陶曉星（南京地鐵集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210000）

長期以來，建筑行業(yè)總耗能居高不下，但隨著綠色低碳協(xié)調(diào)發(fā)展理念的不斷深入人心，傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑模式材料浪費(fèi)、高耗能、影響建筑周邊環(huán)境等問題逐漸被行業(yè)各方重視起來。預(yù)制裝配式建筑與傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑模式相比，具有節(jié)約物料、綠色環(huán)保、提升效率等明顯應(yīng)用優(yōu)勢[1-2]，可有效促進(jìn)建筑行業(yè)降耗減排、綠色建筑的總體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，預(yù)制裝配式建筑施工技術(shù)正逐漸發(fā)展為各建筑企業(yè)的首要選擇。近年來，建筑信息模型（BIM）在建筑行業(yè)的推廣應(yīng)用范圍不斷提升，其參數(shù)化、可視化、協(xié)同化的顯著優(yōu)勢得到了建筑施工單位的廣泛認(rèn)可[3-4]。

本文結(jié)合某建筑住宅項目施工實(shí)踐，系統(tǒng)介紹了BIM技術(shù)在綠色裝配式建筑施工中的應(yīng)用過程和應(yīng)用成效，并就預(yù)制裝配式建筑施工管理過程的控制要點(diǎn)進(jìn)行了簡要論述。

1 BIM與裝配式建筑施工融合概述

1.1 BIM技術(shù)

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)，即建筑信息模型[5]。BIM技術(shù)通過在平臺輸入相關(guān)建筑參數(shù)，在軟件虛擬平臺建立起3D可視化的建筑模型，同時，可在3D模型基礎(chǔ)上添加時間、材料、人力物力等內(nèi)容，構(gòu)建BIM 4D、BIM 5D等模型，各參建方均可在模型中實(shí)時篩選和調(diào)取有關(guān)數(shù)據(jù)信息，可實(shí)現(xiàn)建筑施工全過程數(shù)據(jù)共享和管理協(xié)同，各BIM模型與可實(shí)現(xiàn)功能詳見表1。

表1 BIM模型與可實(shí)現(xiàn)功能

1.2 BIM與裝配式建筑施工融合應(yīng)用分析

與傳統(tǒng)現(xiàn)澆模式相比，裝配式建筑具有特殊的預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計，以及預(yù)制構(gòu)件的工廠加工、運(yùn)輸、吊裝等環(huán)節(jié)，建筑協(xié)調(diào)溝通環(huán)節(jié)增多，與此同時，一些高層預(yù)制裝配式建筑需要傳統(tǒng)現(xiàn)澆與裝配式建筑模式相結(jié)合，施工整體難度較大?；贐IM 技術(shù)輔助裝配式建筑施工全過程，利用BIM 技術(shù)及其他輔助軟件的建筑參數(shù)集成、可視化施工模擬以及施工管理協(xié)同等優(yōu)勢[6]，對裝配式建筑的施工管理過程進(jìn)行預(yù)先模擬、提前研判和優(yōu)化控制，對裝配式建筑施工實(shí)現(xiàn)降本提質(zhì)增效、減少安全事故和后期使用故障有明顯效果。

2 預(yù)制裝配式建筑工程案例

2.1 項目概況

某建筑住宅工程案例，由6棟10層住宅和3棟18層住宅構(gòu)成，均為裝配式住宅，總占地面積13.43 萬m2，其中，地上建筑面積8.36萬m2。以8#住宅樓為例，地上18層，地下1層，主體結(jié)構(gòu)為裝配整體式框架-現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)。該項目1～5層采用現(xiàn)澆剪力墻，6～18層采用預(yù)制裝配式混凝土墻板，整體裝配率為54%，預(yù)制構(gòu)件包括保溫內(nèi)外墻板、預(yù)制陽臺、預(yù)制樓梯、空調(diào)板等。為提升建設(shè)質(zhì)量和效率，降低施工成本，該裝配式住宅項目采用了BIM技術(shù)以及其他輔助軟件配合施工管理全過程。8#住宅樓BIM模型效果如圖1所示。

