(北京城建集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100088)

引言

近幾年，住建部相繼公布一系列推進(jìn)裝配式建筑發(fā)展的措施，這為裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅提供了政策支持。與傳統(tǒng)粗放型的建筑不同，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)工廠化、施工裝配化、裝修一體化、管理信息化和應(yīng)用智能化[1]這些裝配式建筑的典型特征，需要所有參與方及時(shí)的信息共享方能發(fā)揮其真正的價(jià)值，顯然傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理方法無法滿足這樣的生產(chǎn)需求，迫使企業(yè)從優(yōu)化技術(shù)及施工方法的革新方面尋找出路。

北京冬季奧運(yùn)村人才公租房項(xiàng)目采用的裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系是當(dāng)前一種比較新穎的建筑形式，融入綠色施工理念，具有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)工廠化、施工裝配化等特性，對(duì)我國建筑行業(yè)的發(fā)展具有引領(lǐng)示范作用。

本文依托北京冬季奧運(yùn)村人才公租房項(xiàng)目進(jìn)行BIM技術(shù)應(yīng)用，探討B(tài)IM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅施工過程中所帶來的革新與變化；主要在施工工序布置、工期計(jì)劃、成本管控、資源利用、場(chǎng)地布置[2]等方面動(dòng)態(tài)管理進(jìn)行深入應(yīng)用，在進(jìn)度、成本、質(zhì)量[3]三大管理指標(biāo)方面取得的良好成效進(jìn)行總結(jié)；對(duì)BIM技術(shù)應(yīng)用的全流程進(jìn)行詳細(xì)描述，希望能夠?yàn)橥愌b配式工程BIM技術(shù)全面應(yīng)用提供價(jià)值參考。

1 工程概況

1.1 工程簡介

本工程位于北京市朝陽區(qū)奧體文化商務(wù)園區(qū)OS-11地塊，賽時(shí)為2022年冬奧會(huì)及冬殘奧會(huì)運(yùn)動(dòng)員公寓及配套服務(wù)用房，賽后作為北京市高端人才公租房進(jìn)行持續(xù)運(yùn)營。

工程占地面積約3.3萬m2，建筑面積188 617m2，其中地上建筑面積105 717m2，地下建筑面積82 900m2。地下車庫共3層，主樓及裙樓范圍為地下4層； 地上11棟主樓最高17層，建筑高度為60m， 地上裙樓層數(shù)為2/3層。

圖1 項(xiàng)目效果圖

1.2 工程全面應(yīng)用BIM技術(shù)原因

(1)本工程是2022年冬奧會(huì)北京賽區(qū)重要的非競賽類場(chǎng)館之一，建設(shè)意義重大。采用裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系，最大化發(fā)揮建筑產(chǎn)業(yè)化的綜合效益，需要?jiǎng)?chuàng)建完整的信息化管理方式。

(2)本工程位于北京市北四環(huán)內(nèi)，施工現(xiàn)場(chǎng)占地十分狹小、周邊環(huán)境復(fù)雜，且現(xiàn)場(chǎng)文明施工要求高，現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地布置十分困難。

(3)機(jī)電、幕墻、精裝修等專業(yè)分包較多，協(xié)調(diào)配合的工作多，協(xié)同管理難度大。

(4)新技術(shù)、新工藝運(yùn)用多，許多技術(shù)無成成熟經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，施工難度大。

2 BIM應(yīng)用目標(biāo)

項(xiàng)目前期準(zhǔn)備階段，各參建單位明確了工程全面使用BIM技術(shù)的總目標(biāo)和實(shí)施計(jì)劃，采用建設(shè)單位主導(dǎo)、各參建方實(shí)施的組織模式，BIM應(yīng)用組織機(jī)構(gòu)圖如圖2所示。

針對(duì)本工程特點(diǎn)，確立了項(xiàng)目使用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)：

