吳鳳珍

（河南應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450042）

0 引 言

裝配式建筑的發(fā)展，推動(dòng)了城市化發(fā)展的進(jìn)程。截至2022年底，我國(guó)城鎮(zhèn)人口總數(shù)已超9.2億，城市常住人口城鎮(zhèn)化率為65.22%，比2021年底提高了0.50%。同年我國(guó)房屋施工面積達(dá)到97億㎡，這不僅消耗了大量的建筑資源，也增加了對(duì)自然環(huán)境的污染與破壞。在以城鎮(zhèn)化建筑為依托促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的過(guò)程中，亟需引進(jìn)、普及與可持續(xù)理念相匹配的建設(shè)與施工模式。裝配式建筑模式能夠?qū)⒄w建筑細(xì)分為各個(gè)構(gòu)件并進(jìn)行分門(mén)別類(lèi)的生產(chǎn)，而后經(jīng)由工廠預(yù)制再運(yùn)輸?shù)街付ǖ牡攸c(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)吊裝與連接，能夠?qū)崿F(xiàn)從既有“建造”模式到“制造”模式的轉(zhuǎn)變。裝配式建筑不僅能大大降低混凝土建筑的施工周期與建設(shè)成本，同時(shí)也可以達(dá)到提升建筑質(zhì)量與效率、維護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的，是城鎮(zhèn)化建筑的主要發(fā)展趨勢(shì)。然而新型的建造模式需要依托與之相匹配的管理技術(shù)，建筑信息模型（Building Information Modeling，后文簡(jiǎn)稱(chēng)BIM）技術(shù)的優(yōu)勢(shì)也使其成為加強(qiáng)裝配式建筑質(zhì)量、效率與經(jīng)濟(jì)性的最好保障。本文以鄭州某裝配式混凝土建筑工程為例，對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析，研究成果可為相關(guān)領(lǐng)域的工作人員提供經(jīng)驗(yàn)借鑒與參考。

1 工程概況

該項(xiàng)目工程為4棟裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)倒班樓所組成的住宅建筑，其總建筑面積為18042.4m2，每棟建筑共計(jì)地上7 層，每層高度為3.55m，東西方向?qū)挾葹?3.55m，南北方向長(zhǎng)度為59.4m，依照《裝配式建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB∕T 51129-2017）對(duì)該建筑的預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，可知其總裝配率為75.3%，達(dá)到A級(jí)裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)，該項(xiàng)目的單棟建筑BIM模擬圖如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目BIM模擬圖

2 BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 建筑平面標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

在項(xiàng)目前置規(guī)劃與設(shè)計(jì)階段，依照項(xiàng)目承辦方所提出的套間住宅配套功能需求，以BIM技術(shù)為依托對(duì)若干備選設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比分析，最終確定以開(kāi)間3.5m、進(jìn)深11.4m的標(biāo)準(zhǔn)戶型開(kāi)展建設(shè)，針對(duì)不同業(yè)主的個(gè)性化住宅需求可以在后續(xù)的裝修階段通過(guò)對(duì)內(nèi)部空間的深化設(shè)計(jì)與建設(shè)達(dá)成目的。

2.2 立面預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)

以BIM技術(shù)為依托，實(shí)現(xiàn)對(duì)南北方向立面構(gòu)件的三維立體化設(shè)計(jì)與展示，設(shè)計(jì)2塊∕套的標(biāo)準(zhǔn)化外掛板，通過(guò)每套外掛板的個(gè)性化交錯(cuò)、排序、安裝實(shí)現(xiàn)建筑項(xiàng)目立面的多元化建設(shè)以及建筑構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

2.3 結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)

基于裝配式建筑對(duì)時(shí)間、經(jīng)濟(jì)成本的需求，采用“少規(guī)格、多組合”的設(shè)計(jì)原則[1]，將該項(xiàng)目中所需要的預(yù)制構(gòu)件拆分為：5種預(yù)制疊合梁；5種預(yù)制疊合樓板；2種預(yù)制柱；4種外掛墻板；1種預(yù)制樓梯以及1種預(yù)制沉箱構(gòu)件。借助BIM 平臺(tái)對(duì)不同預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行深化設(shè)計(jì)與建設(shè)模擬，實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，同時(shí)落實(shí)對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量的精準(zhǔn)控制。

