基于BIM 的裝配式住宅施工組織優(yōu)化研究

張涵婷 ，熊 銳 ，徐 萍 ，陳 潔 ，李 娜

（1.紹興文理學(xué)院土木工程學(xué)院，浙江紹興 312000；2.中建海峽建設(shè)發(fā)展有限公司，福建福州 350015）

0 引言

我國從20 世紀(jì)80 年代發(fā)展預(yù)制裝配式建筑應(yīng)用于各部件的配置，到20 世紀(jì)90 年代由于技術(shù)原因進(jìn)入裝配式建筑低潮時期，再到近些年我國建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展帶動裝配式建筑應(yīng)用的升溫發(fā)展，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工程量大、施工技術(shù)要求較高的建筑逐漸增多，施工進(jìn)度也成為業(yè)主最為重視的因素之一[1]。將BIM 技術(shù)靈活應(yīng)用于建筑工程施工進(jìn)度上，是裝配式建筑技術(shù)發(fā)展的全新突破[2]。

BIM 從某一方面可以說是提高管理效率的技術(shù)。將建筑物實體和功能特性通過數(shù)字化的方式表示，利用數(shù)字信息模擬建筑物的真實信息是BIM 建筑信息模型的核心技術(shù)。而其核心競爭力也在于其強(qiáng)大的信息集成能力[3-5]。傳統(tǒng)信息交流方式靠的是一種分散式信息傳遞模式，每個參與者必須與其他所有參與者都交流交換信息，才能獲取自己需要的信息并傳遞信息。而在BIM 中，參與者只需向BIM 信息數(shù)據(jù)庫提交他們的信息數(shù)據(jù)，其他參與方就可以從BIM 數(shù)據(jù)庫中獲取所需信息[6-8]。這種信息交換的模式在極大程度上簡化信息傳遞的復(fù)雜路徑，從根本上提高信息傳遞的效率。

結(jié)合裝配式建筑施工的特點，利用BIM 軟件進(jìn)行模擬優(yōu)化，能夠科學(xué)有效地對施工進(jìn)度、施工現(xiàn)場資源情況調(diào)配、構(gòu)件預(yù)制與現(xiàn)場施工之間的銜接進(jìn)行管理控制，將資源利用率、裝配式結(jié)構(gòu)施工過程中的流暢性和連續(xù)性、節(jié)約成本等方面最大化。基于BIM 的裝配式住宅施工組織優(yōu)化技術(shù)研究，將工程與現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合，使施工走向現(xiàn)代化、可視化、信息化以及模擬化[9-10]。

以在某裝配式商業(yè)住宅綜合項目中結(jié)合BIM 的應(yīng)用為例，對基于BIM 技術(shù)的裝配式住宅施工的組織優(yōu)化進(jìn)行深入研究。該項目地塊PC 率按20%和30%分別考慮。為節(jié)省工期、節(jié)約成本、提高施工質(zhì)量，本工程擬采用BIM 技術(shù)，為項目功能設(shè)計和性能提升、施工質(zhì)量保障提供技術(shù)支撐。本文以此例，對BIM 技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑工程從而達(dá)到組織優(yōu)化進(jìn)行必要性分析，以達(dá)到社會資源優(yōu)化配置、控制項目質(zhì)量、工期、節(jié)約造價成本等有利于裝配式建筑施工管理發(fā)展的作用。

1 裝配式住宅施工的制約因素

1.1 標(biāo)準(zhǔn)化程度低

裝配式建筑在實際應(yīng)用中需要眾多不同類型，不同尺寸的構(gòu)件，同時還需要使用數(shù)目不小的模具，這就導(dǎo)致在生產(chǎn)、儲存、運(yùn)輸和安裝的各個環(huán)節(jié)管理相對比較困難，最終導(dǎo)致施工過程的生產(chǎn)效率降低，在模具攤銷成本和人工成本上比傳統(tǒng)的建筑模式花費(fèi)得更多。而且由于裝配式構(gòu)件工作時間的限制，使工程產(chǎn)生一定得不可控性。裝配式建筑的施工過程中，構(gòu)件組裝拼接和預(yù)制構(gòu)件的管理等各方面因素也都會影響到構(gòu)件的安裝進(jìn)度，從而影響整個施工過程的進(jìn)度甚至是影響工期。

