湯能文

江蘇蘇亞金誠工程管理咨詢有限公司 江蘇 南京 210009

現(xiàn)階段城市環(huán)境正在逐漸惡化，國家在可持續(xù)的發(fā)展中對(duì)于城市建筑方面有了更新更高的設(shè)計(jì)和建設(shè)要求，要有效促進(jìn)資源的循環(huán)利用，建設(shè)“四節(jié)一宜居”建筑，不斷改善人居環(huán)境，為以后城市可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。所以，對(duì)于全方位并且具有先進(jìn)性的BIM技術(shù)在裝配式綠色建筑設(shè)計(jì)和建設(shè)中有積極意義。

1 項(xiàng)目概況

某市政務(wù)中心的停車綜合樓工程項(xiàng)目（下稱本項(xiàng)目或本工程），處在某市行政中心的繁華地段，建筑總高度57.15m，總面積為48972.21平方米，其中地上建筑際面積42085.27平方米，地下建筑面積為6886.94平方米，主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋頂為異型鋼結(jié)構(gòu)，基本柱網(wǎng)6m×6m，內(nèi)部安裝機(jī)械停車位約4000個(gè)。項(xiàng)目運(yùn)用新型裝配式綠色建筑構(gòu)架體系，預(yù)制率達(dá)到53.3%，圍護(hù)構(gòu)架與欄桿等相關(guān)部件的安裝率高達(dá)93%。

由于項(xiàng)目位于市中心繁華地段，人員密集，行人車輛多，交通擁堵，安全文明環(huán)保施工要求高，速度要求快，作業(yè)場地狹窄，沒有材料堆放場和預(yù)制場。為此業(yè)主方要求結(jié)合BIM技術(shù)，采用裝配式建筑，免抹灰、少砌筑。結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和現(xiàn)場作業(yè)施工條件綜合考慮，土建和裝修一體化設(shè)計(jì)，盡量采用工廠化制作，減小現(xiàn)場濕作業(yè)[1]。

2 BIM技術(shù)的應(yīng)用

2.1 方案階段的應(yīng)用

根據(jù)業(yè)主方要求，為達(dá)到所見即所得的實(shí)際效果，本工程建筑師對(duì)項(xiàng)目周邊環(huán)境采用三維激光掃描儀進(jìn)行信息采集和分析，將客觀環(huán)境詳細(xì)還原之后，得到了想要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和具體參數(shù)。再結(jié)合這些參數(shù)和建設(shè)單位停車數(shù)量要求，對(duì)本工程建筑方案進(jìn)行概念模型設(shè)計(jì)，反復(fù)優(yōu)化和改進(jìn)，特別是屋面異型鋼結(jié)構(gòu)，最終生成1∶1的方案模型，各個(gè)方位外立面風(fēng)格顏色和內(nèi)部空間效果全部實(shí)景展現(xiàn)，并且可進(jìn)行視角演示和虛擬漫游，真實(shí)地展示建筑效果，幫助業(yè)主從繁雜難懂的二維平面圖向三維立體空間實(shí)體轉(zhuǎn)變，清晰理解設(shè)計(jì)意圖，準(zhǔn)確表達(dá)自己的想法，及時(shí)提出優(yōu)化建議，高效準(zhǔn)確做出決策，最終方案設(shè)計(jì)完全符合業(yè)主要求。

2.2 設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

為更好地提高工程質(zhì)量，本工程從設(shè)計(jì)開始，就運(yùn)用了BIM技術(shù)對(duì)工程的形體詳細(xì)分析，分別進(jìn)行土建、機(jī)電、鋼結(jié)構(gòu)等形體建模。先后經(jīng)過參數(shù)化設(shè)計(jì)、可視化設(shè)計(jì)、造型與性能優(yōu)化、多專業(yè)協(xié)調(diào)、碰撞檢查、設(shè)計(jì)優(yōu)化等階段，從最初的概念模型到施工圖的每一個(gè)預(yù)制構(gòu)件，對(duì)每項(xiàng)參數(shù)都分別進(jìn)行了細(xì)化與調(diào)整，將工程形體逐漸協(xié)調(diào)優(yōu)化，使設(shè)計(jì)圖紙完全體現(xiàn)了設(shè)計(jì)方案思路，更加符合業(yè)主要求，更趨合理、便于施工。