圖1 8#住宅樓BIM模型效果圖

2.2 基于BIM的施工組織團(tuán)隊構(gòu)建

為保證該項目的順利開展，開工前項目部明確了預(yù)制裝配式建筑BIM 技術(shù)應(yīng)用團(tuán)隊的組織架構(gòu)，包括施工項目部成員、BIM 技術(shù)方、預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠家等?；贐IM的施工組織團(tuán)隊架構(gòu)及分工見表2。

表2 基于BIM的施工組織團(tuán)隊分工

3 裝配式建筑施工技術(shù)控制

3.1 預(yù)制剪力墻吊裝

首先在樓板位置放出預(yù)制墻體控制線，然后利用專門的鋼筋定位卡具，對預(yù)留鋼筋的定位、垂直度進(jìn)行準(zhǔn)確控制，用水準(zhǔn)儀復(fù)核標(biāo)高并及時調(diào)整鋼墊片厚度。完成墻板定位后，進(jìn)行座漿料攪拌，測量高度并鋪設(shè)座漿料。待座漿料鋪設(shè)均勻后，進(jìn)行墻板的安裝。剪力墻吊至距樓面1m 時，人工手扶緩慢下降，以誘導(dǎo)鋼筋輔助對孔，準(zhǔn)確對孔后，手扶墻體緩慢落地就位；待預(yù)制墻體就位后，以七字碼調(diào)節(jié)墻體，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)平面定位，安裝斜支撐，確保墻體垂直度調(diào)整到位。上述步驟完成后，摘除吊具，繼續(xù)按照順序安裝其他墻板。剪力墻吊裝完成后，對套筒逐一灌漿前，先均勻攪拌灌漿料并進(jìn)行流動性檢測，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，將專用注漿機(jī)插入預(yù)制墻下部注漿孔注漿，待漿料呈柱狀從上部出漿孔流出時，用橡膠塞封堵，抽出注漿槍封堵下部注漿孔，其他墻體重復(fù)該流程，逐一完成注漿；灌漿完成后進(jìn)行漿料清理，如圖2所示。

圖2 預(yù)制剪力墻吊裝及鋼筋對孔

3.2 現(xiàn)澆部分鋼筋綁扎及支模

墻體裝配過程中，穿插現(xiàn)澆部分核心筒部位的鋼筋綁扎及鋁模安裝[6]。

3.3 疊合梁、疊合板安裝

墻體安裝的同時，對疊合梁、疊合樓板的獨(dú)立支撐進(jìn)行定位放線，并安裝支撐及木工字梁，待灌漿料達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，依次吊裝疊合梁至指定位置；疊合梁安裝完成后吊裝疊合樓板，并同時穿插梁面和板面鋼筋綁扎以及水電管線的預(yù)留預(yù)埋。

3.4 預(yù)制陽臺安裝

安裝陽臺板支撐，然后采用專用吊具起吊陽臺，調(diào)整預(yù)制陽臺構(gòu)件起吊姿態(tài)，在起吊至距離安裝位置上方30cm～50cm時，安裝人員分辨鋼筋位置關(guān)系、邊線以及控制線位置，人工輔助預(yù)制陽臺緩慢下落，施工現(xiàn)場人員對陽臺進(jìn)行調(diào)整就位安裝；重復(fù)吊裝過程，待標(biāo)準(zhǔn)層預(yù)制陽臺統(tǒng)一吊裝就位后，施工人員對陽臺板上部鋼筋進(jìn)行統(tǒng)一綁扎；上述工序全部完成后，對鋼筋綁扎及鋁模安裝進(jìn)行驗(yàn)收，待合格后統(tǒng)一澆筑混凝土。

