楊智明，趙小明，陳 斌，黃 瑞，杜曉英，馬國(guó)清

（甘肅第六建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

現(xiàn)階段我國(guó)裝配式建筑正處于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化與信息化相互融合轉(zhuǎn)型升級(jí)的階段，裝配式混凝土建筑是工業(yè)化建筑的主要結(jié)構(gòu)形式，BIM 技術(shù)作為建筑全壽命周期的管理手段，能夠助推建筑工業(yè)化及信息融合，促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)化升級(jí)，符合國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展的要求。如何能夠更好地實(shí)現(xiàn) BIM 在裝配式混凝土建筑中的應(yīng)用具有重要的意義［1，2］。

1 BIM+裝配式混凝土建筑相關(guān)理論概述及其研究

1.1 裝配式混凝土建筑的特點(diǎn)

裝配式混凝土建筑是施工建造變革的重要標(biāo)志，本文研究的裝配式混凝土建筑具有系統(tǒng)性、整體協(xié)同性、多元性及減提并行性四大典型特點(diǎn)［3-5］。

1.2 BIM 技術(shù)理念及優(yōu)勢(shì)

BIM 技術(shù)是基于工程信息化的強(qiáng)有力的工具，最終得以實(shí)現(xiàn)建筑的智能化。BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要基于技術(shù)及管理兩個(gè)大方面。

1）技術(shù)方面。BIM 技術(shù)擁有機(jī)電管線、構(gòu)件、預(yù)埋件及零配件等一系列標(biāo)準(zhǔn)化族庫(kù)功能，不同參數(shù)化構(gòu)件，達(dá)到參數(shù)化設(shè)計(jì)的目的。

2）管理方面?；?BIM 技術(shù)的三維模型建立，設(shè)計(jì)方面可以進(jìn)行性能分析、可視化交底，綜合各方面項(xiàng)目協(xié)同作用，從而進(jìn)行碰撞檢測(cè)、施工模擬及進(jìn)度控制，最終實(shí)現(xiàn)空間分析、可視化規(guī)劃及可視化節(jié)點(diǎn)方面的展示。基于 BIM 技術(shù)提取工程關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，同時(shí)還能為后續(xù)運(yùn)營(yíng)工作提供相關(guān)數(shù)據(jù)支持，做到數(shù)據(jù)集成與傳遞。

1.3 裝配式混凝土建筑領(lǐng)域 BIM 軟件類型及功能總結(jié)

1）深化設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)模式及準(zhǔn)確無(wú)誤數(shù)據(jù)對(duì)于構(gòu)件的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和可視化設(shè)計(jì)具有重要的作用，如圖 1 所示。

圖1 PC建筑要求

2）軟件要求。軟件對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行審閱、模擬及協(xié)調(diào)可視化仿真管理。

1.4 BIM 技術(shù)應(yīng)用于裝配式混凝土建筑的可行性

解決問(wèn)題的根本方法是將 BIM 技術(shù)在裝配式混凝土建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)施工的各個(gè)環(huán)節(jié)互通，提供一體化的服務(wù)。BIM 技術(shù)是信息化技術(shù)的輔助手段［6，7］，裝配式混凝土建筑使 BIM 技術(shù)的強(qiáng)項(xiàng)得以充分發(fā)揮，利用 BIM 技術(shù)能夠更好地實(shí)現(xiàn)裝配式混凝土建筑施工應(yīng)用管理。

1）設(shè)計(jì)階段。BIM 能夠提供相應(yīng)參數(shù)化族庫(kù)，保證建筑標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的實(shí)現(xiàn)。

2）生產(chǎn)階段。裝配式混凝土建筑發(fā)展帶動(dòng)工廠數(shù)字化革命，BIM 技術(shù)提供信息源，通過(guò)轉(zhuǎn)碼技術(shù)能夠自動(dòng)化導(dǎo)入中央系統(tǒng)，連接加工設(shè)備、完成模具安裝、智能布料、振搗及養(yǎng)護(hù)，在構(gòu)件中植入二維碼，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件實(shí)時(shí)追蹤，實(shí)現(xiàn)減少成本，提高效率作用［8，9］。

2 應(yīng)用分析

2.1 裝配式混凝土建筑存在的問(wèn)題

建筑全生命周期涉及環(huán)節(jié)多，主要問(wèn)題涉及 BIM 技術(shù)在裝配式混凝土應(yīng)用從深化設(shè)計(jì)到施工階段。

1）深化設(shè)計(jì)問(wèn)題。裝配式混凝土構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)從模具的設(shè)計(jì)、鋼筋布置等方面如一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)，相應(yīng)的其他環(huán)節(jié)都需改進(jìn)。

