張洪林 涂敏祥 胡 躍 謝 虎 肖英鵬

為了持續(xù)推動(dòng)建筑產(chǎn)業(yè)化改革，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于推動(dòng)城鄉(xiāng)建設(shè)綠色發(fā)展的意見》，明確提出大力發(fā)展裝配式建筑，重點(diǎn)推動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建設(shè)，不斷提升構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化水平，形成完整產(chǎn)業(yè)鏈，推動(dòng)智能建造和建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展。

國(guó)務(wù)院《關(guān)于印發(fā)2030 年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知》中明確指出，要推廣綠色低碳建材和綠色建造方式，加快推進(jìn)新型建筑工業(yè)化，大力發(fā)展裝配式建筑，推廣鋼結(jié)構(gòu)住宅，推動(dòng)建材循環(huán)利用，強(qiáng)化綠色設(shè)計(jì)和綠色施工管理。

在傳統(tǒng)住宅施工中，每棟樓的每一層都設(shè)有封閉空腔結(jié)構(gòu)，用于放置空調(diào)外機(jī)。該結(jié)構(gòu)形式原設(shè)計(jì)為全混凝土現(xiàn)澆，模板安裝及混凝土澆筑施工難度大，且澆筑后模板無(wú)法拆除，增加了施工成本[1]。預(yù)制裝配式施工技術(shù)與傳統(tǒng)建造方式不同，將大量工地現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)轉(zhuǎn)移到工廠，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件按照設(shè)計(jì)圖紙?jiān)陬A(yù)制構(gòu)件廠制作完成后，再運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)拼接安裝[2]。基于此，本文提出預(yù)制空調(diào)板三維可視化預(yù)裝及裝配式施工技術(shù)研究，運(yùn)用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)深化裝配式構(gòu)件，既有利于科學(xué)管理和文明施工，又可加快建設(shè)速度，同時(shí)積極推進(jìn)了綠色低碳建設(shè)。

1 工程概況

本文以四川省南充市東方壹品房地產(chǎn)開發(fā)項(xiàng)目為研究對(duì)象。項(xiàng)目位于南充市區(qū)的中心地帶，地理位置優(yōu)越，周邊交通便利，生活配套及教育、醫(yī)療等公共設(shè)施齊備。整個(gè)項(xiàng)目占地面積78.2865 畝，總建筑面積約248724.06 m2，其中住宅面積約184874.42 m2，綠化率達(dá)30%。該項(xiàng)目共有12 棟26 層住宅樓，每棟樓每層衛(wèi)生間都設(shè)有飄窗，用于放置空調(diào)外機(jī)，計(jì)劃采用BIM 技術(shù)對(duì)預(yù)制空調(diào)板進(jìn)行預(yù)裝及裝配式施工。

2 利用BIM 技術(shù)建模深化空調(diào)板的過(guò)程

2.1 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

BIM 技術(shù)是一種多維模型的信息集成技術(shù)，能夠?qū)⒊Ｒ?guī)的二維圖紙轉(zhuǎn)換成三維可視模型，使建筑工程的功能特征和物理特性實(shí)現(xiàn)可視化表達(dá)，便于相關(guān)工作人員通過(guò)三維可視模型準(zhǔn)確有效地理解設(shè)計(jì)目的和建筑環(huán)境，從而深化設(shè)計(jì)、調(diào)整施工、完善建設(shè)效果[3]。

2.2 預(yù)制空調(diào)板族庫(kù)的建立

運(yùn)用BIM 技術(shù)建立預(yù)制空調(diào)板族庫(kù)，可有效避免空調(diào)板預(yù)制不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致的能源損耗和材料消耗，確保綠色施工效果。通過(guò)BIM 技術(shù)中的Revit軟件建立標(biāo)準(zhǔn)化與參數(shù)化的族樣板，即可載入預(yù)制空調(diào)板族。該族中的所有文件都可以獨(dú)立編輯，為使其能夠反復(fù)應(yīng)用于不同項(xiàng)目，可將族庫(kù)建立在RFT 族樣本文件中，再存儲(chǔ)為RFT格式的文件，從而提高預(yù)制空調(diào)板的設(shè)計(jì)效率[4-5]。

可以創(chuàng)建塔吊、提升塔架和臨時(shí)支撐架等各種族文件，在Revit 軟件中查找“公制常規(guī)模型.rfa”族樣板，然后將族文件繪制在編輯器界面中，這樣即可完成族文件的創(chuàng)建，為后續(xù)模擬施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及操作做好準(zhǔn)備[6]。

