楊立 張雄 袁波宏 禹金伸 余括 楊柳 任國(guó)全

（1.中交一公局集團(tuán)有限公司，西安 710000；2.中國(guó)建筑西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710000）

引言

隨著經(jīng)濟(jì)科技的不斷發(fā)展、知識(shí)的突飛猛進(jìn)、信息化的迅速擴(kuò)張，建筑業(yè)由傳統(tǒng)的粗放型管理方式不斷向精細(xì)化管理方式轉(zhuǎn)型升級(jí)[1,2]。

裝配式建筑是一種新型建筑形式，其與BIM 技術(shù)存在緊密契合，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工、管理、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等多個(gè)環(huán)節(jié)的優(yōu)化改進(jìn)，提高建筑的綜合效益[3]。本文主要研究探索BIM 技術(shù)在裝配式項(xiàng)目施工階段的塔吊選型、裝配式構(gòu)件管理和裝配式施工質(zhì)量管理的優(yōu)化改進(jìn)。

1 工程概況

本研究選用陜西省西安市航天基地工業(yè)研發(fā)樓及科研辦公綜合體作為研究對(duì)象，項(xiàng)目由5 棟高層和6 棟多層建筑組成。項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)為框剪、框筒、框架結(jié)構(gòu)，項(xiàng)目整體的裝配率為35%，主要包括疊合板、預(yù)制墻和預(yù)制樓梯。項(xiàng)目性質(zhì)為EPC 總承包，具有裝配式建筑BIM 應(yīng)用的代表性，項(xiàng)目整體展示如圖1 所示

圖1 項(xiàng)目整體展示

2 裝配式建筑BIM 應(yīng)用重難點(diǎn)分析及應(yīng)用創(chuàng)新

本研究針對(duì)裝配式建筑BIM 應(yīng)用項(xiàng)目的重難點(diǎn)，利用BIM 技術(shù)的可視化特點(diǎn)協(xié)助項(xiàng)目快速確定塔吊型號(hào)和位置，在保證塔吊安全的前提下，選擇最適合和最經(jīng)濟(jì)的塔吊型號(hào)和塔吊位置；利用BIM 平臺(tái)協(xié)助項(xiàng)目進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的管理，以便管理人員能方便地查看到預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、堆放、吊裝和驗(yàn)收情況；以及利用BIM 技術(shù)的可視化特點(diǎn)，將裝配式施工方案進(jìn)行方案模擬[4]，進(jìn)行可視化交底，并利用BIM 平臺(tái)，進(jìn)行施工質(zhì)量的管理，保證施工質(zhì)量[5]。

2.1 塔吊選型與位置確定

預(yù)制構(gòu)件相對(duì)于傳統(tǒng)的建筑材料，其重量比較大，本項(xiàng)目最重預(yù)制構(gòu)件達(dá)6 噸，吊裝安全隱患大，塔吊選型與塔吊的位置確定難度大。目前，裝配式項(xiàng)目在塔吊型號(hào)和位置的確定方法大多是采用通過(guò)利用CAD軟件，校核每個(gè)預(yù)制構(gòu)件是否在選擇的塔吊型號(hào)與位置的起重范圍內(nèi)，整個(gè)過(guò)程需要反復(fù)核每個(gè)裝配式預(yù)制構(gòu)件，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且塔吊的起重重量是隨半徑的變化成曲線狀，加大了確定型號(hào)和位置的難度。

為解決此問(wèn)題，項(xiàng)目組應(yīng)用BIM 技術(shù)，利用BIM模型的可視化特點(diǎn)，研究探索出了一種快速確定裝配式項(xiàng)目塔吊型號(hào)與位置的方法，如圖2 所示是該方法的流程圖。

圖2 裝配式項(xiàng)目裝配式塔吊型號(hào)和位置的流程圖

這種方法最重要的是首先將重量與高度關(guān)聯(lián)。這種關(guān)聯(lián)包括兩個(gè)部分：一是塔吊的起重重量與高度關(guān)聯(lián)，二是構(gòu)件重量與高度關(guān)聯(lián)。其中，塔吊的起重重量和起重半徑有關(guān)系，需要根據(jù)塔吊說(shuō)明書，確定塔吊的起重重量隨塔吊半徑變化的曲線，如圖3 所示。