2）場(chǎng)地布置問(wèn)題。傳統(tǒng)場(chǎng)地布置中，項(xiàng)目體量大，預(yù)制構(gòu)件多，構(gòu)件功能分區(qū)不規(guī)范，現(xiàn)場(chǎng)物資分配及碼放控制力度不足，構(gòu)件不能合理存放。裝配式混凝土建筑以構(gòu)件為核心，施工階段塔吊吊裝過(guò)程至關(guān)重要。

3）進(jìn)度管理問(wèn)題。設(shè)計(jì)進(jìn)度直接影響生產(chǎn)加工和現(xiàn)場(chǎng)安裝。傳統(tǒng) CAD 的使用，對(duì)裝配式建筑設(shè)計(jì)要求高，設(shè)計(jì)過(guò)程考慮構(gòu)件內(nèi)部、構(gòu)件之間碰撞，整個(gè)施工過(guò)程構(gòu)件數(shù)量眾多，圖量大，出圖較困難，影響了設(shè)計(jì)進(jìn)度；材料的采購(gòu)合理與否會(huì)直接影響到構(gòu)件的加工進(jìn)度。

4）構(gòu)件管理問(wèn)題。構(gòu)件是裝配式建筑的核心，施工現(xiàn)場(chǎng)采取掛標(biāo)識(shí)牌的管理手段，手續(xù)過(guò)程復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)票據(jù)過(guò)多，存在大量重復(fù)性管理工作，出錯(cuò)程度高，信息流通速度較慢。裝配式混凝土構(gòu)架數(shù)量龐大、種類多，施工過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)吊裝存在著錯(cuò)用、亂用、混亂等現(xiàn)象，不容易掌握裝配式混凝土構(gòu)件所處的狀態(tài)。

2.2 BIM 應(yīng)用構(gòu)架及關(guān)鍵技術(shù)

裝配式混凝土建筑主要有前期策劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)維等各個(gè)階段，就基于 BIM 技術(shù)在圖紙深化設(shè)計(jì)、施工階段提出了 BIM 技術(shù)的應(yīng)用框架。

2.2.1 深化設(shè)計(jì)階段

1）深化設(shè)計(jì)原因。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙包含信息不全面，需要提供詳細(xì)的構(gòu)件信息，同時(shí)還需多個(gè)專業(yè)間的項(xiàng)目融合及相互配合，裝配式混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)需要考慮吊裝預(yù)埋、吊裝措施等各類相關(guān)信息。

2）深化設(shè)計(jì)目的。實(shí)現(xiàn)信息之間的整合，排除碰撞之間的沖突，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)安裝。

2.2.2 生產(chǎn)階段

1）生產(chǎn)前。基于 BIM 技術(shù)在裝配式混凝土建筑深化模型數(shù)據(jù)提供精確的工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)，輔助施工現(xiàn)場(chǎng)管理人員提前合理安排生產(chǎn)采購(gòu)數(shù)量計(jì)劃。

2）生產(chǎn)階段。依據(jù)數(shù)控生產(chǎn)，將信息載入數(shù)控生產(chǎn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化加工，減少二次輸入數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

2.2.3 施工階段

1）優(yōu)化施工進(jìn)度。PC 裝配式混凝土建筑施工階段流程復(fù)雜，采用基于 BIM 技術(shù)按照工程實(shí)際進(jìn)度進(jìn)行 4 D 施工模擬，及時(shí)發(fā)現(xiàn)進(jìn)度計(jì)劃的不合理處，實(shí)現(xiàn)管理前置。

2）優(yōu)化施工吊裝流程。裝配式混凝土建筑構(gòu)件是施工階段重要環(huán)節(jié)內(nèi)容，吊裝前做好施工準(zhǔn)備、合理確定吊裝流程很重要，如圖 2 所示。

圖2 PC施工流程圖

3 BIM 在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目介紹及 BIM 軟件選擇

本工程為天水裝配式建筑產(chǎn)業(yè)園一期建設(shè)項(xiàng)目為例，工程主要分為兩部分，辦公區(qū)及食堂，辦公區(qū)主要功能為辦公室、工具間、樓梯間、熱水間等。食堂部分主要功能為一般管理人員食堂、工人食堂、操作間、消洗間、冷庫(kù)、熟食庫(kù)等。總建筑面積 5 489.76 m2，建筑物基底面積 1 541.29 m2，建筑高度 16.65 m，如圖 3 所示。