2.3 預(yù)制空調(diào)板的拆分流程

基于BIM 技術(shù)三維可視化和參數(shù)化自動(dòng)拆分預(yù)制空調(diào)板，依據(jù)BIM 軟件的各項(xiàng)規(guī)定及要求，將標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)族插入模型，搭建各專業(yè)的BIM 模型。具體BIM 預(yù)制空調(diào)板拆分流程圖如圖1 所示。

圖1 BIM 預(yù)制空調(diào)板拆分流程（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

1）需要?jiǎng)?chuàng)建1 個(gè)結(jié)構(gòu)自動(dòng)拆分標(biāo)準(zhǔn)并將其數(shù)字化，在數(shù)字化各種標(biāo)準(zhǔn)后，建立預(yù)制空調(diào)板模型，包括高度、厚度、重量、編號(hào)和材料等信息。

2）L 形、T 形和I 形數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行自動(dòng)拆分，而連接節(jié)點(diǎn)的預(yù)制空調(diào)板可以進(jìn)行碰撞檢查和優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3）根據(jù)建筑及結(jié)構(gòu)施工圖，設(shè)定樓層的結(jié)構(gòu)標(biāo)高、門窗洞口、剪力墻厚度和樓板厚度等信息數(shù)據(jù)，并將其數(shù)字化，形成BIM 建筑結(jié)構(gòu)的三維模型。

2.4 預(yù)制空調(diào)板的生產(chǎn)流程

通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制空調(diào)板設(shè)計(jì)和BIM 建模，實(shí)現(xiàn)預(yù)制空調(diào)板的信息化編制與表達(dá)，平面圖、立面圖和剖面圖均可以在BIM 模型中自動(dòng)生成，同時(shí)還生成了各種不同的數(shù)據(jù)文件。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）技術(shù)依靠數(shù)控機(jī)床加強(qiáng)與預(yù)制工廠的協(xié)作和配合，以實(shí)現(xiàn)更緊密的合作關(guān)系。

例如，Allplan 軟件主要用于預(yù)制空調(diào)板的拆分、配筋及制圖，可接受DXF 和PXML 格式的文件，并對(duì)其進(jìn)行分析，然后生成計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）或便攜文檔（Portable Document Format，PDF）文件的PXML 數(shù)據(jù)并傳遞給數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床可以按照數(shù)據(jù)生成預(yù)制空調(diào)板加工單、模具規(guī)格參數(shù)以及預(yù)制空調(diào)板加工圖，實(shí)現(xiàn)預(yù)制空調(diào)板從設(shè)計(jì)到制造等各個(gè)工序的自動(dòng)化。基于BIM 技術(shù)的預(yù)制空調(diào)板生產(chǎn)流程如圖2 所示。

圖2 基于BIM 技術(shù)的預(yù)制空調(diào)板生產(chǎn)流程（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

2.5 RFID芯片技術(shù)應(yīng)用

在預(yù)制空調(diào)板的生產(chǎn)過(guò)程中，可以利用BIM 模型進(jìn)行拆分設(shè)計(jì)，并將所形成的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)每個(gè)預(yù)制空調(diào)板分別進(jìn)行編碼，再將射頻識(shí)別（Radio Frequency Identifciation，RFID）標(biāo)簽芯片植入預(yù)制空調(diào)板內(nèi)部。該步驟的作用為：第1，在運(yùn)輸過(guò)程中，可通過(guò)掃描構(gòu)件上的RFID 標(biāo)簽及時(shí)了解運(yùn)輸狀況，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控；第2，當(dāng)預(yù)制空調(diào)板到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，門禁讀卡器可自動(dòng)識(shí)別出各個(gè)預(yù)制空調(diào)板的信息，并實(shí)時(shí)發(fā)送到控制中心，相關(guān)工作人員可及時(shí)進(jìn)行驗(yàn)收與堆放工作。RFID 芯片技術(shù)的應(yīng)用流程如圖3 所示。

圖3 RFID 技術(shù)的應(yīng)用流程（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

2.6 碰撞檢測(cè)

參照平面設(shè)計(jì)圖紙施工時(shí)，因表現(xiàn)方式不夠直觀，即使經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員也很難憑借想象力快速判斷預(yù)制空調(diào)板安裝時(shí)是否會(huì)發(fā)生問題，很容易導(dǎo)致碰撞。因此，需要采用BIM技術(shù)模擬預(yù)制空調(diào)板與現(xiàn)場(chǎng)已澆筑完成結(jié)構(gòu)的碰撞過(guò)程，判斷預(yù)制空調(diào)板的位置是否對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工造成影響，以便及時(shí)做出調(diào)整。若發(fā)現(xiàn)預(yù)制空調(diào)板無(wú)法通過(guò)調(diào)整達(dá)到安全施工的狀態(tài)，可選擇在工廠修改預(yù)制空調(diào)板，這樣可以大大提高施工準(zhǔn)確性，減少材料浪費(fèi)。