2.4 創(chuàng)設(shè)建筑項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件線上資源庫(kù)

在完成裝配式BIM預(yù)制構(gòu)件模型的設(shè)計(jì)與建模后，不斷增加虛擬建模的種類(lèi)與數(shù)量，豐富預(yù)制構(gòu)件資源并創(chuàng)設(shè)能支撐工程承包團(tuán)隊(duì)、監(jiān)理團(tuán)隊(duì)、施工團(tuán)隊(duì)等多組織協(xié)同設(shè)計(jì)、即時(shí)交流的線上資源庫(kù)、線上設(shè)計(jì)平臺(tái)[2]。

2.5 深化預(yù)制構(gòu)件圖紙

依托BIM建圖軟件構(gòu)件圖紙深化作業(yè)，創(chuàng)設(shè)可交互性的三維立體環(huán)境，利用系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)各環(huán)節(jié)圖紙中存在的瑕疵與問(wèn)題，用以幫助項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員對(duì)各構(gòu)件進(jìn)行精細(xì)化的設(shè)計(jì)，避免今后其生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)因各構(gòu)件質(zhì)量問(wèn)題而導(dǎo)致的返工情況[3]。該項(xiàng)目在預(yù)制構(gòu)件圖紙深化環(huán)節(jié)中共發(fā)現(xiàn)包含鋼筋沖突、預(yù)制構(gòu)件規(guī)模差異、箍筋位置超出墻體等在內(nèi)的47項(xiàng)問(wèn)題，在結(jié)合BIM模擬檢測(cè)結(jié)果對(duì)現(xiàn)有圖紙進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，直接提升了圖紙?jiān)O(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的作業(yè)質(zhì)量，同時(shí)也為后期的施工環(huán)節(jié)夯實(shí)了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。除去對(duì)圖紙的深化設(shè)計(jì)外，還需要以BIM技術(shù)為依托，對(duì)建筑的梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行線上預(yù)拼裝模擬作業(yè)。在保障各結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的前提下，在BIM環(huán)境中以更直觀的方式對(duì)各項(xiàng)連接工藝進(jìn)行深入研究與細(xì)致調(diào)整，從根源上避免梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋碰撞問(wèn)題，制定更適合工程項(xiàng)目作業(yè)需求的梁柱吊裝順序方案（如圖2所示）。

圖2 基于BIM技術(shù)的預(yù)裝構(gòu)件拼裝模擬圖

3 BIM技術(shù)在裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 BIM三維模具設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工藝模擬

在Solidworks中輸入已完成系統(tǒng)與人工監(jiān)測(cè)的BIM三維模型，而后依托項(xiàng)目建設(shè)需求在該軟件中進(jìn)行三維模具模型設(shè)計(jì)[4]?；陬A(yù)制構(gòu)件預(yù)拼裝與脫模的角度對(duì)模具進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，保障模具的精準(zhǔn)性、經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性。而后結(jié)合實(shí)際參數(shù)制作各類(lèi)預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)模擬視頻，邀請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)、運(yùn)輸以及施工等各環(huán)節(jié)技術(shù)人員對(duì)相關(guān)視頻進(jìn)行三維可視化交底，保障穩(wěn)定作業(yè)。

3.2 BIM輔助預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)

借助BIM信息化技術(shù)直觀表達(dá)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)加工過(guò)程中的配筋空間關(guān)系等。借助相關(guān)軟件程序自動(dòng)生成下料單、派工單等生產(chǎn)資料，同時(shí)利用可視化表達(dá)幫助生產(chǎn)技術(shù)人員更好地分析設(shè)計(jì)意圖與生產(chǎn)預(yù)期，提升生產(chǎn)效率與質(zhì)量。最后結(jié)合BIM模型對(duì)已完成加工的預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行校驗(yàn)與驗(yàn)收[5]。