(1)BIM技術(shù)提高深化質(zhì)量和效率，減少圖紙中錯(cuò)漏碰缺，優(yōu)化裝配式建筑施工工藝。

(2)利用BIM技術(shù)對(duì)裝配式建筑新型施工工藝進(jìn)行模擬和優(yōu)化，形成工藝可視化資料，實(shí)現(xiàn)裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅推廣應(yīng)用示范性作用。

(3)實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、加工、現(xiàn)場(chǎng)安裝為一體的信息化管理。

結(jié)合實(shí)際情況及公司相關(guān)要求，制定了BIM應(yīng)用策劃方案及實(shí)施方案，根據(jù)策劃期內(nèi)任務(wù)劃分，逐項(xiàng)落實(shí)完善各項(xiàng)應(yīng)用。

寶清縣在20世紀(jì)50—60年代，地下水資源組成為降水入滲補(bǔ)給量和地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給量。地下水基本沒有開采，地下水排泄以蒸發(fā)為主，側(cè)向流出為輔；20世紀(jì)70—80年代開始開采地下水用于灌溉，但開采規(guī)模并不大；地下水資源量組成中，增加了井灌回滲補(bǔ)給量，但由于開采量小，所以灌溉回滲補(bǔ)給量所占的比例也相對(duì)較小。20世紀(jì)90年代年到現(xiàn)在，局部地段地下水開采增大，導(dǎo)致地下水水位逐年下降，地下水資源量中灌溉回滲補(bǔ)給量所占比例也逐漸增大，此外由于地下水水位下降，河流泄流補(bǔ)給量所占比例也不斷增加。

圖2 BIM應(yīng)用組織機(jī)構(gòu)圖

3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工中BIM技術(shù)應(yīng)用

3.1 鋼結(jié)構(gòu)BIM深化設(shè)計(jì)方法

本工程地上為鋼管混凝土柱鋼框架—防屈曲鋼板墻結(jié)構(gòu)體系。地下部分為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，核心筒范圍內(nèi)B05層設(shè)有鋼板墻。

勁性柱下插至B1層頂板(-3.250m)，核心筒范圍內(nèi)鋼柱下插至B2層頂板(-7.550m)。

本項(xiàng)目地上鋼結(jié)構(gòu)深化包含箱型柱、H型鋼及單曲弧形鋼箱梁等，其中地下勁型鋼柱與框架梁柱鋼筋連接是深化難點(diǎn)，CAD平面圖難以表達(dá)復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)關(guān)系。項(xiàng)目在設(shè)計(jì)圖紙的基礎(chǔ)上，將CAD設(shè)計(jì)圖紙為底圖，將CAD圖紙中結(jié)構(gòu)的“線?！盵4]導(dǎo)入TeklaStructure中，分別建立箱型柱、H型鋼，同時(shí)建立隔板、板肋及加勁板等細(xì)部構(gòu)件，進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)，根據(jù)塔吊的起重能力及鋼柱截面特性，對(duì)鋼柱進(jìn)行分段，確定分段口連接方式。

本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)，不單單以滿足施工安裝簡便為目的，而是以數(shù)字化制造為目標(biāo)，深化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行LOD400的精度，且模型深度達(dá)到數(shù)控制造的要求。將復(fù)雜部位以三維節(jié)點(diǎn)圖的形式進(jìn)行技術(shù)交底，解決鋼結(jié)構(gòu)安裝的各種問題，提高溝通效率，圖3為地下核心筒鋼板墻深化設(shè)計(jì)。通過模型輸出深化設(shè)計(jì)圖紙，指導(dǎo)復(fù)雜部位施工，切實(shí)保證工程質(zhì)量。

3.2 幕墻BIM深化設(shè)計(jì)方法

本工程主樓及裙房外立面裝修均采用幕墻體系，幕墻系統(tǒng)復(fù)雜多樣，涵蓋鋁板幕墻、石材幕墻、裝配式單元窗、鋁板開啟扇、金屬格柵、石材格柵、鋁合金百葉、金屬格柵吊頂、玻璃欄板等。