1.2 裝配式建筑建造要求高

裝配式建筑對施工模式的一體化程度要求較高，所以裝配式建筑模式的前提要求總承包企業(yè)必須在設(shè)計、生產(chǎn)到施工方面的能力達(dá)到一定的水平，否則將導(dǎo)致裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈中各環(huán)節(jié)協(xié)同工作的可能性不大，所以也不能實現(xiàn)整體效益的最大化。

1.3 信息化發(fā)展滯后

裝配式建筑在建筑信息化發(fā)展中擔(dān)任著重要載體的角色。傳統(tǒng)的方式僅僅采用CAD、Project 等二維軟件進(jìn)行進(jìn)度控制和管理，由于信息模型的缺失，無法進(jìn)行可視化動態(tài)模擬，不能直觀地展現(xiàn)出當(dāng)前進(jìn)度存在的問題，存在滯后現(xiàn)象，對工期影響較大。

2 BIM 在裝配式住宅施工組織設(shè)計中的應(yīng)用價值及優(yōu)勢

2.1 BIM 在裝配式住宅施工組織設(shè)計中的應(yīng)用價值

（1）運(yùn)用BIM 技術(shù)建立參數(shù)化模型，更直觀地表現(xiàn)進(jìn)度安排，合理規(guī)劃預(yù)制構(gòu)件的堆放位置以及塔吊的定位，降低后續(xù)返工情況的發(fā)生概率。

（2）更好地控制關(guān)鍵工序。應(yīng)用BIM 技術(shù)，連接各個關(guān)鍵工序與BIM 模型，以三維動態(tài)的視角展現(xiàn)，對整個施工過程與施工現(xiàn)場進(jìn)行動態(tài)模擬，從而及時發(fā)現(xiàn)潛在問題，并優(yōu)化施工方案。

（3）利用BIM 技術(shù)對現(xiàn)場情況監(jiān)測，若出現(xiàn)突發(fā)情況，及時進(jìn)行調(diào)整和應(yīng)對，保障施工進(jìn)度，盡可能防止拖延的現(xiàn)象，由此更好地實現(xiàn)工期目標(biāo)。

2.2 BIM 在裝配式住宅施工組織設(shè)計中的優(yōu)勢

通過BIM 的信息集成，預(yù)制構(gòu)件廠能夠取得構(gòu)件實時的實際需求情況，從而制定構(gòu)件生產(chǎn)計劃，使構(gòu)件生產(chǎn)和施工進(jìn)度能夠互相匹配。杜絕了因構(gòu)件到場不及時，造成的人員和機(jī)械窩工。防止因構(gòu)件生產(chǎn)速度過快，供過于求，占用空閑的工作面，導(dǎo)致工作面資源浪費(fèi)。通過BIM 技術(shù)施工方可以將施工進(jìn)度與模型聯(lián)合起來，進(jìn)行施工模擬，將進(jìn)度計劃三維可視化，結(jié)合計劃進(jìn)度和實際進(jìn)度的比較分析實時監(jiān)控，達(dá)到動態(tài)進(jìn)度監(jiān)督的效果。

3 裝配式住宅施工組織優(yōu)化的BIM 應(yīng)用

3.1 優(yōu)化流程圖

以BIM 技術(shù)在某裝配式商業(yè)住宅綜合項目中的應(yīng)用為例，對基于BIM 的裝配式住宅施工組織進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化流程圖如圖1所示。

圖1 優(yōu)化流程

3.2 優(yōu)化項目應(yīng)用

3.2.1 合理安排施工順序

本項目的建筑主體結(jié)構(gòu)施工時包括現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)施工和預(yù)制構(gòu)件施工兩部分，其中需要吊裝的裝配式混凝土構(gòu)件包括預(yù)制墻、預(yù)制樓梯。先進(jìn)行現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的施工，再進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的吊裝，可以很好地防止現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)和預(yù)制構(gòu)件的施工作業(yè)工作面重疊，規(guī)避了因其帶來的進(jìn)度拖延風(fēng)險。現(xiàn)澆構(gòu)件采用流水施工的方式進(jìn)行建造，交叉作業(yè)少，互相干擾少，有利于施工作業(yè)，施工速度可以得到提高。

