BIM百科 | BIM技術(shù)在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

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摘要：馬駒橋公租房裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化施工中，以BIM技術(shù)為支持，重點(diǎn)解決施工過(guò)程中由于對(duì)施工指導(dǎo)不足導(dǎo)致的返工、高能耗與勞動(dòng)力浪費(fèi)等問(wèn)題。通過(guò)BIM技術(shù)模擬，將CSI構(gòu)件進(jìn)行組裝、排序，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，提前制訂解決方案，并在深化設(shè)計(jì)中控制裝配式構(gòu)件的預(yù)留預(yù)埋問(wèn)題，為現(xiàn)場(chǎng)拼裝創(chuàng)造了條件。

馬駒橋物流B東地塊公租房項(xiàng)目住宅結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)體系中，預(yù)制構(gòu)件有疊合樓板、疊合陽(yáng)臺(tái)板、空調(diào)機(jī)擱板、樓梯梯段、夾心保溫外墻板、內(nèi)墻板、女兒墻板、PCF板、裝飾板等。

采用BIM技術(shù)的主要目的是解決因設(shè)計(jì)、施工、構(gòu)件加工對(duì)接不足造成的能源、資源浪費(fèi)。通過(guò)建立BIM技術(shù)的參數(shù)化構(gòu)件族，深化施工模型的設(shè)計(jì)，利用三維施工模擬、提取構(gòu)件工程信息等手段，將裝配式產(chǎn)業(yè)化工程從現(xiàn)場(chǎng)粗放的“土建工程”轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)致的“安裝工程”，在建造過(guò)程中，體現(xiàn)其縮短工期、合理利用勞動(dòng)力、提高工程質(zhì)量、降低能耗和控制成本等優(yōu)勢(shì)。

本工程施工過(guò)程中，充分發(fā)揮了BIM參數(shù)化優(yōu)勢(shì)建立高精度符合模數(shù)要求的族模型，分析、測(cè)算構(gòu)件指標(biāo)含量，提供工程過(guò)程結(jié)算依據(jù)；將設(shè)計(jì)及施工意圖引入BIM應(yīng)用，使施工更完美的地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)藍(lán)圖（如預(yù)設(shè)塔式起重機(jī)錨固點(diǎn)等），提高工程質(zhì)量；利用BIM可視化的特點(diǎn)，充分論證裝配式構(gòu)件安裝與現(xiàn)澆組合的施工方案施工；采用多種軟件綜合應(yīng)用與自主研發(fā)軟件相結(jié)合的BIM軟件策略，輔助工程管理。

1、產(chǎn)業(yè)化施工的難點(diǎn)

1.1 預(yù)制構(gòu)件精細(xì)化管理難度大

本工程涉及上百種裝配式構(gòu)件型號(hào)且采用結(jié)構(gòu)保溫一體化外墻技術(shù)，施工單位面臨著進(jìn)場(chǎng)構(gòu)件型號(hào)與數(shù)量難以提取、施工現(xiàn)場(chǎng)物資分配碼放難以控制、施工過(guò)程中構(gòu)件指標(biāo)含量難以統(tǒng)計(jì)等問(wèn)題，不利于生產(chǎn)管理與成本控制。

1.2 設(shè)計(jì)與施工無(wú)縫對(duì)接難度大

在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，只考慮結(jié)構(gòu)選型及計(jì)算，較少思考涉及施工中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。本工程建造過(guò)程中，由于建筑物主體和大型機(jī)械設(shè)備發(fā)生支撐、錨固等關(guān)系，會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件修改、返廠、增加構(gòu)造做法等情況，造成人力物力和時(shí)間的消耗，增加工程成本。

1.3 專業(yè)化施工能力培養(yǎng)難度大

目前施工單位對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工尚無(wú)經(jīng)驗(yàn)，專項(xiàng)施工技術(shù)能力不足。采用常規(guī)的技術(shù)交底，對(duì)施工及管理人員的培養(yǎng)效率較低，不利于工程質(zhì)量的控制，也不利于建立專業(yè)化施工隊(duì)伍。

2、BIM技術(shù)解決方案

2.1 制訂符合本工程的BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《企業(yè)級(jí)BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)》制訂《馬駒橋物流B東地塊公租房裝配式混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)》，在遵循企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，規(guī)定了本工程的BIM實(shí)施原則和目標(biāo)、BIM應(yīng)用范圍和軟件的選擇；規(guī)范了裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程的BIM模型標(biāo)準(zhǔn)，如參數(shù)信息要求、建模注意事項(xiàng)及交付定制族的說(shuō)明、構(gòu)件庫(kù)和裝配式混凝土結(jié)構(gòu)知識(shí)庫(kù)的使用說(shuō)明等，形成了裝配式混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化工程設(shè)計(jì)-施工一體化工作流程。

