu)件的分布狀況。

3.3解決方案

本工程采用BIM技術(shù)解決工程施工問題，通過建立BIM系統(tǒng)完成對各類構(gòu)件的設(shè)計、工程整體結(jié)構(gòu)碰撞檢查、動態(tài)施工模擬等，避免不必要的資源浪費(fèi)。同時，發(fā)揮BIM技術(shù)的整體協(xié)調(diào)性，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件生產(chǎn)、現(xiàn)場施工的有效結(jié)合。

4 BIM系統(tǒng)構(gòu)件及建筑模型建立

本工程需要專門建立建筑工程的BIM平臺，將構(gòu)件加工管理、現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)、構(gòu)件RFID或二維碼識別系統(tǒng)等融合到BIM系統(tǒng)當(dāng)中，以滿足工程施工的應(yīng)用需求。為此，基于Revit軟件構(gòu)建工程項(xiàng)目的管理體系，建立工程施工的三維模型、構(gòu)件設(shè)計、施工進(jìn)程模擬，同時還結(jié)合Navisworks和vasari用于強(qiáng)化對工程項(xiàng)目施工過程的指導(dǎo)，以及分析建筑內(nèi)外熱環(huán)境。

4.1 IPC構(gòu)件族庫建立

使用Revit建立預(yù)制構(gòu)件模型，安裝REXScal擴(kuò)展插件，在族樣板文件rft中建立PC構(gòu)件族庫。rfa文件用于項(xiàng)目載入，可以給工程現(xiàn)場提供詳細(xì)的圖紙，可以提升預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計效率。本工程中，建立疊合板族、樓梯族、梁柱族、樓板族，還針對建筑施工專門建立非固定模數(shù)的特殊族。

并且，針對現(xiàn)場需要使用的塔吊、支撐結(jié)構(gòu)等，也專門建立了族文件，可以豐富族庫，強(qiáng)化現(xiàn)場施工管理和部署。

4.2 BIM模型建立

建筑工程的BIM模型是工程開展建設(shè)的基礎(chǔ)，本工程通過Revit軟件建立BIM模型，根據(jù)模型進(jìn)行進(jìn)一步的深化設(shè)計，方便后期進(jìn)行碰撞檢查、設(shè)計分析等工作。工程建筑設(shè)計以構(gòu)件作為基礎(chǔ)，通過搭建構(gòu)件完成建筑的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，工程施工的首層三維模型如圖 2所示。

4.3預(yù)制裝配建筑內(nèi)部環(huán)境模擬

采用vasari軟件對工程的建筑性能進(jìn)行分析，通過模擬工程內(nèi)外的熱交換情況確定工程不同開窗尺寸對內(nèi)部溫度的影響，優(yōu)化開窗尺寸，有效調(diào)節(jié)建筑的熱工性能。最后發(fā)現(xiàn)17%的開窗面積效果最好，能夠避免不必要的熱量流失，而且可以滿足內(nèi)外空氣流通的需要。

4.4 BIM管理平臺設(shè)計

BIM管理平臺中儲存建筑設(shè)計模型，以及各類構(gòu)件模型，并且在電腦端的基礎(chǔ)上繼續(xù)對手機(jī)等平臺進(jìn)行開發(fā)，滿足不同場景的應(yīng)用需求。施工人員、設(shè)計人員、技術(shù)人員可以通過平臺獲得施工流程展示、PC構(gòu)件信息、工程各類數(shù)據(jù)管理、工作技術(shù)指導(dǎo)，以及查閱設(shè)計變更等功能，方便施工單位和設(shè)計單位交流，以及及時上傳施工進(jìn)度。施工現(xiàn)場的傳感器、監(jiān)測設(shè)備、施工設(shè)備等，需要連接BIM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，在施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)更新后，BIM系統(tǒng)自動進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。

為了加強(qiáng)對施工流程的管理，各類構(gòu)件都使用二維碼記錄構(gòu)件信息，可以使用手機(jī)或者專用設(shè)備掃碼進(jìn)行構(gòu)件的識別，并將識別的構(gòu)件BIM系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場工作人員逐一識別構(gòu)件狀況上傳，確保BIM系統(tǒng)獲得構(gòu)件的使用狀況。基于BIM系統(tǒng)的構(gòu)件設(shè)計資料，應(yīng)進(jìn)一步加入構(gòu)件生產(chǎn)廠家、入場時間、使用方向等信息，有助于管理人員開展每一塊構(gòu)件的管理，并利用精細(xì)化管理提升施工的綠色水平。

5 BIM技術(shù)在施工期間的應(yīng)用方法

5.1優(yōu)化施工設(shè)計

5.1.1提升設(shè)計協(xié)同性

本工程設(shè)計人員依靠BIM數(shù)據(jù)平臺開展設(shè)計，方便各專業(yè)設(shè)計團(tuán)隊(duì)基于同一個模型交流信息、設(shè)計進(jìn)度，方便設(shè)計團(tuán)隊(duì)針對建筑探討設(shè)計方法，確保所有設(shè)計團(tuán)隊(duì)都能獲得不同方面更新的設(shè)計信息。設(shè)計團(tuán)隊(duì)能夠充分了解工程施工的整體狀況，加強(qiáng)和現(xiàn)場施工人員交流，避免信息孤島問題。施工人員基于BIM平臺，和設(shè)計人員交流后，能夠?qū)υO(shè)計人員的意圖做出準(zhǔn)確解讀，極大程度地保障了設(shè)計信息的一致性。在施工期間如果發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案存在矛盾或者空間沖突，施工人員也能和設(shè)計人員之間及時溝通，針對存在的問題進(jìn)行修改，保障施工順利進(jìn)行[1]。