利用BIM技術(shù)對(duì)幕墻系統(tǒng)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)方式是通過Rhino建立幕墻表皮模型，同時(shí)建立參數(shù)化的幕墻構(gòu)件，通過Grasshopper[5]將幕墻表皮與參數(shù)化構(gòu)件相結(jié)合，生成工程整體幕墻模型，深化設(shè)計(jì)充分考慮現(xiàn)場(chǎng)安裝的要求，對(duì)節(jié)點(diǎn)細(xì)部做法進(jìn)行可視化演示。主樓外立面采用層間裝配式半單元幕墻，如圖4所示，通過BIM標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件進(jìn)行歸類統(tǒng)計(jì)，利用管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、加工、生產(chǎn)、安裝一體化管理。

圖3 地下核心筒鋼板墻深化設(shè)計(jì)

圖4 裝配式半單元幕墻深化設(shè)計(jì)

4 基于BIM的鋼結(jié)構(gòu)、幕墻數(shù)字化制造

本工程以深化后的鋼結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)，將鋼結(jié)構(gòu)模型中的構(gòu)件輸出DSTV格式的數(shù)控文件。然后將DSTV格式的數(shù)控文件導(dǎo)入SmartNest軟件進(jìn)行排料并輸出數(shù)控程序代碼直接用于數(shù)控機(jī)床零件切割，最終完成了鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加工任務(wù)。利用BIM數(shù)字化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)業(yè)主、設(shè)計(jì)、加工、運(yùn)輸、安裝為一體的數(shù)字建造方式[6]，大大地提高了工作效率，如圖5所示。

圖5 數(shù)字化管理技術(shù)流程

5 碰撞檢查

同時(shí)利用調(diào)整優(yōu)化后的管線模型，對(duì)機(jī)電構(gòu)件進(jìn)行分解，并出具構(gòu)件加工清單，大大提高了加工效率，節(jié)省了工程成本。

圖6 地下室管線排布

6 BIM技術(shù)應(yīng)用于賽后改造方法

本工程精裝修包含：木地板、地磚、墻磚、金屬板、石膏板吊頂、鋁方通吊頂?shù)龋?/p>

機(jī)電系統(tǒng)包含：新風(fēng)系統(tǒng)、VRV空調(diào)系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、中水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)等。為了實(shí)現(xiàn)賽后改造少拆改，利用BIM技術(shù)對(duì)賽時(shí)、賽后戶型進(jìn)行方案比選，對(duì)機(jī)電管線布置考慮功能使用，同時(shí)滿足方便改造的要求。

項(xiàng)目以深化后的模型為基礎(chǔ)，通過VR虛擬樣板間展示，確定最適合拆改的方案，采用BIM技術(shù)制作工藝演示動(dòng)畫，并對(duì)施工人員進(jìn)行可視化交底[8]，如圖7所示，使操作工人熟悉工藝流程，明確質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，解決了傳統(tǒng)交底方式落實(shí)不到位的情況。

圖7 地下室管線排布

7 BIM在施工進(jìn)度管理中的應(yīng)用方法

進(jìn)度是項(xiàng)目管理的核心要素之一，在工期比較緊張的項(xiàng)目中，如何完整考慮施工進(jìn)度、設(shè)備交付安裝調(diào)試進(jìn)度、資源費(fèi)用優(yōu)化平衡等，是每個(gè)管理者非常關(guān)心的。

相較傳統(tǒng)粗放的進(jìn)度管理方式，計(jì)劃與實(shí)際工作脫節(jié)，單純考慮工序間的順序，而忽略了人、材料、機(jī)械的內(nèi)在聯(lián)系，導(dǎo)致管理很難及時(shí)掌控全局，進(jìn)度計(jì)劃成為一種擺設(shè)。