建筑信息可視化：通過建立各相關(guān)建筑信息的三維模型，在項(xiàng)目施工前，完成對(duì)項(xiàng)目整體的虛擬演示，直觀地反映出建筑效果，使土建專業(yè)與水電、消防等安裝專業(yè)、參建方的溝通、協(xié)調(diào)、決策都在可視化的狀態(tài)下進(jìn)行，更加直觀、清晰、準(zhǔn)確。

專業(yè)協(xié)調(diào)：基于BIM的信息共享，一方面在工程初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，各專業(yè)在同一平臺(tái)進(jìn)行，信息共享，可視化設(shè)計(jì)；另一方面同時(shí)協(xié)調(diào)建筑、結(jié)構(gòu)、裝飾、安裝、鋼結(jié)構(gòu)等相關(guān)專業(yè)，運(yùn)用BIM技術(shù)的碰撞檢查功能，進(jìn)行物理碰撞（硬碰撞）和規(guī)則碰撞（軟碰撞）檢查（如圖1），并生成協(xié)調(diào)文件，大大改善設(shè)計(jì)，減少審核工作，更早發(fā)現(xiàn)錯(cuò)、漏、碰。

基于BIM技術(shù)的施工節(jié)點(diǎn)模板優(yōu)化

圖1

設(shè)計(jì)優(yōu)化：依據(jù)深化設(shè)計(jì)，通過BIM模型，執(zhí)行全面的建筑分析、結(jié)構(gòu)可靠性分析、建筑性能分析，直觀地顯示設(shè)計(jì)問題，以便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

設(shè)計(jì)變更跟蹤，及時(shí)調(diào)整和完善出圖。設(shè)計(jì)人員應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行及時(shí)成效對(duì)比，通過查詢和對(duì)比的方式，即時(shí)掌握施工的具體情況；根據(jù)現(xiàn)場施工反饋或問題，設(shè)計(jì)人員第一時(shí)間通過BIM共享平臺(tái)進(jìn)行復(fù)核、答復(fù)，提出修改意見或出圖，所有變更都在平臺(tái)上可視化進(jìn)行并留痕保存，做到了自動(dòng)實(shí)時(shí)更新，并形成變更造價(jià)對(duì)比，全程進(jìn)行概算預(yù)控，各參建方均可查閱和打印。

2.3 施工階段的應(yīng)用

裝配式建筑結(jié)合BIM技術(shù)的應(yīng)用，不同于以往的施工管理模式，在本項(xiàng)目工程施工期間，總包BIM團(tuán)隊(duì)配合項(xiàng)目部、專業(yè)化加工廠完成了以下一些工作。

（1）設(shè)計(jì)交底，預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)： 進(jìn)行系統(tǒng)圖分析，梁板柱預(yù)制構(gòu)件、鋼筋節(jié)點(diǎn)、機(jī)電管線深化設(shè)計(jì)，利用BIM模型對(duì)特殊節(jié)點(diǎn)綜合施工工藝進(jìn)行施工優(yōu)化和交底；

圖2

圖3

（2）加上時(shí)間維度，模擬現(xiàn)場施工，進(jìn)行運(yùn)輸場地與工作面管理、施工分析，確定合理的施工工序，從而進(jìn)行有效的施工管理。采用4D-BIM施工管理系統(tǒng)，集成BIM和移動(dòng)技術(shù)、RFID技術(shù)以及GPS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場施工情況動(dòng)態(tài)跟蹤，對(duì)比計(jì)劃進(jìn)度和實(shí)際進(jìn)度，通過構(gòu)件詳細(xì)信息，查詢進(jìn)出場及安裝情況，實(shí)時(shí)追蹤當(dāng)前的進(jìn)度狀態(tài)，分析影響進(jìn)度的因素，確定受影響的任務(wù)，受影響的部位，協(xié)調(diào)各專業(yè)，制定應(yīng)對(duì)措施。