圖3 某型號(hào)塔吊起重重量隨半徑變化曲線圖

接著在BIM 技術(shù)軟件—Revit 中建立選定的幾種塔吊型號(hào)，塔吊起重重量隨塔吊半徑變化的三維模型，如圖4 所示，其中，塔吊三維模型的高度(H)=轉(zhuǎn)化系數(shù)（1）*塔吊起重重量（T）[6]。

圖4 塔吊起重重量隨半徑變化的三維示意圖

構(gòu)件重量與高度關(guān)聯(lián)時(shí)，需要通過(guò)Revit 建立裝配式構(gòu)件的三維模型，并引入安全系數(shù)，構(gòu)件模型的高度（H）=安全系數(shù)（k）* 構(gòu)件重量（T）[7]，如圖5所示。其中安全系數(shù)可以根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需要取1.1 或者1.2，確保選型塔吊的吊裝安全。

圖5 裝配式構(gòu)件重量的三維示意圖

然后調(diào)整塔吊起重重量隨塔吊半徑變化的三維模型與樓的距離，根據(jù)檢查塔吊的三維模型是否能包裹構(gòu)件的模型。如圖6—圖7 所示，就能直觀地查看塔吊的起重重量是否滿足構(gòu)件的重量，也能非常方便地調(diào)整塔吊與樓棟的位置關(guān)系。最后根據(jù)核查結(jié)果，確定塔吊的型號(hào)與位置，如圖8 所示。

圖6 塔吊起重的三維圖與裝配式構(gòu)件重量的三維示意圖

圖7 校核示意圖

圖8 最終確定的塔吊

該方法不僅能快速確定既能滿足吊裝要求，成本又低的塔吊型號(hào)，而且大大提高了塔吊選型與位置確定的效率，很好地解決了裝配式項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件重，塔吊型號(hào)和位置確定的問(wèn)題。

依據(jù)此方法，項(xiàng)目組把施工準(zhǔn)備階段計(jì)劃采用的QTZ125 型號(hào)塔吊，更改為QTZ80 型號(hào)，每月每臺(tái)塔吊節(jié)約租金1.2 萬(wàn)元，共計(jì)節(jié)約138 萬(wàn)元（共5 臺(tái)同類型塔吊，塔吊運(yùn)行周期23 個(gè)月），經(jīng)濟(jì)效益顯著。

利用該方法——將重量與高度關(guān)聯(lián)，還可以規(guī)劃構(gòu)件堆場(chǎng)的位置和堆場(chǎng)內(nèi)構(gòu)件的擺放位置，保證塔吊在吊堆場(chǎng)內(nèi)的構(gòu)件時(shí)用功最優(yōu)，為項(xiàng)目節(jié)約成本。

2.2 構(gòu)件跟蹤

本項(xiàng)目的預(yù)制裝配率高，預(yù)制構(gòu)件多，且預(yù)制構(gòu)件需要經(jīng)過(guò)工廠生產(chǎn)、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)輸、堆放、吊裝和驗(yàn)收等多道工序，所以對(duì)預(yù)制構(gòu)件的管理顯得尤為重要，需要制定獨(dú)特的構(gòu)件跟蹤方法。

本項(xiàng)目預(yù)制率高，預(yù)制構(gòu)件多，預(yù)制構(gòu)件包含疊合板、預(yù)制墻和預(yù)制樓梯，項(xiàng)目11 棟樓中有8 棟樓有預(yù)制構(gòu)件，預(yù)制構(gòu)件吊裝量大，型號(hào)多，工序占用時(shí)間長(zhǎng)，存料占用場(chǎng)地大。這些預(yù)制構(gòu)件均需要經(jīng)過(guò)生產(chǎn)、運(yùn)輸、堆放、安裝和驗(yàn)收等各道工序，管理難度較大。目前，構(gòu)件管理主要依靠構(gòu)件廠和施工現(xiàn)場(chǎng)的管理人員通過(guò)微信和電話溝通的方式來(lái)協(xié)調(diào)管理，現(xiàn)場(chǎng)施工人員和現(xiàn)場(chǎng)管理人員也是通過(guò)微信和電話溝通的方式來(lái)協(xié)調(diào)管理，效率較低。