本工程在進(jìn)度管理方面主要是通過BIM模型與Oracle Primavera P6聯(lián)動(dòng)，首先在進(jìn)度計(jì)劃編制時(shí)將影響項(xiàng)目的各種因素羅列出來，依據(jù)實(shí)際工序?qū)⒏魅蝿?wù)關(guān)聯(lián)起來，形成聯(lián)動(dòng)的進(jìn)度計(jì)劃，通過開發(fā)的API接口，將創(chuàng)建的計(jì)劃信息完整導(dǎo)入Synchro Pro中，同時(shí)使用BIM模型確定流水段[9]，將流水段內(nèi)的構(gòu)件與計(jì)劃信息相對(duì)應(yīng)，形成模型+時(shí)間的聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，在進(jìn)度計(jì)劃里確定里程碑目標(biāo)后，合理分配資源、優(yōu)化各任務(wù)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了4D施工模擬實(shí)現(xiàn)進(jìn)度管理的微觀和宏觀控制。

以本工程樁間土施工工期為例(1月5日-3月25日)， 在編制進(jìn)度計(jì)劃時(shí)考慮樁間土投入相關(guān)因素，人工因素有普工、挖機(jī)司機(jī)、測(cè)量工和管理人員，機(jī)械部分主要考慮挖掘機(jī)和渣土車。

工程開工日期為2019年1月6日，其中挖土計(jì)劃75天，A區(qū)挖土12 000m3，B區(qū)挖土10 000m3，C區(qū)挖土9 000m3。項(xiàng)目計(jì)劃于3月25日竣工。至3月5日之前，A區(qū)已完成9 250m3，B區(qū)已完成6 715m3，C區(qū)已完工5 080m3。根據(jù)該項(xiàng)目其中21天的具體投入與產(chǎn)出，對(duì)該項(xiàng)目的進(jìn)度進(jìn)行評(píng)估，預(yù)測(cè)到工程進(jìn)度相對(duì)滯后，提醒項(xiàng)目管理人員及時(shí)做出決策。

在4D施工模擬中，如圖8所示，管理人員直觀地了解到項(xiàng)目進(jìn)度偏差、預(yù)計(jì)完成時(shí)間相對(duì)滯后，通過整合優(yōu)化資源，及時(shí)采用“平行分區(qū)，分段流水”的作業(yè)方式，使各班組施工任務(wù)最大化，避免了因工序銜接不順導(dǎo)致的窩工。

圖8 4D施工模擬

8 結(jié)論

本工程探索BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中的全面應(yīng)用，通過BIM深化設(shè)計(jì)，大大提高了深化設(shè)計(jì)的工作效率，BIM深化設(shè)計(jì)成果與加工制造無縫銜接，解決了信息傳遞及時(shí)性問題，深化成果為各部門利用，為工程結(jié)算提供高價(jià)值的依據(jù)。

但也發(fā)現(xiàn)，由于裝配式鋼結(jié)構(gòu)的特殊性，使用單一的建模軟件，無法滿足施工的不同需求。傳統(tǒng)項(xiàng)目人員的配置，BIM應(yīng)用無法達(dá)到預(yù)期效果。

本工程BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)、幕墻數(shù)字化制造應(yīng)用上，將新型的裝配式與BIM深度融合，利用BIM深化模型與數(shù)控文件的無縫轉(zhuǎn)接，結(jié)合BIM數(shù)字項(xiàng)目平臺(tái)，形成了排料、加工、運(yùn)輸、安裝為一體的平臺(tái)化管理，為裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅提供整體解決方案。

其次在進(jìn)度管理上，探索項(xiàng)目管理軟件Oracle Primavera P6與Synchro結(jié)合，通過BIM模型與進(jìn)度管理深度融合，形成了模型+時(shí)間聯(lián)動(dòng)的進(jìn)度計(jì)劃，直觀準(zhǔn)確地反映出項(xiàng)目真實(shí)狀況。

研究結(jié)果表明，推進(jìn)BIM深化設(shè)計(jì)、采購、加工、運(yùn)輸、安裝產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展模式，是工程降低成本、利潤最大化的最佳途徑。