BIM技術(shù)在裝配式房屋建筑工程中的應(yīng)用

1前言

BIM技術(shù)與裝配式建筑的結(jié)合，標(biāo)志著建筑行業(yè)在質(zhì)量控制、環(huán)境保護(hù)和工程進(jìn)度管理方面邁出了重要一步。傳統(tǒng)的建造方法已無法滿足現(xiàn)代建筑行業(yè)的需求，而裝配式建筑以其獨(dú)特性為行業(yè)轉(zhuǎn)型提供了機(jī)遇。然而，裝配式建筑在施工環(huán)境、質(zhì)量、工期和成本方面的優(yōu)勢尚未完全展現(xiàn)，BIM技術(shù)的引入正是為了解決這些問題。

BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠顯著提升裝配式建筑的設(shè)計(jì)和施工效率，通過數(shù)字化模型整合大量數(shù)據(jù)信息，提高預(yù)制構(gòu)件的效率與經(jīng)濟(jì)性，滿足施工要求。在設(shè)計(jì)階段，BIM技術(shù)有助于減少構(gòu)件規(guī)格多樣性，降低模具加工成本，并通過精確的數(shù)據(jù)參數(shù)調(diào)整，優(yōu)化模型的簡潔性和直接性。此外，BIM技術(shù)在構(gòu)件拆分、運(yùn)輸和吊裝條件的分析中也發(fā)揮著重要作用，減少了人工繪制圖紙的工作量和錯(cuò)誤率。

2工程概況

某項(xiàng)目公寓樓區(qū)域總建筑面積4.23萬平方米，其中地下1.2萬平方米。鑒于項(xiàng)目規(guī)模宏大，施工過程中需要考慮眾多影響因素，經(jīng)過細(xì)致的成本效益分析后，決定采用預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)作為主要施工方式。這種結(jié)構(gòu)包括了多種預(yù)制組件，例如陽臺(tái)、樓板和樓梯等。然而，由于該建筑的外形設(shè)計(jì)為Y字形，存在許多特殊的位置，使得施工過程較為困難和復(fù)雜。為了提高施工質(zhì)量，確保施工過程中能夠覆蓋所有細(xì)節(jié)，精確計(jì)算工程量，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決定采用BIM技術(shù)和其他輔助工具來管理整個(gè)施工過程。

3BIM技術(shù)及特點(diǎn)

3.1BIM技術(shù)

BIM技術(shù)是一種數(shù)字化的工程設(shè)計(jì)、施工和管理手段。該方法將建筑工程的規(guī)劃、運(yùn)營、維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，從而達(dá)到信息共享與傳輸?shù)哪康?。BIM技術(shù)的核心在于其動(dòng)態(tài)變化的特性，模型在使用過程中會(huì)不斷更新和豐富，為用戶提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支持。

BIM技術(shù)的應(yīng)用范圍廣泛，它在建筑設(shè)計(jì)階段可以幫助設(shè)計(jì)師進(jìn)行空間規(guī)劃、結(jié)構(gòu)分析和材料選擇；在施工階段，可以優(yōu)化施工流程，提高效率，減少資源浪費(fèi)；在運(yùn)營階段，則有助于設(shè)施維護(hù)、能源管理和安全管理。BIM技術(shù)的特點(diǎn)包括可視化、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性，這些特點(diǎn)使其在建筑設(shè)計(jì)、施工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

BIM技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在提升設(shè)計(jì)效率、降低設(shè)計(jì)成本、增強(qiáng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)性、提升設(shè)計(jì)質(zhì)量、減少錯(cuò)誤率等方面。隨著技術(shù)的發(fā)展，BIM技術(shù)正朝著標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、自動(dòng)化和跨界融合的方向發(fā)展，預(yù)計(jì)將在建筑與工程領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。

3.2特點(diǎn)

可視化：BIM技術(shù)通過三維模型的形式呈現(xiàn)建筑物的設(shè)計(jì)和構(gòu)造過程，使得項(xiàng)目參與者能夠直觀地理解和溝通設(shè)計(jì)意圖。這種可視化不僅用于效果圖展示，還能在項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營過程中進(jìn)行溝通、討論和決策，提升項(xiàng)目管控的科學(xué)化水平。

數(shù)據(jù)化：BIM技術(shù)將工程項(xiàng)目信息化，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理過程中海量數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)、快速準(zhǔn)確計(jì)算和分析。例如，通過BIM可以快速精確地進(jìn)行工程量計(jì)算、對量等，從而提高管理效率，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目精細(xì)化和企業(yè)集約化管控。