2.2 建立參數(shù)化構(gòu)件族

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程與常規(guī)現(xiàn)澆混凝土工程的BIM模型存在差異，主要體現(xiàn)為構(gòu)件族的參數(shù)化建立。通過(guò)BIM模型，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件加工圖紙與構(gòu)件模型雙向的參數(shù)化信息連接，包括圖紙編號(hào)、構(gòu)件ID碼、物理數(shù)據(jù)、保溫層、鋼筋信息和外架體系預(yù)留孔等。

表1為構(gòu)件參數(shù)統(tǒng)計(jì)，表2為構(gòu)件樣式統(tǒng)計(jì)。

在創(chuàng)建構(gòu)件族中，發(fā)現(xiàn)族文件在創(chuàng)建混凝土澆筑板時(shí)，由于混凝土板為實(shí)心板，因綁扎的鋼筋占用了空間（板內(nèi)為空心板），會(huì)多出相當(dāng)于鋼筋體積部分的混凝土量，導(dǎo)致板的混凝土用量增加。對(duì)此采用參數(shù)化族的方式，通過(guò)修改預(yù)留位的參數(shù)信息解決了混凝土、保溫材料等工程量的精確性問(wèn)題。本工程共建立水平構(gòu)件參數(shù)化族310個(gè)，垂直構(gòu)件參數(shù)化族609個(gè)。

2.3 構(gòu)件模型管理

采用BIM結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)信息管理系統(tǒng)查看模型資料，指導(dǎo)施工人員吊裝定位；實(shí)現(xiàn)構(gòu)件參數(shù)屬性查詢，將竣工信息上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)，做到施工質(zhì)量記錄可追溯（圖1）。

2.4 構(gòu)件模型庫(kù)管理

通過(guò)建立BIM構(gòu)件，搭建完成了CSI構(gòu)件族庫(kù)管理系統(tǒng)平臺(tái)；并通過(guò)內(nèi)網(wǎng)/ 外網(wǎng)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了快捷的項(xiàng)目管理和對(duì)族、組件、模塊的平臺(tái)化管理。

構(gòu)件庫(kù)創(chuàng)新點(diǎn)包括：（1）系統(tǒng)采用C/S 與B/S 混合結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)Revit嵌入式運(yùn)用和web遠(yuǎn)程使用；（2）系統(tǒng)不僅支持Revit工具還可支持其他文件類型的BIM工具，實(shí)現(xiàn)多種軟件CSI構(gòu)件在一個(gè)統(tǒng)一平臺(tái)集中管理；（3）支持通過(guò)上傳新的自定義私有族文件，獲取在一定時(shí)間內(nèi)下載公共族或下載一定量族文件的權(quán)限，實(shí)現(xiàn)族庫(kù)的自我更新。

企業(yè)內(nèi)部BIM實(shí)施規(guī)范性族構(gòu)件的統(tǒng)一管理和共享，加快了BIM建模的效率，有利于BIM 的實(shí)施推廣。族庫(kù)中定額信息的關(guān)聯(lián)和利用，提升了BIM數(shù)據(jù)對(duì)施工管理的價(jià)值。

2.5 構(gòu)件模族資料管理

（1）PC端：通過(guò)CSI構(gòu)件庫(kù)中的BIM模型將構(gòu)件的試驗(yàn)報(bào)告、進(jìn)場(chǎng)外觀檢查和構(gòu)件圖紙等信息相關(guān)聯(lián)，可更好地管理項(xiàng)目，提高施工質(zhì)量、安全水平，把控施工進(jìn)度。

（2）手機(jī)APP端：通過(guò)手機(jī)端將圖片、視頻、音頻、文字等信息發(fā)送至網(wǎng)頁(yè)端指定位置，方便項(xiàng)目部時(shí)刻查看并記錄施工進(jìn)度、質(zhì)量、安全情況；還可將上述信息與圖紙的相關(guān)位置關(guān)聯(lián)，更精準(zhǔn)地把控項(xiàng)目，通過(guò)實(shí)時(shí)語(yǔ)音或視頻對(duì)話，快捷地展現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題，快速查出變更位置，為施工提供便利，也為后期的施工索賠及洽商變更提供依據(jù)。