4 BIM技術(shù)在裝配化施工階段的應(yīng)用

4.1 構(gòu)建線上平臺(tái)

基于裝配式混凝土建筑的建設(shè)需求，構(gòu)建業(yè)主、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工、監(jiān)理等多單位進(jìn)行即時(shí)交流與技術(shù)交底的平臺(tái)。該項(xiàng)目綜合各單位作業(yè)需求，最終敲定使用具有輕量化、低時(shí)延等優(yōu)勢(shì)的EBIM云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)各單位在作業(yè)中的即時(shí)交流。以該平臺(tái)中的二維碼生成與識(shí)別技術(shù)為依托，將設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與施工三方進(jìn)行緊密銜接，以便于在各方有需要的情況下都能通過(guò)線上點(diǎn)擊亦或是線下掃碼的方式對(duì)各預(yù)制構(gòu)件的詳情參數(shù)、安裝說(shuō)明等進(jìn)行了解與反饋。同時(shí)滿足相關(guān)人員利用筆記本、手機(jī)、平板甚至智能手表等查閱相關(guān)預(yù)制構(gòu)件信息、開(kāi)展即時(shí)交流的需求，有效解決傳統(tǒng)建筑項(xiàng)目中的“信息孤島”問(wèn)題（掃描構(gòu)件對(duì)應(yīng)二維碼后可得到的信息圖如圖3所示）。以EBIM云平臺(tái)為依托，幫助相關(guān)作業(yè)人員快速準(zhǔn)確地了解建筑構(gòu)件與建筑材料的具體數(shù)量，同時(shí)為工地的物料采購(gòu)與精細(xì)化材料管理工作提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[6]。從根源上避免材料堆存、材料庫(kù)存不足、材料數(shù)據(jù)申報(bào)不精準(zhǔn)等問(wèn)題以及相關(guān)問(wèn)題引發(fā)的工期延誤、成本超標(biāo)等。

圖3 構(gòu)件溯源圖示（手機(jī)端）

4.2 三維化場(chǎng)布

結(jié)合BIM技術(shù)構(gòu)建三維立體化的施工場(chǎng)地模型，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)中諸如構(gòu)件運(yùn)輸線路、存放區(qū)域、施工場(chǎng)地道路、臨時(shí)水電線路、臨時(shí)作業(yè)區(qū)域等進(jìn)行布置。以預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸線路為例，該項(xiàng)目結(jié)合構(gòu)件規(guī)模、運(yùn)輸車(chē)輛承載力、運(yùn)輸效率等各方面需求，最終敲定運(yùn)輸PC構(gòu)件的道路總體寬度需在4m以上，最小轉(zhuǎn)彎半徑需要在15m左右，方能夠精準(zhǔn)適配該項(xiàng)目的構(gòu)件運(yùn)輸需求，達(dá)成最經(jīng)濟(jì)、最高效的吊裝作業(yè)效果。

4.3 可視化技術(shù)交底

以BIM技術(shù)為依托，對(duì)各類(lèi)預(yù)制構(gòu)件的安裝工序進(jìn)行線上三維化模擬，生成相應(yīng)的安裝視頻向技術(shù)人員與施工人員、監(jiān)理人員等進(jìn)行技術(shù)交底，強(qiáng)化相關(guān)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的技術(shù)儲(chǔ)備。同時(shí)保障相關(guān)人員在有需要的情況下能夠及時(shí)查閱、調(diào)取、觀看模擬安裝視頻，以便于其及時(shí)調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)施工細(xì)節(jié)，優(yōu)化施工質(zhì)量。

4.4 施工進(jìn)度控制

關(guān)聯(lián)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度與線上BIM信息施工模型，將空間和時(shí)間信息整合在線上可視化4D信息模型中，對(duì)后續(xù)各個(gè)工序的施工流程、施工時(shí)間、材料損耗等信息進(jìn)行預(yù)測(cè)。幫助技術(shù)人員宏觀分析施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的技術(shù)故障與風(fēng)險(xiǎn)隱患，對(duì)主要的施工技術(shù)、材料資源、人員配置等進(jìn)行合理的調(diào)度與優(yōu)化。