為解決預(yù)制構(gòu)件協(xié)調(diào)管理效率低的問(wèn)題，項(xiàng)目利用BIM 5D 平臺(tái)的構(gòu)件跟蹤功能，將預(yù)制構(gòu)件的模型導(dǎo)入到BIM 5D 平臺(tái)中，將預(yù)制構(gòu)件的相關(guān)信息同步到平臺(tái)中，同時(shí)預(yù)制構(gòu)件的相關(guān)信息直接生成獨(dú)立的二維碼，如圖9 所示，繼而在平臺(tái)中快速進(jìn)行裝配式構(gòu)件的跟蹤事項(xiàng)安排。

圖9 預(yù)制構(gòu)件二維碼

通過(guò)平臺(tái)設(shè)置預(yù)制構(gòu)件的工序——生產(chǎn)、運(yùn)輸、堆放、安裝和驗(yàn)收等，并根據(jù)每道工序的質(zhì)量要求，設(shè)置不同的管控點(diǎn)，比如，生產(chǎn)階段設(shè)置預(yù)制構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)時(shí)間管控點(diǎn)，堆放階段設(shè)置預(yù)制構(gòu)件外觀質(zhì)量管控點(diǎn)，安裝階段設(shè)置預(yù)制構(gòu)件的垂直度管控點(diǎn)。

設(shè)置完工序和管控點(diǎn)之后，再在平臺(tái)中設(shè)置每道工序的檢查人與責(zé)任人，檢查人可以通過(guò)BIM 5D 平臺(tái)移動(dòng)端掃描預(yù)制構(gòu)件的二維碼，如圖10 所示，來(lái)檢查構(gòu)件是否符合每道工序的管控點(diǎn)要求，如果不符合則通知責(zé)任人來(lái)整改，并將預(yù)制構(gòu)件的狀態(tài)返回至上一到工序，直至整改符合要求才可以進(jìn)入下一道工序。整個(gè)過(guò)程可以保存在BIM 5D 平臺(tái)中，從而將預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量管理過(guò)程存為一套完整的可追溯管理電子檔案[8]。

圖10 檢查人員通過(guò)掃描二維碼填寫信息

通過(guò)BIM 5D 移動(dòng)端掃描構(gòu)件二維碼，填寫構(gòu)件各階段的信息，并對(duì)重點(diǎn)工序進(jìn)行圖片和視頻留痕處理，保證預(yù)制構(gòu)件每道工序的質(zhì)量。同時(shí)，填寫的預(yù)制構(gòu)件數(shù)據(jù)自動(dòng)實(shí)時(shí)同步至云端，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)端隨時(shí)查看跟蹤計(jì)劃執(zhí)行情況，清晰直觀地查看每棟樓預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、堆放以及安裝情況，如圖11 所示。

圖11 預(yù)制構(gòu)件的跟蹤情況

這些預(yù)制構(gòu)件的信息上傳至平臺(tái)后，可以對(duì)構(gòu)件的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如分析構(gòu)件廠的產(chǎn)能、構(gòu)件從構(gòu)件廠運(yùn)輸?shù)理?xiàng)目部的時(shí)間、構(gòu)件卸貨堆放的時(shí)間和構(gòu)件安裝的時(shí)間，方便項(xiàng)目管理人員對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度與資源進(jìn)行把控協(xié)調(diào)，大大提高了預(yù)制構(gòu)件的管理效率。

2.3 質(zhì)量管理

本項(xiàng)目質(zhì)量目標(biāo)為陜西省優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)工程，對(duì)施工質(zhì)量要求嚴(yán)格，但是裝配式建筑作為新型建筑形式，施工工藝和流程還不是很成熟，有裝配式項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)的施工人員較少，項(xiàng)目質(zhì)量管理難度大。

通過(guò)利用BIM 技術(shù)，結(jié)合項(xiàng)目裝配式預(yù)制構(gòu)件施工方案與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工時(shí)的條件，對(duì)預(yù)制構(gòu)件整個(gè)安裝過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化[9]，建立裝配式預(yù)制構(gòu)件安裝施工工藝流程模型，如圖12 所示，并進(jìn)行裝配式預(yù)制構(gòu)件施工方案模擬[10]。針對(duì)預(yù)制構(gòu)件的吊裝順序、支撐節(jié)點(diǎn)和灌漿順序等重點(diǎn)、難點(diǎn)的地方，如兩塊預(yù)制構(gòu)件中間模板的支模和腳手架搭接的方式，疊合板創(chuàng)新地采用獨(dú)立可調(diào)支撐來(lái)解決傳統(tǒng)的滿堂腳手架不好調(diào)整疊合板水平的問(wèn)題。利用BIM 模型直觀地對(duì)施工人員進(jìn)行可視化的交底，如圖13 所示，提高了施工人員對(duì)構(gòu)件安裝施工方案的理解，保證了施工質(zhì)量。