2.7 模擬施工

可視化是BIM 技術(shù)的顯著特點(diǎn)，可解決施工人員因建筑專業(yè)知識(shí)不足而無(wú)法完全理解設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)要求的問題。BIM 的三維可視化不僅把預(yù)制空調(diào)板平面圖紙立體化展現(xiàn)出來(lái)，而且使空調(diào)板與預(yù)埋件形成互動(dòng)和反饋。在工程施工前，通過(guò)模擬施工過(guò)程，能夠檢查預(yù)制空調(diào)板的現(xiàn)場(chǎng)堆放、吊裝時(shí)的空間操作、節(jié)點(diǎn)組裝施工順序以及設(shè)備管線調(diào)試等過(guò)程中是否存在缺陷與不足，如果有問題可及時(shí)優(yōu)化處理，以便后續(xù)完善施工。

3 BIM 技術(shù)在預(yù)制空調(diào)板三維可視化施工中的應(yīng)用

與傳統(tǒng)的直接澆筑方式相比，預(yù)制空調(diào)板對(duì)施工技術(shù)的要求更高。由于其具體施工流程尚未完善，如果在施工過(guò)程中出現(xiàn)差錯(cuò)，可能會(huì)對(duì)施工質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。為了確保達(dá)到項(xiàng)目的主要目標(biāo)，必須從施工管理方面入手進(jìn)行施工控制，通過(guò)BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的施工質(zhì)量管理。

3.1 通過(guò)BIM技術(shù)提供預(yù)制空調(diào)板的生產(chǎn)信息

每個(gè)預(yù)制空調(diào)板的信息都包含在BIM 模型中，所有信息都可以在模型中進(jìn)行查詢。數(shù)字化的展示對(duì)于查詢模型提供了很大便利，使得預(yù)制空調(diào)板的生產(chǎn)能夠更加精確和高效。此外，通過(guò)BIM 模型還可以為預(yù)制空調(diào)板的制造提供科學(xué)參考。

3.2 通過(guò)BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程匯總和圖紙自動(dòng)生成

在預(yù)制空調(diào)板建筑工程的綠色施工過(guò)程中，合理應(yīng)用BIM 技術(shù)能夠有效生成各項(xiàng)工程量清單，其中包括鋼筋和混凝土等，為科學(xué)進(jìn)行工程量核算和造價(jià)預(yù)算提供了巨大便利，最大限度減少了不必要的浪費(fèi)，達(dá)到良好的綠色施工效果。通過(guò)BIM 模型可以匯總單一預(yù)制空調(diào)板的數(shù)量和用料總量以及所有預(yù)制空調(diào)板的數(shù)量，并分別列出相應(yīng)的工程量清單，包括預(yù)制裝配式建筑所需配件的名稱、規(guī)格和數(shù)量等信息，為預(yù)制空調(diào)板的生產(chǎn)提供了科學(xué)依據(jù)。BIM 技術(shù)的自動(dòng)出圖功能可以導(dǎo)出預(yù)制空調(diào)板深化圖紙和整體施工圖，并支持動(dòng)態(tài)更新，保證三維模型始終隨著二維設(shè)計(jì)圖的更新而動(dòng)態(tài)變化，從而達(dá)到精確無(wú)誤的效果。通過(guò)此方式，可以有效避免因鋼筋布置或遺漏等因素而導(dǎo)致的空調(diào)板浪費(fèi)問題，為綠色建筑打下良好基礎(chǔ)。

3.3 通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行進(jìn)度管理

在制定完成施工進(jìn)度計(jì)劃后，使用BIM 軟件模擬施工流程可以檢查施工計(jì)劃的合理性，有助于優(yōu)化計(jì)劃。施工過(guò)程中，可以預(yù)先掃描預(yù)制空調(diào)板標(biāo)簽匹配實(shí)際的施工進(jìn)度，生成進(jìn)度和目標(biāo)的對(duì)比文件，以便及時(shí)調(diào)整偏差。

4 結(jié)語(yǔ)

預(yù)制空調(diào)板三維可視化預(yù)裝及裝配式施工技術(shù)是一種采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)和裝配式施工的工業(yè)化生產(chǎn)方式，與傳統(tǒng)現(xiàn)澆筑施工模式相比，其可減少建筑垃圾、節(jié)省勞動(dòng)力、縮短施工工期、降低施工能耗以及減少施工揚(yáng)塵和噪聲污染，有利于節(jié)約資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境，對(duì)推進(jìn)綠色低碳建設(shè)具有積極作用。在預(yù)制空調(diào)板安裝的過(guò)程中，要嚴(yán)格遵循施工工序和施工工藝，確保管線與構(gòu)件緊密貼合，降低管線損壞的風(fēng)險(xiǎn)。