圖3 項(xiàng)目總體地理位置圖

3.2 建立模型

基于 BIM 技術(shù)建立模型，首先需要定制規(guī)格，作為自動(dòng)化快速建模準(zhǔn)則，項(xiàng)目基于逆向設(shè)計(jì)，將電子圖導(dǎo)入 BIM 軟件中，利用界面中模塊設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件板、墻及柱，賦予各構(gòu)件相應(yīng)參數(shù)及集合屬性，如圖 4 所示。

圖4 Revit 建模

3.3 深化設(shè)計(jì)

3.3.1 構(gòu)件拆分

裝配式混凝土構(gòu)件精細(xì)化設(shè)計(jì)，將構(gòu)件進(jìn)行拆分，達(dá)到裝配組合特點(diǎn)。Revit 軟件拆分構(gòu)件具有兩種特定方式，其一是“由分到合”，利用預(yù)制構(gòu)件族庫(kù)拼裝；其二是“由總到分”，利用好拆分工具及“臨時(shí)隱藏/隔離”配合進(jìn)行拆分設(shè)計(jì)，如圖 5～圖 7 所示。

圖5 構(gòu)件拆分工具

圖6 隔離圖元顯示的構(gòu)件

圖7 拆分圖

3.3.2 組建參數(shù)化族庫(kù)

BIM 族庫(kù)擁有標(biāo)準(zhǔn)化裝配式混凝土構(gòu)件模型，擁有內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)化裝配式混凝土構(gòu)件模型，主要有鋼筋類型族、線條輪廓族、出圖表達(dá)族、設(shè)計(jì)預(yù)埋件族等保存到文件庫(kù)中，如圖 8 所示。

圖8 Revit 創(chuàng)建 PC 剪力墻模型

3.3.3 深化設(shè)計(jì)

裝配式混凝土建筑深化設(shè)計(jì)要做細(xì)、做精，便于后期工廠出具精確的加工圖及加工。

1）鋼筋布置。Revit 軟件中載入所需鋼筋形狀，按標(biāo)準(zhǔn)位置放置所需鋼筋，標(biāo)注鋼筋模型，實(shí)現(xiàn)模型精細(xì)化管理。

2）預(yù)留處理。深化設(shè)計(jì)要提前考慮預(yù)留洞口，包括管線預(yù)埋，腳手架搭設(shè)的預(yù)留洞口位置，傳統(tǒng)的 CAD 在二維模式下設(shè)計(jì)立體感弱，專業(yè)間的銜接較困難，設(shè)計(jì)好構(gòu)件后交由專業(yè)設(shè)計(jì)師進(jìn)行連接預(yù)埋，管線的設(shè)計(jì)由工藝設(shè)計(jì)師整合，如圖 9 所示。

圖9 部分深化設(shè)計(jì)圖

二維模式管線伸出裝配式混凝土構(gòu)件頂部長(zhǎng)度過(guò)短，設(shè)計(jì)中如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)造成堵塞，基于 BIM 技術(shù)的可視化環(huán)境中能夠及時(shí)修改排查，修改伸出長(zhǎng)度增加到 5 cm，如圖 10 所示。

圖10 優(yōu)化前后對(duì)比

圖 11 所示為建筑設(shè)計(jì)中的入戶配電箱，原設(shè)計(jì) CAD圖紙的預(yù)留配電箱下翻管線間距 30 mm，基于 BIM 技術(shù)的可視化環(huán)境下管線間距過(guò)大，施工后期會(huì)阻礙線管接入配電箱，管線間距最終經(jīng)過(guò)項(xiàng)目部研究縮短了一半多。

圖11 優(yōu)化前后對(duì)比

3.3.4 碰撞檢測(cè)

設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性對(duì)施工項(xiàng)目質(zhì)量、進(jìn)度及安全等方面具有較大影響，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)立體感差，各專業(yè)之間溝通不暢，圖紙會(huì)審及圖紙交底難度大，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)構(gòu)件不合格，容易造成返工。

3.4 施工階段

3.4.1 方案模擬優(yōu)化

1）場(chǎng)地布置?；?BIM 技術(shù)能夠?qū)κ┕ろ?xiàng)目各階段平面圖進(jìn)行布置，結(jié)合不同的施工階段建立模型，Revit 軟件中導(dǎo)入平面布置圖，根據(jù)體量通過(guò)項(xiàng)目其他單元輪廓進(jìn)行描繪，能表達(dá)出建筑單元工程、場(chǎng)地布置、施工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)具的布置、道路的規(guī)劃及材料堆場(chǎng)等問(wèn)題，減少了庫(kù)存量，避免了現(xiàn)場(chǎng)二次搬運(yùn)。三維軟件模擬對(duì)裝配式混凝土建筑構(gòu)件堆場(chǎng)進(jìn)行布置，合理對(duì)構(gòu)件堆場(chǎng)及鋼筋加工棚進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。