圖12 裝配式預(yù)制構(gòu)件安裝施工工藝流程模型

圖13 利用BIM 模型，進(jìn)行可視化交底

同時(shí)，利用BIM 5D 平臺(tái)中的質(zhì)量巡檢功能，在施工現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，可通過(guò)BIM 5D 手機(jī)端快速采集信息，填寫問(wèn)題分類、整改期限、整個(gè)措施和問(wèn)題位置后，發(fā)起整改流程責(zé)任到人；責(zé)任人收到整改通知后，進(jìn)行整改；整改后，可以用BIM 5D 手機(jī)端將整改后的部位拍照或者拍視頻，上傳至BIM 5D 平臺(tái)中，項(xiàng)目管理人員可以實(shí)時(shí)查看。如果整改不符合要求，則可重新輸入整改要求和整改期限，并點(diǎn)擊重新整改，相關(guān)責(zé)任人就會(huì)重新收到整改的提示；如果整改符合要求，則可通過(guò)檢查，關(guān)閉流程，并將問(wèn)題留痕處理，形成一個(gè)質(zhì)量安全閉合流程，如圖14 所示。同時(shí)，質(zhì)量巡檢信息自動(dòng)同步至網(wǎng)頁(yè)端，依據(jù)不同的緯度（時(shí)段、責(zé)任人、專業(yè)、類型、位置等）自動(dòng)對(duì)質(zhì)量安全問(wèn)題進(jìn)行分析，如圖15 所示，輔助項(xiàng)目加強(qiáng)質(zhì)量管控與分包的管理。真正達(dá)到責(zé)任到人、有據(jù)可查，數(shù)據(jù)集中，確保工程整體質(zhì)量[11,12]。

圖14 質(zhì)量問(wèn)題跟蹤

圖15 質(zhì)量問(wèn)題分析匯總

3 結(jié)論與展望

本文通過(guò)研究BIM 技術(shù)在裝配式項(xiàng)目中的應(yīng)用，針對(duì)項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件重量較大，項(xiàng)目預(yù)制率高、預(yù)制構(gòu)件多和施工質(zhì)量要求高的問(wèn)題進(jìn)行梳理總結(jié)，形成了一套BIM 技術(shù)在裝配式項(xiàng)目中的應(yīng)用方法和流程，詳細(xì)介紹了利用BIM 技術(shù)解決裝配式項(xiàng)目塔吊選型和位置確定的思路、利用BIM 5D 平臺(tái)管理預(yù)制構(gòu)件的流程和利用BIM 技術(shù)的可視化以及BIM 5D 平臺(tái)進(jìn)行裝配式施工質(zhì)量的管理。

以上針對(duì)裝配式項(xiàng)目BIM 技術(shù)應(yīng)用的方法和流程，不僅裝配式項(xiàng)目可以應(yīng)用，其他工程項(xiàng)目也可以應(yīng)用。如塔吊選型與位置確定方法還可以推廣應(yīng)用于解決裝配式項(xiàng)目的構(gòu)件堆場(chǎng)位置確定問(wèn)題，也可以推廣應(yīng)用至其他有重量較大建筑材料或設(shè)備吊裝的項(xiàng)目；構(gòu)件跟蹤可以推廣應(yīng)用至鋼結(jié)構(gòu)安裝、樁基施工和幕墻安裝等，提高項(xiàng)目的管理效率；應(yīng)用BIM 模型的可視化交底和BIM 5D 平臺(tái)的質(zhì)量巡檢還可以推廣應(yīng)用至其他工程項(xiàng)目，提高項(xiàng)目管理人員對(duì)項(xiàng)目施工質(zhì)量的把控，確保工程整體的施工質(zhì)量。

BIM 技術(shù)的應(yīng)用不必追求大而全，而應(yīng)該結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際需求，以解決項(xiàng)目難點(diǎn)、為項(xiàng)目創(chuàng)效為出發(fā)點(diǎn)，這樣才能推廣項(xiàng)目BIM 技術(shù)應(yīng)用，推進(jìn)施工技術(shù)的發(fā)展。