劉琨

（中交第四公路工程局有限公司，北京100022）

1 工程概況

本項目為河南省省直青年人才公寓航港南苑項目，總建筑面積約2.570×105m2，其中，地上建筑面積約1.620×105m2，地下建筑面積約9.50×104m2。本項目由12個單體工程組成，包括9個高層住宅、1個幼兒園和2套獨立的配套住宅。住宅主體結(jié)構采用現(xiàn)澆混凝土組合拼裝整體鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構（采用單獨核心筒結(jié)構），包括1層及以上樓層采用預制復合板，地面5層以上及豎向構件采用預制混凝土（Precast Concrete，PC）墻板，總合同要求PC組件裝配率為≥50%，實際設計裝配率為≥53%，滿足合同要求。

2 裝配式建筑運用BI M技術的必要性

2.1 建立建筑數(shù)字資源庫

BIM技術是積累建筑設計和施工數(shù)字資源庫的重要途徑。自BIM技術發(fā)展以來，相關人員根據(jù)BIM技術在建筑工程建設過程中使用的資源建立了數(shù)字資源庫，并利用數(shù)字模型信息輔助生產(chǎn)及項目管理，可以有效提升資源信息的管理價值和利用功效。

2.2 深化圖紙的生成并指導預制構件加工與生產(chǎn)

裝配式建筑需要嚴密設計構件拆分、預埋構件和與預留孔洞，所以各專業(yè)的溝通及協(xié)調(diào)深化尤為重要。針對此，通過BIM技術進行設計裝配式構件，可以精細化地設計出構件尺寸、鋼筋直徑、間距以及保護層厚度。

此外，BIM三維模型還可以判斷出相鄰構件之間的連接情況，并通過碰撞檢測發(fā)現(xiàn)構件之間的沖突并提前優(yōu)化，同時輸出圖紙指導預制構件加工，以避免設計粗糙造成吊裝拼裝的過程中出現(xiàn)問題，影響工期并造成經(jīng)濟損失。

3 BI M技術在裝配式混凝土結(jié)構工程中的應用

3.1 建筑設計階段

3.1.1 預制構件深化設計

預制構件深化設計基本流程為：組織開始深化設計工作→編制深化設計方案→創(chuàng)建深化設計模型→全專業(yè)深化設計模型協(xié)調(diào)→繪制深化設計施工詳圖。預制構件深化設計流程如圖1所示。

圖1 預制構件深化設計流程

作為裝配式混凝土結(jié)構工程中BIM技術應用的重要環(huán)節(jié)，預制構件在深化設計前，需以原有設計方案及條件為基礎，依據(jù)構件拆分原則，并充分考慮預制加工、塔吊吊運能力、施工操作等因素，同時利用BIM設計模型進行構件拆分及專業(yè)性深化設計，以確定拆分構件位置、尺寸及拆分方向，形成構件拆分BIM模型。

不僅如此，BIM技術還可以通過整合土建、機電、精裝等專業(yè)圖紙進行協(xié)同設計，并結(jié)合鋁膜、爬架、塔吊等技術方案，深化豎向構件、疊合板預埋件及預留洞口位置，從而對鋼筋進行優(yōu)化排布來深化設計出圖，以進一步指導構件廠預制加工。

3.1.2 復雜節(jié)點深化設計

本項目地下車庫管線錯綜復雜，是現(xiàn)場施工中的重難點。若采用傳統(tǒng)的施工方法，則往往只關注于避免錯誤與減少返工，而降低成本、追求美觀等額外的要求通常都會被忽略。本項目整合了全專業(yè)的BIM設計模型，可以讓每個區(qū)域的情況一目了然，從而方便詳細分析車庫內(nèi)專業(yè)多、管線密集、空間小的重點控制的復雜節(jié)點；將BIM設計模型通過以“以點帶線、以線帶面”的方式逐步深化模型，并依據(jù)深化后的管線綜合模型來優(yōu)化預留洞口，在經(jīng)參建各方同意后，可根據(jù)簽署文件的實施保證項目的順利進行，從而進一步提高工程質(zhì)量。

以地下車庫節(jié)點1為例。該節(jié)點位于地下車庫M～N軸交匯處21～23軸，柱間最大跨度為4 500 mm，樓層高度4 000 mm，剔除實際結(jié)構梁可用高度3 100 mm；區(qū)域管道多達14條，其中水管9條、橋梁3條、風管2條，風道1（排風630 mm×320 mm）與風道2（排煙1250 mm×400 mm）位置沖突，相互轉(zhuǎn)彎會影響車庫高度。該地下車庫則選擇此處來對復雜節(jié)點進行整體布局優(yōu)化。具體優(yōu)化思路如下：

1）在距梁底300 mm處敷設風道，將局部風管1（排風630 mm×320 mm）排氣管移至N～P軸，將1 200 mm×100 mm弱橋架移至L～M軸。

2）橋架距梁底100 m處敷設風管，自噴支管通過風管與橋梁之間。

3）其他管道遠離供熱管道，供熱管道布置在風管道上方。

4）消火栓管與供熱管鋪裝高程相同，管底高程2 400 mm。

5）保證養(yǎng)護空間在≥350 mm水平高度綜合布置。經(jīng)過優(yōu)化后，該節(jié)點水平高度達到維修空間標準，縱向凈空高度為2 400 mm（風道底部高度），符合一般車庫凈高標準。

3.2 預制加工階段

根據(jù)預制構件生產(chǎn)廠的實際生產(chǎn)力水平，本項目選擇了自動化機械與人工的半自動化加工方式。在預制構件加工過程中，由于模具的精度會決定預制構件的生產(chǎn)精度，因此，要在建立好的預制構件拆分BIM模型基礎上，提取精確的構件尺寸信息，從而為模具設計精度提供保障。具體實施要點為：