協(xié)調(diào)性：BIM的協(xié)調(diào)性服務(wù)有助于解決項(xiàng)目全過程中的協(xié)調(diào)問題，包括勘探設(shè)計(jì)、環(huán)境適應(yīng)和具體施工。BIM可以在建筑物建造前期對各專業(yè)的碰撞問題進(jìn)行協(xié)調(diào)，生成解決方案，提升管理效率。

參數(shù)化：BIM技術(shù)使用參數(shù)化的模型，通過調(diào)整模型中的參數(shù)來快速修改和更新設(shè)計(jì)方案。這種靈活的參數(shù)化模型使得設(shè)計(jì)師能夠更容易地進(jìn)行設(shè)計(jì)迭代和優(yōu)化，加快設(shè)計(jì)過程中的決策速度和響應(yīng)能力8。

可模擬性：BIM技術(shù)可以進(jìn)行4D施工進(jìn)度模擬、火災(zāi)緊急疏散模擬、節(jié)能模擬、熱傳導(dǎo)模擬、光照模擬等。這有助于工程項(xiàng)目管理的優(yōu)化，合理安排施工進(jìn)度和控制項(xiàng)目成本，也有利于運(yùn)營階段的緊急疏散時(shí)安全問題的管控。

4 BIM技術(shù)應(yīng)用

4.1場地布置

利用BIM場布功能，實(shí)現(xiàn)了場地布局的3D可視化。本項(xiàng)目在利用傳統(tǒng)的靜態(tài)場布的基礎(chǔ)上，結(jié)合其自身的特性，對各環(huán)節(jié)中構(gòu)件的進(jìn)場、搬運(yùn)、存儲(chǔ)等過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，從而獲得最優(yōu)布局方案，最大程度地解決空間狹窄問題。如果每個(gè)樓層都打算預(yù)先存儲(chǔ)一層建筑所需的墻體、板材等，根據(jù)構(gòu)件的種類、型號和存儲(chǔ)需要，嚴(yán)格按比例模擬進(jìn)場、吊裝和存儲(chǔ)（參見圖1）。在保證用地條件下，最大限度地利用土地資源，保證項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

細(xì)的優(yōu)化，并與項(xiàng)目組密切協(xié)作，給出相應(yīng)的改進(jìn)意見。

為了減小所需的塔吊型號，對大型單體構(gòu)件進(jìn)行了進(jìn)一步分解處理。而對質(zhì)量較輕且分割過于分散的薄板，則采用組合方法，使零件的總數(shù)量得以降低。采取上述措施后，選用QTZ125型塔式起重機(jī)，既能適應(yīng)工地的需要，又能提高吊裝效率，節(jié)約建設(shè)費(fèi)用。

例如，14棟的PCGQ-1L板，其自重為4.179噸，需使用QTZ160型塔式起重機(jī)來完成。但是，由于該類型的壁板是單層的，因此，為一個(gè)壁板而增加塔式起重機(jī)的機(jī)型將會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的利用率下降。在此基礎(chǔ)上，對該復(fù)合墻板進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將其分成了兩組，每組 1.7t ，分別為PCGQ-1L-2和PCGQ-1L-2。該方案不但能使QTZ125塔式起重機(jī)的規(guī)格降至QTZ125，還能使單臺(tái)塔式起重機(jī)每月節(jié)約5000元以上的租金。以5個(gè)月為周期，每年可節(jié)約10萬元（適用于4棟此類建筑）的租金，并大幅提高機(jī)器的使用效率。

4.2.2精裝修點(diǎn)位優(yōu)化

在預(yù)制混凝土（PC）構(gòu)件的制造過程中，由于構(gòu)件類型繁多，而確保裝修階段水電安裝的精確度至關(guān)重要。因此，為了保證預(yù)埋盒與桁架筋之間的位置不會(huì)互相干涉，在制造前，必須仔細(xì)檢查各部件之間的碰撞情況（見圖2左邊）。另外，對精裝修戶型樣板進(jìn)行了深化，對水電安裝點(diǎn)進(jìn)行了準(zhǔn)確的校驗(yàn)：檢測預(yù)制板內(nèi)的預(yù)埋箱、管道安裝位置與現(xiàn)澆混凝土的管道對齊，預(yù)留孔的位置不會(huì)對點(diǎn)位的精度造成影響（見圖2右邊）。采取了相應(yīng)的措施，可防止后期由于鉆孔、切縫等工序所造成的附加費(fèi)用的增加。通過這種細(xì)致的前期工作，能夠確保裝修階段的水電安裝既準(zhǔn)確又高效，避免了不必要的施工調(diào)整和成本浪費(fèi)。