（3）構(gòu)件深化設(shè)計(jì)和預(yù)制加工：本項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件僅使用于地上結(jié)構(gòu)，預(yù)制構(gòu)件為：預(yù)制柱、疊合梁、鋼筋桁架疊合樓板、預(yù)制樓梯，累計(jì)預(yù)制柱402根，預(yù)制梁2768根，預(yù)制板4552塊，預(yù)制剪力墻2466塊。

制定構(gòu)件拆分原則后，在Revit中調(diào)用Dynamo進(jìn)行可視化編程，將Revit結(jié)構(gòu)模型中的現(xiàn)澆構(gòu)件拆分為零件，再將多個(gè)零件形成組件，完成構(gòu)件拆分。所有拆分構(gòu)件經(jīng)深化設(shè)計(jì)后，圖紙發(fā)專業(yè)加工廠進(jìn)行制作前聯(lián)審，根據(jù)生產(chǎn)能力和工況進(jìn)行生產(chǎn)轉(zhuǎn)換、導(dǎo)入，全部實(shí)現(xiàn)BIM圖紙與數(shù)控制造集成的半自動(dòng)化、流水線預(yù)制生產(chǎn)。

（4）總平面管理：通過5D-BIM模擬工程現(xiàn)場的實(shí)際情況，有針對(duì)性的布置起重設(shè)備、臨時(shí)設(shè)施、運(yùn)輸路線、料場及其他設(shè)施位置，實(shí)現(xiàn)工程各個(gè)階段總平面各功能區(qū)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化配置，可視化管理，避免了相互干擾，確保了構(gòu)件按時(shí)到場，按計(jì)劃流水有序安裝施工。

（5）工作面劃分與交接協(xié)調(diào)：通過定義工作面，將各平立面劃分成獨(dú)立的管理區(qū)域；將進(jìn)度、圖紙、合同、分包等信息分區(qū)獨(dú)立管理，提高總包管理的細(xì)度，加深總包管理的深度。

（6）構(gòu)件運(yùn)輸與安裝協(xié)同管理：根據(jù)現(xiàn)場構(gòu)件吊裝的順序和運(yùn)輸情況的分析，通過構(gòu)件安裝計(jì)劃與裝車、運(yùn)輸計(jì)劃的協(xié)同，明確裝車、運(yùn)輸構(gòu)件類型及數(shù)量，協(xié)同配送，保證滿足構(gòu)件現(xiàn)場及時(shí)準(zhǔn)確的安裝需求。

（7）施工工藝模擬與優(yōu)化：在電腦上對(duì)每層構(gòu)件安裝進(jìn)行模擬，提前查找和處理各環(huán)節(jié)可能遇到的問題。預(yù)制件測量放線及墊片安裝→構(gòu)件吊裝→找正固定→鋼筋連接、綁扎→節(jié)點(diǎn)封?！酀{養(yǎng)護(hù)。

（8）現(xiàn)場進(jìn)度可視化監(jiān)控：在進(jìn)度計(jì)劃編制過程，給每個(gè)計(jì)劃開工項(xiàng)添加樓層、分區(qū)、專業(yè)等屬性，與模型具體構(gòu)件的屬性相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)度計(jì)劃與模型構(gòu)件的自動(dòng)關(guān)聯(lián)。

（9）成本和工期管理：BIM、施工計(jì)劃和采購計(jì)劃集成的5D模擬，對(duì)擬投入的人力、材料、機(jī)械進(jìn)行反向計(jì)算和定量分析，以確保在滿足施工需要的前提下合理配置資源，加快進(jìn)度，減少中轉(zhuǎn)和存儲(chǔ)時(shí)間，降低成本。