1）利用構件拆分BIM模型建立PC構件數(shù)據(jù)庫，以實現(xiàn)PC構件加工圖紙與PC構件三維模型的雙向參數(shù)化信息連接，包括PC構件編號、混凝土用量和預埋件等信息。

2）將構件拆分BIM模型同PC構件生產(chǎn)廠流水線對接，在加工過程中準確讀取預留預埋、鋼筋空間與參數(shù)的準確信息，從而自動形成構件生產(chǎn)數(shù)據(jù)；與此同時，還可以生成人工施工部分對應的動畫及圖紙，以更好地指導相關生產(chǎn)人員正確施工，減少施工誤差[1]。

3.3 施工管理階段

3.3.1 預制構件智能管控

構件拆分BIM模型可以為每一塊預制構件進行唯一的標號，并結(jié)合二維碼及射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID），對預制構件的生產(chǎn)、出場、運輸、進場的整個流程進行跟蹤管理：

1）生產(chǎn)時，在讀取RFID標簽信息的基礎上，根據(jù)生產(chǎn)進度來快速采集預制構件材料信息，以輔助材料的精確管理。

2）出廠時，通過RFID讀寫器寫入出場驗收信息來錄入運輸車輛信息，從而實現(xiàn)對構件運輸情況的實時定位與跟蹤。

3）進場時，通過寫入進場驗收信息，輔助現(xiàn)場的預制構件管理。

當以上各個流程的信息錄入都上傳至服務器時，可達到對預制構件的全過程動態(tài)管控，進而提高現(xiàn)場的精細化管理能力。

3.3.2 場地布置管理

裝配式混凝土結(jié)構工程的施工現(xiàn)場布置與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構工程有很大的區(qū)別。為了滿足安裝以及保證日常工作生產(chǎn)的順利進行，場內(nèi)的交通、塔吊選型及布置、堆場布置、地下室頂板承載力等都被提出了極高要求。

針對此，本項目利用BIM模仿場地布置，將塔吊的高度、臂長等信息進行仿真模擬，并與地下主體結(jié)構模型進行位置沖突模擬，讓塔吊方案安全、經(jīng)濟、高效。裝配式混凝土結(jié)構工程在進行主體施工時，都可利用BIM技術來對施工場區(qū)的交通規(guī)劃、各類施工機械布置以及預制構件堆場位置進行可視化模擬，使其科學合理，減少二次搬運，從而提高場地的利用率。

3.3.3 施工方案優(yōu)化

BIM技術具有超強的可視化與模擬功能。本項目在施工過程中，為了充分發(fā)揮其可視化與模擬性的特點，采取的方式有3種：

1）外掛架施工方案。創(chuàng)建外掛架BIM模型與主體深化模型協(xié)調(diào)，并模擬外掛架方案，優(yōu)化節(jié)點和排布方案17處，以避免在施工中出現(xiàn)外掛架安裝沖突及未閉合等問題。

2）現(xiàn)澆節(jié)點模板施工方案。裝配式混凝土結(jié)構工程在現(xiàn)澆節(jié)點模板優(yōu)化完成后，可利用BIM模型生成現(xiàn)澆節(jié)點模板布置圖及鋼背楞加工圖；本項目共生成5種戶型平面布置圖，253種型號鋼背楞加工大樣圖，可以有效指導現(xiàn)場施工。

3）標準層內(nèi)支撐施工方案。在深化設計BIM技術模型的基礎上創(chuàng)建支撐體系模型，并對內(nèi)支撐體系施工方案進行三維模擬及優(yōu)化，從而形成可視化的成果輔助技術交底工作。

3.4 后期運營維護及拆除階段

3.4.1 運營維護

利用“BIM+RFID”技術可以實現(xiàn)裝配式建筑在運行壽命內(nèi)的綠色運維管理。與預制構件的智能管控相似，其在運營維護階段可以通過RFID讀寫器掃描設備上的RFID標簽，快速讀取設備的生產(chǎn)廠家、尺寸、安裝日期等信息，便于維修工人進行施工。

同時，通過掃描RFID標簽，還可以遠程快速定位計算機BIM模型中的構件位置，便于快速查看維修位置周圍的設備信息，避免安全事故的發(fā)生。

概言之，基于“BIM+RFID”技術的運維管理平臺，可以自動檢索項目數(shù)據(jù)庫，制定維護工作計劃與添加維修記錄，從而高效開展維護工作。

3.4.2 拆除

對于所有的建筑物來說，拆除是必然存在的問題。為了提升裝配式建筑拆除的安全性及效率，拆除人員可以通過BIM模型來查閱工程的特點、幾何尺寸、隱蔽設施、施工記錄等數(shù)據(jù)信息，再根據(jù)構件的使用年限、材料規(guī)格、參數(shù)性能等制定可靠的拆除方案，并通過BIM技術模擬拆除方案，以排除各種安全隱患。

在拆除現(xiàn)場，拆除人員可以根據(jù)裝配式建筑BIM模型了解拆除的時間、位置、方法以及數(shù)量，并將拆除后的材料合理擺放歸類，從而確保拆除現(xiàn)場的干凈整潔，以有效提高拆除效率及廢物的回收利用率。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段，有效利用BIM技術進行設計管理、生產(chǎn)管理、施工管理、運營管理，已成為一種趨勢。有效使用BIM技術來加強裝配式混凝土結(jié)構工程的標準化和常態(tài)化，可以在提高項目施工質(zhì)量的同時，推動建筑行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。