3.5 預(yù)制樓梯安裝

通過定位放線，標(biāo)高調(diào)整，吊裝就位以及灌漿封堵等一系列工序，完成預(yù)制樓梯的吊裝。

4 基于BIM的裝配式建筑施工管理控制

4.1 基于BIM的施工場地優(yōu)化布置

正式施工前，BIM技術(shù)人員和項目部技術(shù)人員結(jié)合施工平面圖和現(xiàn)場的實(shí)際情況，通過Fuzor和Revit軟件進(jìn)行了場地環(huán)境模擬，對施工場地設(shè)備安裝擺放、塔吊吊距、施工車輛、道路布置等場地因素進(jìn)行了優(yōu)化布置。通過前期施工場地模擬和沖突研判分析發(fā)現(xiàn)，某區(qū)域施工道路與建材堆放區(qū)域存在視野盲區(qū)，施工車輛經(jīng)過時存在安全隱患，現(xiàn)場管理人員對建材擺放區(qū)域進(jìn)行了重新調(diào)整規(guī)劃，消除了車輛安全隱患；另外模擬發(fā)現(xiàn)塔吊吊距不合理，又對塔吊的安裝位置進(jìn)行了位置優(yōu)化，降低了正式施工時發(fā)生安全事故的概率。

4.2 基于BIM的施工進(jìn)度過程控制

由于本建筑工程項目既有傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工模式，又有預(yù)制裝配式建筑施工，涉及施工過程環(huán)節(jié)復(fù)雜，因此，基于BIM 技術(shù)進(jìn)行施工輔助管理尤為必要。項目組BIM 工程師利用Revit 構(gòu)建起建筑3D 模型，同時，在3D 建筑模型的基礎(chǔ)上增添時間因素，即施工進(jìn)度控制計劃，生成BIM 4D 建筑信息模型，利用BIM 協(xié)同化的特性，相關(guān)施工管理人員、BIM技術(shù)人員、施工管理人員等各方可在平臺上實(shí)現(xiàn)對建筑模型和數(shù)據(jù)的實(shí)時共享協(xié)作：①可視化施工過程模擬。項目組技術(shù)人員和BIM工程師通過Revit、Lumion、Navisworks 軟件對預(yù)制裝配式建筑施工剪力墻吊裝、鋼筋綁扎支模、陽臺吊裝等施工環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬，一方面增強(qiáng)了項目組技術(shù)人員對預(yù)制裝配式建筑施工過程的宏觀理解，另一方面可在施工前進(jìn)行提前研判，根據(jù)裝配式建筑重點(diǎn)施工環(huán)節(jié)模擬過程，提早發(fā)現(xiàn)了設(shè)計缺陷、施工風(fēng)險以及施工重點(diǎn)難點(diǎn)問題，項目組施工管理人員對發(fā)現(xiàn)的問題在施工進(jìn)度控制計劃中進(jìn)行了重點(diǎn)標(biāo)注，并制定了預(yù)防和處理措施，有效保障了施工的順利進(jìn)行，預(yù)制裝配式建筑部分施工環(huán)節(jié)模擬如圖3所示；②在裝配式建筑的施工過程中，技術(shù)人員將實(shí)際施工執(zhí)行進(jìn)度與BIM 模擬施工進(jìn)行對照分析，發(fā)現(xiàn)該棟樓疊合梁、板吊裝施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)度滯后，項目組及時分析了進(jìn)度滯后原因，并采取了趕工、增加人力、機(jī)械等補(bǔ)救措施，避免了工期延誤。