（10）運(yùn)用BIM技術(shù)加強(qiáng)安全風(fēng)險(xiǎn)管理。在4D模型和4D模擬的基礎(chǔ)上，附加材料屬性、邊界條件和荷載條件，結(jié)合先進(jìn)的時(shí)變結(jié)構(gòu)分析方法、相應(yīng)的有限元軟件接口，采用ANSYS或Etabs等通用有限元軟件，便可以將BIM、4D技術(shù)和時(shí)變結(jié)構(gòu)分析方法結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)基于BIM的施工過程結(jié)構(gòu)安全分析與支撐體系安全分析，有效捕捉施工過程中可能存在的危險(xiǎn)狀態(tài)，指導(dǎo)安全維護(hù)措施的編制和執(zhí)行，防止發(fā)生安全事故[2]。

（11）管理協(xié)調(diào)：通過BIM管理軟件建立一個(gè)模型數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目各管理方（業(yè)主、設(shè)計(jì)院、總包、監(jiān)理等）協(xié)同工作。項(xiàng)目各管理方基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)文檔、圖紙和視頻的提交、流轉(zhuǎn)、審核、審批及發(fā)放，實(shí)現(xiàn)信息共享。在項(xiàng)目施工過程中通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行工程協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量、成本和進(jìn)度的可視化管控。

3 本項(xiàng)目應(yīng)用BIM技術(shù)取得的效果

本工程通過BIM技術(shù)與裝配工建筑的緊密結(jié)合，取得了明顯效果。

①設(shè)計(jì)無錯(cuò)漏，沒有變更。沒有因圖紙?jiān)O(shè)計(jì)問題而無法施工或造成返工，構(gòu)件尺寸和位置準(zhǔn)確無誤，安裝精確，消除40%預(yù)算外更改；②解脫了煩瑣的工程算量和誤差，工程量精確到每根鋼筋、每根管線、每方混凝土，造價(jià)估算控制在3%精確度范圍內(nèi)，造價(jià)估算耗費(fèi)的時(shí)間縮短80%；③精準(zhǔn)下料，工廠化加工，沒有錯(cuò)、漏、廢或者推倒重來；所有安裝對(duì)號(hào)入座，防止了因?yàn)殄e(cuò)裝而導(dǎo)致返工浪費(fèi)；沒有廢舊余料，實(shí)現(xiàn)了零庫存，環(huán)保節(jié)約，提高了效益。④通過碰撞檢查提前發(fā)現(xiàn)和解決沖突，將合同價(jià)格降低10%；⑤項(xiàng)目工期縮短17%。

4 BIM技術(shù)在裝配式建筑應(yīng)用中還需要解決的障礙和問題

現(xiàn)階段BIM技術(shù)在裝配式建筑的運(yùn)用中還存在一些問題，是相關(guān)工作者在未來的運(yùn)用中需要引起注意的。

（1）目前專業(yè)化加工廠的信息化應(yīng)用程度較低，特別是針對(duì)工作流和信息流的集成管理，以及各參與方的信息共享問題，已經(jīng)逐步成為制約建筑工廠化進(jìn)程的瓶頸問題。因此，如何通過引進(jìn)最新的信息化技術(shù)，以改變原有的建筑工廠化生產(chǎn)管理模式，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)高效的施工管理。

（2）通過對(duì)建筑工廠化和BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的深入研究和技術(shù)集成，研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“基于BIM的建筑工廠化管理系統(tǒng)”（BIM-FC），實(shí)現(xiàn)基于BIM技術(shù)的模型快速設(shè)計(jì)與建模，將深化設(shè)計(jì)、預(yù)制加工、材料管理、物流運(yùn)輸、現(xiàn)場施工等各個(gè)工作流環(huán)節(jié)有效鏈接，以BIM平臺(tái)為核心，實(shí)現(xiàn)各參與方協(xié)同合作，提高項(xiàng)目管理工作效率[3]。

5 結(jié)束語

在綠色建筑方面最重要的特點(diǎn)就是要保證可持續(xù)，把BIM技術(shù)廣泛應(yīng)用到綠色的建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中有助于全面貫徹節(jié)能環(huán)保的良好理念，把BIM技術(shù)引用到綠色建筑中，能夠有效優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，確保工程整體質(zhì)量，提升了作業(yè)實(shí)施時(shí)的效率，對(duì)裝配式綠色建筑有很大的積極作用，將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在裝配式綠色建筑當(dāng)中是非常重要的。