為了施工進(jìn)度的進(jìn)一步優(yōu)化，依靠網(wǎng)絡(luò)計劃，得出關(guān)鍵路線和關(guān)鍵工作，著重關(guān)注關(guān)鍵工作的施工進(jìn)度。為了充分利用時間、空間和資源，在保證關(guān)鍵工作完成的情況下，采取非關(guān)鍵工作和關(guān)鍵工作平行施工的方式。通過應(yīng)用廣聯(lián)達(dá)斑馬進(jìn)度計劃軟件，快速有效制定合理的施工工序，計算最短工期、推演最優(yōu)項目方案，規(guī)避現(xiàn)場沖突，檢查關(guān)鍵路徑和工期是否正確，確保各階段實施進(jìn)度。在本項目中，機(jī)電、水暖等安裝工程可以作為非關(guān)鍵路線貫穿與項目施工的始終，具體包括水、電、暖通、弱電智能化、消防工程施工、公共部位裝修施工、門窗安裝等。

3.2.2 實時跟蹤進(jìn)度情況以及人材機(jī)使用計劃

在項目的建設(shè)過程中，現(xiàn)場的監(jiān)督技術(shù)人員應(yīng)及時跟進(jìn)實際的施工進(jìn)度，在施工現(xiàn)場對生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行過程跟蹤，并利用Project軟件進(jìn)行記錄。比較分析實際與計劃的進(jìn)度，結(jié)合掙得值分析法得出進(jìn)度偏差SV、進(jìn)度執(zhí)行指標(biāo)SPI，通過數(shù)據(jù)分析得知當(dāng)前的施工進(jìn)度情況，同時利用BIM 5D 軟件，全方面、多視角地模擬現(xiàn)場施工情況，通過動態(tài)分析，直觀地了解到實際進(jìn)度與計劃進(jìn)度的偏差，由此及時調(diào)整進(jìn)度計劃，降低所承擔(dān)的風(fēng)險和損失，避免任務(wù)漏項，保障項目的工期目標(biāo)順利完成。

同時，快速按照施工部位和施工時間以及進(jìn)度計劃等條件提取所需的混凝土、鋼筋、預(yù)制構(gòu)件及各種周材用量，合理編制勞動力計劃以及物資投入計劃，清晰明了，方便后續(xù)的施工。將材料、人員、機(jī)械等實時使用情況錄入軟件，防止某個環(huán)節(jié)因人、材、機(jī)資源不足而拖后進(jìn)度，及時進(jìn)行資源調(diào)配，保證進(jìn)度按計劃進(jìn)行，也避免進(jìn)場材料過多占用場地的情況發(fā)生。采用流水施工的方式，工人在自己的崗位上各司其職、團(tuán)結(jié)協(xié)作，合理安排人員進(jìn)出場，減少人員變更和窩工的情況發(fā)生。同時對機(jī)械進(jìn)出場進(jìn)行優(yōu)化，在不影響工程進(jìn)度的前提下，充分利用機(jī)械，降低機(jī)械的閑置率。從人、材、機(jī)入手，充分利用時間、空間和資源，追求最大效益，資源投入情況如圖2 所示。

圖2 資源投入情況

3.2.3 合理布置施工現(xiàn)場

為合理指導(dǎo)現(xiàn)場施工，應(yīng)用BIM 施工現(xiàn)場布置軟件，根據(jù)現(xiàn)場平面圖對場地進(jìn)行區(qū)域的劃分，通過分析施工區(qū)域垂直運(yùn)輸要求及構(gòu)件堆放位置定位塔吊位置，根據(jù)場地運(yùn)輸路線和吊裝方案布置構(gòu)件進(jìn)出場。預(yù)制構(gòu)件的堆放位置應(yīng)科學(xué)合理，盡可能選取距離吊裝部位最近的位置，并且堆放在塔吊的吊裝半徑范圍以內(nèi)，盡可能降低再次轉(zhuǎn)移搬運(yùn)的概率，由此做到人力和物力的節(jié)約。同時在塔吊的旁邊要預(yù)留一塊可供預(yù)制墻、預(yù)制樓梯構(gòu)件進(jìn)行吊裝、翻轉(zhuǎn)的作業(yè)面，避免吊裝過程因安排不當(dāng)無法順利進(jìn)行。

4 結(jié)語

在某裝配式商業(yè)住宅綜合項目中，通過應(yīng)用BIM 軟件極大地優(yōu)化施工組織設(shè)計，實現(xiàn)整個工況、資源需求及物料控制的合理安排。為節(jié)省工期、節(jié)約成本、提高施工質(zhì)量，為項目功能設(shè)計和性能提升、施工質(zhì)量保障提供了技術(shù)支撐。BIM 技術(shù)的應(yīng)用必定能讓裝配式建筑獲得更好、更優(yōu)的發(fā)展。