4.5 裝配式混凝土建筑施工工藝模擬

以項(xiàng)目建設(shè)需求為根本，進(jìn)行基于BIM技術(shù)的施工工藝與施工流程模擬演示。過(guò)程中需要清晰闡述與工程相關(guān)的所有材料與工藝參數(shù)、工藝流程信息等，可采用文字描述、視頻表達(dá)與語(yǔ)音表達(dá)的方式，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)施工過(guò)程中的難點(diǎn)、重點(diǎn)信息，并依托于BIM技術(shù)所模擬的施工結(jié)果，對(duì)各環(huán)節(jié)流程以及各個(gè)工藝技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

5 BIM技術(shù)在裝配式混凝土建筑中的綠色化應(yīng)用

5.1 在建筑材料方面的綠色化應(yīng)用

BIM技術(shù)可以對(duì)建筑工程的各項(xiàng)物料與資源進(jìn)行匯總、調(diào)配，輔以多端口線上信息平臺(tái)以及二維碼生成與識(shí)別技術(shù)，可以幫助技術(shù)人員在短期內(nèi)明確各建筑資源的信息與用量，精準(zhǔn)計(jì)算工程總消耗。除此之外，BIM技術(shù)還能夠?qū)こ讨械呐?、給排水設(shè)計(jì)進(jìn)行高效集成，從根源上避免建筑材料的浪費(fèi)，用以促進(jìn)項(xiàng)目達(dá)成綠色建筑的目的。

5.2 在節(jié)約水資源方面的應(yīng)用

利用BIM技術(shù)創(chuàng)設(shè)建筑模型，同時(shí)將建筑所在地的水文條件、降雨信息等數(shù)據(jù)導(dǎo)入到模型之中，依托系統(tǒng)自帶的計(jì)算公式，得出精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。以此幫助技術(shù)人員精準(zhǔn)規(guī)避降雨天氣對(duì)施工作業(yè)的影響，同時(shí)助力其自主采集、回收雨水作建筑補(bǔ)給水，降低整體工程所造成的水資源損耗。

5.3 在建筑室內(nèi)外環(huán)境優(yōu)化中的應(yīng)用

一方面，將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑外環(huán)境設(shè)計(jì)中，在模擬室外環(huán)境的基礎(chǔ)上，對(duì)建筑周邊的綠化、垃圾回收等公共設(shè)施進(jìn)行模擬，使得建筑與生態(tài)環(huán)境能夠達(dá)成最佳平衡；另一方面，將BIM技術(shù)與室內(nèi)布局設(shè)計(jì)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，依托建筑所在地氣候、地理信息構(gòu)建相應(yīng)的采光、通風(fēng)、保溫方案，在突出裝配式建筑綠色化優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，降低業(yè)主入住后的采光、保暖成本與電力資源損耗。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，BIM模型能夠充分整合建筑項(xiàng)目全生命周期中的各種數(shù)據(jù)信息，從而為項(xiàng)目的策劃、設(shè)計(jì)、構(gòu)件制作以及施工、運(yùn)維等各環(huán)節(jié)提供協(xié)同作業(yè)、技術(shù)交底的平臺(tái)?？茖W(xué)應(yīng)用BIM技術(shù)不僅能夠在生產(chǎn)效率、作業(yè)質(zhì)量與建設(shè)經(jīng)濟(jì)成本方面提供助力，同時(shí)可以為智能化、智慧化的現(xiàn)代建造項(xiàng)目提供最為重要的技術(shù)基礎(chǔ)。加強(qiáng)對(duì)BIM技術(shù)的研究，能夠進(jìn)一步地發(fā)揮裝配式混凝土建筑的優(yōu)勢(shì)，對(duì)整體建筑業(yè)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。