圖3 現(xiàn)澆部分核心筒部位鋼筋綁扎和支模、預(yù)制陽臺吊裝Fuzor施工模擬

4.3 基于BIM的施工質(zhì)量過程控制

本項目裝配式建筑施工中，基于BIM的質(zhì)量控制，依照施工階段分為了施工前的BIM 技術(shù)控制、施工過程中的BIM技術(shù)控制、施工完成后的BIM質(zhì)量控制3個階段：①正式施工階段開始前，項目技術(shù)人員和BIM團(tuán)隊對施工全過程關(guān)鍵工藝、環(huán)節(jié)反復(fù)模擬，尋找設(shè)計漏洞，并進(jìn)行了及時糾偏處理。項目技術(shù)人員基于Navisworks對裝配式建筑的管線排布、預(yù)制構(gòu)件和設(shè)備位置等進(jìn)行了碰撞檢測（如圖4所示），檢測結(jié)果顯示管線與預(yù)制墻、梁沖突152 處、預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆部位沖突74處、施工設(shè)備作業(yè)沖突4 處，項目部將這些碰撞檢測結(jié)果及時反饋給了設(shè)計部門，設(shè)計部門對設(shè)計方案和圖紙進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計后，根據(jù)變更結(jié)果，對模型進(jìn)行了調(diào)整，并將調(diào)整后的預(yù)制構(gòu)件需求變更結(jié)果反饋給了項目部與構(gòu)件加工方，避免了因返工造成質(zhì)量和成本問題；②施工過程中，基于BIM技術(shù)和建筑外接監(jiān)控和傳感設(shè)備，對裝配式建筑施工過程中質(zhì)量控制點(diǎn)定位、狀態(tài)實(shí)時記錄和反饋，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量控制點(diǎn)數(shù)據(jù)的動態(tài)更新和收集分析，項目管理人員及時發(fā)現(xiàn)和處理施工過程中的質(zhì)量問題，提高了質(zhì)量檢查的效率和準(zhǔn)確性；③施工完成后，基于BIM 平臺的數(shù)據(jù)集成和信息儲存功能，將施工全過程的問題和處理過程以數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行儲存，建立起裝配式建筑施工質(zhì)量控制數(shù)據(jù)庫，形成項目管理組織過程資產(chǎn)，為企業(yè)后續(xù)類似建筑工程的施工質(zhì)量管理過程提供了參照，積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

圖4 Navisworks碰撞檢測

4.4 基于BIM的施工成本和資源控制

基于BIM技術(shù)進(jìn)行預(yù)制裝配式建筑成本和資源管理，可從建模和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、進(jìn)度計劃、BIM應(yīng)用、數(shù)據(jù)分析和BIM 4D這五個階段著手：①根據(jù)圖紙建立商務(wù)算量模型，實(shí)現(xiàn)建筑工程工程量計算、歸納設(shè)計圖紙問題，協(xié)助圖紙會審；②進(jìn)度計劃和資源配置計劃的編制，進(jìn)度計劃分級編制，滿足合同和項目建設(shè)里程碑節(jié)點(diǎn)的要求，同步資源配置，基于項目總控制進(jìn)度計劃和計算所得的總資源體量進(jìn)行項目資源管理；③基于BIM技術(shù)，對商務(wù)算量模型進(jìn)行深度優(yōu)化設(shè)計，比如腳手架、鋁模、模板設(shè)計，并導(dǎo)出材料表，制定材料流水方案；④對需要進(jìn)行現(xiàn)場協(xié)調(diào)的如鋼筋工、架子工等人工資源和鋼筋、鋼管等材料進(jìn)行資源掛接，把初始計劃作為參照對象，做好實(shí)際施工進(jìn)度的記錄，以前鋒線對施工進(jìn)度情況進(jìn)行展示，并以此為依據(jù)進(jìn)行資源配置；⑤利用BIM 建筑模型和進(jìn)度計劃，將施工過程可視化展現(xiàn)，4D 演示能使管理者對建筑工程全過程資源曲線有清晰的認(rèn)識，明確資源投入峰值、勞務(wù)撤場和索賠發(fā)生的時間節(jié)點(diǎn)，協(xié)助企業(yè)和工程管理者高質(zhì)量開展資源管理工作。

5 結(jié)語

隨著我國建筑行業(yè)信息化、低碳化的不斷推進(jìn)，預(yù)制裝配式建筑在建筑工程實(shí)踐中的應(yīng)用占比將越來越高。基于BIM技術(shù)的同時，結(jié)合其他信息化、數(shù)字化技術(shù)手段，優(yōu)化施工管理和資源配置，可有效減少建筑中的材料資源浪費(fèi)，助力行業(yè)節(jié)能減排。與此同時，基于BIM 技術(shù)的可視化施工過程可顯著提升裝配式建筑施工的效率和質(zhì)量。本文以某裝配式建筑住宅融合BIM技術(shù)進(jìn)行施工控制為案例，分析了BIM 在裝配式建筑施工中的應(yīng)用方式和可實(shí)現(xiàn)的效果，該項目建設(shè)實(shí)踐結(jié)果顯示，BIM 技術(shù)對裝配式建筑施工提質(zhì)增效、降低成本具有顯著效果。在未來，BIM技術(shù)與裝配式建筑融合發(fā)展將進(jìn)一步促進(jìn)建筑行業(yè)整體向數(shù)字化、智能化、綠色發(fā)展方向不斷走深、走實(shí)。