2.6 構(gòu)件可視化安裝模擬

2.6.1 建立高精度模型，表現(xiàn)各階段構(gòu)件安裝

分離每一個(gè)步驟的模型并加以組合，實(shí)現(xiàn)用模型反映構(gòu)件安裝過(guò)程的不同階段（圖2）。

2.6.2 通過(guò)施工過(guò)程模擬，論證施工方案

現(xiàn)階段住宅產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏，尚無(wú)有效的可指導(dǎo)施工的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（如機(jī)械設(shè)備的分配、場(chǎng)地物資的堆放承受能力等）。本工程建造階段，首先遇到一次運(yùn)輸構(gòu)件施工現(xiàn)場(chǎng)碼放不開；尋找指定安裝構(gòu)件困難；二次搬運(yùn)增加構(gòu)件破損，損耗大量人力及時(shí)間等問(wèn)題。通過(guò)BIM4D預(yù)測(cè)施工進(jìn)度，結(jié)合構(gòu)件廠產(chǎn)能與場(chǎng)地條件控制，可控制構(gòu)件到貨量；通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行吊裝測(cè)算，調(diào)整構(gòu)件的碼放順序和位置；通過(guò)BIM模型，依據(jù)塔式起重機(jī)工作半徑范圍，統(tǒng)計(jì)構(gòu)件型號(hào)，模擬驗(yàn)證構(gòu)件碼放位置的合理性和吊裝順序，合理布置構(gòu)件碼放區(qū)的放置順序（高層構(gòu)件在下，底層構(gòu)件在上）。

2.6.3 模擬構(gòu)件及機(jī)械的空間關(guān)系制訂施工方案

通過(guò)引入構(gòu)件參數(shù)與人及機(jī)械設(shè)備、施工材料的關(guān)系（圖3），可提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；通過(guò)BIM 技術(shù)管理構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)、堆放與搬運(yùn)，分離每步驟模型并加以組合，用模型反映構(gòu)件不同階段的安裝過(guò)程，模擬構(gòu)件吊裝時(shí)與工人的空間關(guān)系，制訂吊裝方案。

2.6.4 構(gòu)件可視化安裝模擬

目前工人對(duì)構(gòu)件拼裝順序和三維空間坐標(biāo)準(zhǔn)確性操作尚存在難度，主要表現(xiàn)在：構(gòu)件的鋼筋與現(xiàn)澆部分的鋼筋穿筋節(jié)點(diǎn)不清；安裝垂直構(gòu)件時(shí)，工人對(duì)垂直構(gòu)件找平及找標(biāo)高缺少數(shù)據(jù)支撐。

對(duì)構(gòu)件拼裝順序和三維空間坐標(biāo)準(zhǔn)確性操作有難度的問(wèn)題，在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)三維可視化模擬模板構(gòu)件拼接，實(shí)現(xiàn)同類構(gòu)件不同公差的安裝方案。通過(guò)質(zhì)檢測(cè)量數(shù)據(jù)錄入BIM 模型，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件還原實(shí)際構(gòu)件條件，用于指導(dǎo)選擇安裝方案（圖4），減少了返工率。

2.7 基于BIM 技術(shù)的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)三維技術(shù)交底

一般勞務(wù)隊(duì)伍對(duì)產(chǎn)業(yè)化施工要求了解不夠，技術(shù)水平不足，可通過(guò)借用BIM 技術(shù)模擬施工做法，采用三維演示向勞務(wù)交底，并形成知識(shí)庫(kù)（圖5）。

2.8 構(gòu)建構(gòu)件質(zhì)量跟蹤平臺(tái)

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，質(zhì)量跟蹤平臺(tái)在構(gòu)件中設(shè)置RFID芯片。通過(guò)追蹤識(shí)別芯片關(guān)聯(lián)構(gòu)件庫(kù)信息，并2.6.4 構(gòu)件可視化安裝模擬目前工人對(duì)構(gòu)件拼裝順序和三維空間坐標(biāo)準(zhǔn)確性操作尚存在難度，主要表現(xiàn)在：構(gòu)件的鋼筋與現(xiàn)澆部分的鋼筋穿筋節(jié)點(diǎn)不清；安裝垂直構(gòu)件時(shí)，工人對(duì)垂直構(gòu)件找平及找標(biāo)高缺少數(shù)據(jù)支撐。

對(duì)構(gòu)件拼裝順序和三維空間坐標(biāo)準(zhǔn)確性操作有難度的問(wèn)題，在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)三維可視化模擬模板構(gòu)件拼接，實(shí)現(xiàn)同類構(gòu)件不同公差的安裝方案。通過(guò)質(zhì)檢測(cè)量數(shù)據(jù)錄入BIM模型，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件還原實(shí)際構(gòu)件條件，用于指導(dǎo)選擇安裝方案（圖4），減少了返工率。