2）腳手架方案選擇。裝配式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，原計(jì)劃方案會(huì)導(dǎo)致工期拖延，腳手架間距過(guò)大容易造成施工安全問(wèn)題的發(fā)生，不利于節(jié)約成本?；?BIM 技術(shù)的三維軟件模擬施工及 Midas 應(yīng)力計(jì)算，結(jié)合項(xiàng)目結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用 BIM 進(jìn)行方案選優(yōu)，如圖 12 所示。

圖12 三維軟件模擬及應(yīng)力計(jì)算

3.4.2 施工進(jìn)度模擬

事中和事后控制通常處于被動(dòng)的狀態(tài)，基于 BIM 技術(shù)能夠?qū)⑹┕みM(jìn)度進(jìn)行管控前置，通過(guò)施工虛擬預(yù)演，提前調(diào)整好施工計(jì)劃，避免施工沖突的發(fā)生，具體步驟如下：①編制進(jìn)度計(jì)劃；②進(jìn)度模擬；③吊裝模擬，如圖 13～14 所示。

圖13 進(jìn)度計(jì)劃示意圖

圖14 進(jìn)度模擬圖示意圖

3.4.3 二維碼跟蹤

施工過(guò)程構(gòu)件量大，構(gòu)件生產(chǎn)及施工緊密銜接，為保證裝配式混凝土構(gòu)件加工、施工質(zhì)量，準(zhǔn)確掌握構(gòu)件鋼筋的綁扎、運(yùn)輸、進(jìn)場(chǎng)堆放、驗(yàn)收及吊裝的情況，施工項(xiàng)目在裝配式混凝土建筑構(gòu)件加工、運(yùn)輸及驗(yàn)收全過(guò)程使用二維碼進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，如圖 15～17 所示。

圖15 生產(chǎn)二維碼

圖16 掃描跟蹤示意圖

圖17 質(zhì)量問(wèn)題反饋示意圖

3.5 應(yīng)用 BIM 技術(shù)帶來(lái)的效益

項(xiàng)目 BIM 技術(shù)從設(shè)計(jì)開(kāi)始介入，結(jié)合不同類型的專業(yè)模型，提早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙中不足及錯(cuò)誤之處，可減少 35 % 的返工，通過(guò)對(duì)施工階段的施工方案進(jìn)行模擬優(yōu)化，能夠減少返工量高達(dá) 30 %，引入二維碼對(duì)裝配式混凝土構(gòu)件進(jìn)行全程監(jiān)控，實(shí)時(shí)反饋。

4 結(jié)語(yǔ)

裝配式混凝土建筑轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的粗放型作業(yè)方式，是實(shí)現(xiàn)建筑施工工業(yè)化、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化升級(jí)的核心內(nèi)容。本文通過(guò)對(duì) BIM 技術(shù)在裝配式混凝土建筑中的應(yīng)用基礎(chǔ)上展開(kāi)研究，主要成果如下。

1）總結(jié)了我國(guó)裝配式混凝土建筑的研究及發(fā)展現(xiàn)狀，分析傳統(tǒng)構(gòu)件施工技術(shù)體系不成熟、設(shè)計(jì)難度大、裝配式體系的薄弱點(diǎn)及難點(diǎn)。

2）以裝配式混凝土建筑項(xiàng)目為例，將 BIM 技術(shù)應(yīng)用到深化設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)平面布置、施工進(jìn)度模擬等方面，為提高深化設(shè)計(jì)效率，優(yōu)化施工現(xiàn)場(chǎng)布置方案做好準(zhǔn)備工作。

BIM 技術(shù)在裝配式混凝土建筑中應(yīng)用不斷探索，本文對(duì)裝配式建筑深化設(shè)計(jì)及施工階段的 BIM 應(yīng)用進(jìn)行研究，目前存在的問(wèn)題如下。

1）本文研究?jī)?nèi)容主要是裝配式混凝土建筑，沒(méi)有研究 BIM 技術(shù)在其他裝配式結(jié)構(gòu)體系中的應(yīng)用情況。

2）應(yīng)用階段發(fā)現(xiàn) BIM 技術(shù)具有一定局限性，缺失相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)在后續(xù)工作中應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充。

3）BIM 技術(shù)的推廣需要技術(shù)儲(chǔ)備，需要管理思想的改變，因此在推廣應(yīng)用方面難度較大，后續(xù)研究過(guò)程中應(yīng)不斷完善軟件功能。Q