5.1.2虛擬仿真技術(shù)開展設(shè)計

為了能夠給施工提供良好的支持和基礎(chǔ)，設(shè)計人員會根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)測施工的技術(shù)難度、工程施工狀況，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。例如，根據(jù)電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬、分析和預(yù)測建筑的施工流程，確定建筑全生命周期的能耗，針對性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，尋找最節(jié)能的設(shè)計方案。根據(jù)建筑設(shè)計方案，設(shè)計人員可以在設(shè)計過程中基于BIM系統(tǒng)進(jìn)行模擬施工，確定工程的施工難度，解決由于設(shè)計缺陷所導(dǎo)致的建筑施工困難，實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計的全方面優(yōu)化[2]。

5.2預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)管理

本工程的構(gòu)件生產(chǎn)廠家也接入BIM系統(tǒng)，可以獲取構(gòu)件模型信息，方便數(shù)控機(jī)械設(shè)備可以根據(jù)模型完成切割、點(diǎn)焊、鉆孔等工作，實(shí)現(xiàn)工程施工的自動化控制，有效保障設(shè)計的一致性，滿足對生產(chǎn)效率、進(jìn)度方面的需求。工廠可以獲得建筑施工狀況，根據(jù)訂單工期、原料供應(yīng)狀況進(jìn)行庫存管理、生產(chǎn)順序控制、原料采購管理等工作，可以降低預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠家的管理難度，還能減少過度生產(chǎn)、原材料不足導(dǎo)致的項(xiàng)目銜接問題。有效避免了建筑工程施工期間現(xiàn)場各類構(gòu)件的堆積，強(qiáng)化了現(xiàn)場的綠色管理。

另外，利用BIM技術(shù)能夠完成工程量匯總計算，包括提供鋼筋生產(chǎn)、混凝土使用等工程量清單，方便開展對工程造價、預(yù)算的校核。如表 1所示，是部分工程預(yù)制構(gòu)件的明細(xì)表，根據(jù)該表可以指導(dǎo)構(gòu)件生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，也有助于施工期間開展構(gòu)件的管理工作。

結(jié)合BIM的出圖功能，可以深化對構(gòu)件和工程的整體設(shè)計，提供更為細(xì)化的PC構(gòu)件圖紙，輔助工程預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)工作[3]。

5.3施工現(xiàn)場管理

5.3.1碰撞檢查排查設(shè)計失誤

BIM軟件具有強(qiáng)大的碰撞檢查功能，可以直觀地了解設(shè)計失誤問題，提供更加直觀、精準(zhǔn)的結(jié)果，可以獲得較高的檢測效率和質(zhì)量，方便開展工程的成本控制。相對于傳統(tǒng)CAD圖紙，使用BIM技術(shù)的呈現(xiàn)效果更好，能夠?qū)︻A(yù)制構(gòu)件拼裝后的具體情況進(jìn)行還原，及時發(fā)現(xiàn)存在的碰撞問題，從而避免在安裝中出現(xiàn)返工的情況。通過三維碰撞檢查，能夠確定鋼筋配置不合理的情況，檢查時搭建整體模型，可以發(fā)現(xiàn)不同位置構(gòu)件之間的沖突，軟件能夠自動標(biāo)記沖突位置，方便在施工之前進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計[4]。

5.3.2施工質(zhì)量控制

基于BIM建立的工程施工管理平臺可以實(shí)現(xiàn)對工程現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的匯總，將傳感器、監(jiān)測設(shè)備獲得的監(jiān)測結(jié)果在BIM模型上呈現(xiàn)，管理人員獲得施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)的難度明顯降低，有助于優(yōu)化工程施工現(xiàn)場的管理效果。在裝配式建筑施工中，節(jié)點(diǎn)灌漿施工是質(zhì)量控制的難點(diǎn)，利用BIM系統(tǒng)，能夠讓管理人員更準(zhǔn)確地了解節(jié)點(diǎn)灌漿施工的狀況，明確混凝土的硬化速度，確定各項(xiàng)數(shù)據(jù)是否符合設(shè)計要求。同時，根據(jù)檢測結(jié)果也能判斷建筑是否存在過大的變形，以便能盡早發(fā)現(xiàn)建筑的施工質(zhì)量問題，及時采取措施展開糾正，防止問題進(jìn)一步擴(kuò)大化造成的成本增加。針對各類異常情況，系統(tǒng)能夠自動發(fā)出警告，方便管理團(tuán)隊(duì)針對性開展控制工作[5]。

6結(jié)論

使用BIM技術(shù)開展裝配式建筑施工，實(shí)現(xiàn)了裝配式建筑施工的理念、模式革新，將自動化技術(shù)充分應(yīng)用于建筑工程中，利用數(shù)據(jù)信息強(qiáng)化建筑參建單位之間的銜接、配合。為了進(jìn)一步發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢，還需要繼續(xù)探索技術(shù)應(yīng)用方法，不斷優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用模式，強(qiáng)化對施工現(xiàn)場細(xì)節(jié)控制，加強(qiáng)施工方、設(shè)計方、構(gòu)件生產(chǎn)方之間的合作和信息溝通，強(qiáng)化對工程施工的流程控制，推動裝配式建筑施工水平提升，滿足社會對建筑行業(yè)綠色發(fā)展的需求。

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