3、應(yīng)用BIM的主要效果

3.1 產(chǎn)業(yè)化建造工期可控，效率提高

本工程設(shè)計(jì)方案采用BIM技術(shù)建立標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫(kù)，提升了設(shè)計(jì)單位、構(gòu)件廠和施工企業(yè)的可視化協(xié)同能力，實(shí)現(xiàn)了將生產(chǎn)工藝集中在工業(yè)流水線上，現(xiàn)場(chǎng)以安裝構(gòu)件為主的住宅產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)，避免了建筑材料浪費(fèi)，可減少人力勞動(dòng)，增加機(jī)械生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，降低建造成本。

通過(guò)研究，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)階段對(duì)施工階段勞動(dòng)力的綜合分析，在引用BIM技術(shù)對(duì)CSI住宅產(chǎn)業(yè)化虛擬三維模擬建造的過(guò)程中引入勞動(dòng)力、物資和場(chǎng)地的概念，從而提高設(shè)計(jì)對(duì)施工的指導(dǎo)，減少勞務(wù)選擇風(fēng)險(xiǎn)及因設(shè)計(jì)不合理而造成的施工進(jìn)度滯后等問(wèn)題，可有效控制并縮短工期。

3.2 實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工一體化建造

本工程基于BIM的CSI設(shè)計(jì)主要特點(diǎn)是精度高，覆蓋設(shè)計(jì)、構(gòu)件加工、現(xiàn)場(chǎng)施工等住宅產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，解決了以往住宅設(shè)計(jì)圖紙控制寬泛、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工指導(dǎo)性差的問(wèn)題。通過(guò)強(qiáng)化設(shè)計(jì)與施工的聯(lián)系，搭建基于BIM技術(shù)預(yù)制裝配式設(shè)計(jì)施工一體化協(xié)同平臺(tái)。該平臺(tái)根據(jù)設(shè)計(jì)階段完成的施工圖，搭建預(yù)制裝配式BIM模型，包括構(gòu)件模板圖、預(yù)埋預(yù)留件圖，模型等級(jí)定為L(zhǎng)OD400等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行拆分模擬。根據(jù)設(shè)計(jì)階段的BIM成果，完成PC運(yùn)輸、施工過(guò)程中各種工況的相關(guān)深化設(shè)計(jì)計(jì)算；通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算確定脫模、存放時(shí)的吊裝和支撐位置。根據(jù)PC的BIM模型搭建及深化設(shè)計(jì)，生成完整的BIM信息模型，形成深化設(shè)計(jì)圖紙，用于指導(dǎo)后期生產(chǎn)和施工。

3.3 培養(yǎng)專業(yè)隊(duì)伍

目前施工企業(yè)對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工尚缺少經(jīng)驗(yàn)，對(duì)此現(xiàn)場(chǎng)依據(jù)工程特點(diǎn)和技術(shù)的難易程度選擇不同的技術(shù)交底形式，例如套筒灌漿、疊合板支撐、各種構(gòu)件（外墻板、內(nèi)墻板、疊合板、樓梯等）的吊裝等施工方案通過(guò)BIM技術(shù)三維直觀展示，模擬現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件安裝過(guò)程和周邊環(huán)境。對(duì)勞務(wù)隊(duì)伍則采用三維技術(shù)交底，指導(dǎo)工人安裝。交底內(nèi)容明確直觀，方便了施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)分包工程質(zhì)量的控制。

本工程采用三維技術(shù)交底的方式，建立了產(chǎn)業(yè)化施工標(biāo)準(zhǔn)，擁有了產(chǎn)業(yè)化設(shè)計(jì)施工團(tuán)隊(duì)，培養(yǎng)了專業(yè)化人才，提高了對(duì)工程質(zhì)量的控制水平。

4、結(jié)束語(yǔ)

目前，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化工程已在我國(guó)逐步發(fā)展起來(lái)，建筑產(chǎn)業(yè)化可節(jié)省資源，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，提高建筑品質(zhì)，是建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。BIM技術(shù)的推廣有利于住宅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，也是實(shí)施住宅產(chǎn)業(yè)化的重要手段。

本工程通過(guò)引用BIM技術(shù)以構(gòu)件族為核心使設(shè)計(jì)與施工良好銜接，強(qiáng)化了與構(gòu)件廠及業(yè)主的溝通；通過(guò)BIM的參數(shù)化與可視化手段模擬各種未知情況，為快速?zèng)Q策提供了支撐；制定符合本項(xiàng)目特點(diǎn)的BIM標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)施的必要保障；工程經(jīng)驗(yàn)、施工設(shè)備等信息必須與BIM模型信息相結(jié)合才能有效指導(dǎo)施工；BIM技術(shù)可有效記錄承載知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)有助于后續(xù)工作。

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