4.2設(shè)計(jì)優(yōu)化

4.2.1PC 構(gòu)件優(yōu)化拆分

在進(jìn)行預(yù)制混凝土（PC）構(gòu)件的初步設(shè)計(jì)拆分時(shí)，遇到了一些挑戰(zhàn)，包括部分構(gòu)件重量過重和疊合板重量過輕、拆分過于零散的問題。這就造成了大量的塔式起重機(jī)的使用，同時(shí)也降低了建筑效率。針對上述問題，本文在建模的基礎(chǔ)上，對組件分解過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行詳

4.3施工方案優(yōu)化

4.3.1群塔設(shè)備優(yōu)化

為滿足14棟建筑物的同時(shí)建設(shè)要求，計(jì)劃采用14座塔式起重機(jī)進(jìn)行同步作業(yè)。針對高層建筑高度密集、樓層間距小的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了塔式起重機(jī)的安裝位置、高度及臂長。對群塔工作進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真，對群塔方案進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)，采用QTZ125型塔式起重機(jī)，既能滿足工程需要，又能保證工程安全。

4.3.2懸挑腳手架優(yōu)化

在對懸挑腳手架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，借鑒了以往的型鋼懸挑式腳手架的做法，這就需要在外墻板上做好預(yù)留孔洞。與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，預(yù)制式墻體在制作時(shí)要求預(yù)留孔洞，且要避免與灌漿套管及鋼筋混凝土柱的矛盾。因此，本項(xiàng)目以BIM為基礎(chǔ)，采用BIM技術(shù)對其進(jìn)行三維深化設(shè)計(jì)，采用透視式施工仿真方法對其進(jìn)行優(yōu)化，以避免注漿套管與鋼筋混凝土之間的相互干涉。該方法不但使工程設(shè)計(jì)更加合理、可行，而且節(jié)約了工程造價(jià)。最后，由第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了注漿質(zhì)量檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果為 100% ，保證了工程的質(zhì)量與安全性。

4.4BIM信息平臺(tái)應(yīng)用

為進(jìn)一步提升構(gòu)件的制作與安裝精度，防止現(xiàn)場預(yù)制與施工進(jìn)度不符，對構(gòu)件進(jìn)行全程跟蹤與管理，將構(gòu)件一一歸類與編碼，并與生產(chǎn)企業(yè)合作，利用二維碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件生產(chǎn)、出廠、進(jìn)場、安裝、灌漿等全過程的跟蹤與監(jiān)測，提升構(gòu)件存貨與施工管理水平，實(shí)現(xiàn)信息共享與高效交換。通過掃描二維碼，實(shí)現(xiàn)零件在服役的全過程記錄，并同步上傳到BIM平臺(tái)，與BIM模型及進(jìn)度表結(jié)合，實(shí)現(xiàn)零件的生產(chǎn)備料、供應(yīng)安排的實(shí)時(shí)參照，保證各零部件的工作情況，保證生產(chǎn)、安裝過程中不出現(xiàn)差錯(cuò)。同時(shí)，企業(yè)也可以通過BIM平臺(tái)與模型進(jìn)行組件的連接，通過實(shí)時(shí)更新每天的進(jìn)度信息，對相關(guān)部件的產(chǎn)值進(jìn)行自動(dòng)的統(tǒng)計(jì)和分類。再加上平臺(tái)中各個(gè)部分的量化特征，可以對實(shí)際的進(jìn)度和產(chǎn)值進(jìn)行更準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)，并且將形象的進(jìn)度以立體的方式展現(xiàn)出來，從而更好地幫助制定糾正措施，強(qiáng)化進(jìn)度的精確管理。

5結(jié)論

BIM技術(shù)與裝配式建筑的結(jié)合為建筑行業(yè)帶來了革命性的進(jìn)步。這種集成應(yīng)用在設(shè)計(jì)、施工和項(xiàng)目管理中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，特別是在提高施工質(zhì)量、節(jié)約成本和縮短工期方面。BIM技術(shù)通過數(shù)字化模型整合信息，優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)，減少施工誤差，提升施工效率。它在構(gòu)件拆分、運(yùn)輸和吊裝分析中的作用尤為突出，可有效降低施工風(fēng)險(xiǎn)和成本。此外，BIM技術(shù)還促進(jìn)了項(xiàng)目信息的透明化和協(xié)同工作，提高了項(xiàng)目管理的精確度和響應(yīng)速度?？傊?，BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用不僅推動(dòng)了建筑行業(yè)的現(xiàn)代化，也為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)提供了有力支持。

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