BIM技術在裝配式建筑工程施工階段中的應用研究

姜 磊

北京建工建筑產業化投資建設發展有限公司 北京 101300

“十四五”時期是建筑業提質增效轉型的關鍵期，不斷將信息技術、數字化技術與建筑施工相結合，提升建筑施工的效果、效率和效益，才是建筑行業發展的必然關鍵[1]。BIM技術具有可參數化、可視化、協調化的功能優點，對于裝配式建筑施工現場的精細化管理具有重要的作用，能夠輔助項目管理人員、現場管理人員做好施工現場的管理，同時通過數據的統計分析，還能夠輔助項目經理決策。

1 傳統建筑施工與裝配式建筑施工區別

傳統建筑施工大部分是完成設計之后，再由施工單位按照設計單位圖紙進行施工，設計作為建造的前置環節需要完成后，才能進行建筑工程施工環節，這時候隨著項目的規模、參與方都比傳統發承包模式的多，設計與施工之間溝通協調工作多，導致數據和信息不能及時、有效的互通，工作效率大大降低，這就給項目實施帶來了很大的風險。而裝配式項目的施工，是將建筑工程的每個部分都按照固定的尺寸、模數和形狀拆分成標準化的構件，然后在工廠預制建筑工程施工使用的構件，施工現場僅僅是對構件的吊裝、運輸以及拼接位置的施工，能夠極大的提升工作效率，尤其是能夠實現借助機械化的手段實現裝配式施工構件的快速定位、拼裝，與傳統建筑工程施工相比，兩者主要有以下幾點區別。

1.1 發承包方式不同

傳統施工項目的設計和施工一般有先后順序，設計圖紙需要完成圖審，圖審合格后方可進行招投標，然后進行建造，設計和施工的分離導致工程質量出現問題的時候容易扯皮，同時施工過程中經常出現變更事項，雙方溝通的時間成本高[2]。而對于裝配式建筑的施工，國家出臺了政策鼓勵使用工程總承包模式，這時候設計與施工為同一個主體進行協調，工程總承包人能夠統籌各專業、各環節的資源，尤其是在深化設計環節，能夠極大的提升生產效率。

1.2 施工相關方增加

傳統建筑工程施工的相關方涉及到設計單位、建設單位、政府等，而裝配式建筑施工除了以上環節外，還在設計圖紙完成后增加了深化設計環節，以便于將建筑工程主體拆分成為標準化的構件，由工程生產加工，這時候如果設計單位不具備深化設計能力，需要另外尋找深化設計單位對結構進行拆分，目前大部分深化設計工作由構件生產廠家承擔，因此對于施工單位來說，從構建深化設計到構件運輸到施工現場，需要協調的相關方數量增加，協調溝通難度增加。

1.3 設計要求不同

傳統建筑工程施工需要經過初步設計、施工圖設計等幾個過程，對于初步設計一般是用來滿足建設單位的需求、功能要求以及確定里面造型。施工圖設計主要是在初步設計的基礎上進一步完成建筑施工圖、結構施工圖以及節點大樣詳圖。而對于裝配式建筑來說不僅僅是要考慮建筑的功能、預制率等相關的指標，還需要考慮到構件在生產之前的深化設計，需要設計的圖紙能夠進行標準化的拆分，這樣才能由工廠對構件進行批量生產[3]。深化設計主要是對結構的標準化拆分設計、參數化設計以及模具設計，因此對于裝配式建筑來說，從初步設計一直到深化設計圖紙是一套完整的標準化設計體系，而并非傳統建筑工程項目那樣僅僅滿足使用功能和結構安全的需要。

1.4 施工方式不同

傳統建筑工程施工的順序一般為基礎、主體結構、屋面、室內外裝修、室內設備管道，其中如果主體結構采用的是鋼筋混凝土結構，需要在現場進行支模、綁扎鋼筋、澆筑混凝土、混凝土養護、拆模等工序。而對于裝配式建筑而言，如果采用鋼筋混凝土結構，大部分構件可以在工廠進行預制，預制之后可以運輸至施工現狀，有吊裝機器進行定位、吊裝和拼裝，在現場實現構件的可靠連接，目前一般采用的是灌漿套筒連接方式，另外，裝配式建筑工程的施工主體結構與設備管線同時進行施工。

2 BIM技術在裝配式建筑工程中的應用

施工單位在進行施工之前，需要制定項目策劃，其中包括對項目整體的進度計劃，通過將進度計劃與BIM模型掛念，能夠真實的對施工狀況和過程有一個了解，BIM模型可以實現空間信息與時間信息的整合，這就是我們常說的4D模型，如果將成本計劃增加在BIM模型中，這就是我們常說的5D模型。通過對成本、時間、空間信息的整合，BIM模型能夠對空間操作、設備管線調試等進行方案優化，可以幫助檢查場地布置是否合理，施工安排是否均衡，吊裝順序是否正確等等，出現問題施工單位能夠迅速的協同設計單位進行變更或修改，極大的提升了工作效率，降低了溝通成本，同時確保了施工質量[4-5]。基于BIM技術構件安裝流程圖，如圖1所示。

圖1 基于BIM技術的構件安裝流程

3 案例分析

3.1 項目概況及特點分析

項目地處于上海市金山區，工程總造價7.5億人民幣；總建筑面積178043.85㎡。10棟16層-21層高層住宅，17棟4戶5層多層住宅，相關配套用房以及整體車庫；住宅樓均采用裝配整體式剪力墻結構,單體預制率均超過40%。

對本工程項目進行分析，該項目管理具有以下三個特點，一是施工環境要求高，施工場地極為狹小，工作面管理難度大；工地緊鄰同凱中學，施工環境控制要求高；南側和東側緊鄰河道。二是施工面積大，本項目量大面廣，共27棟住宅樓，管理協調難度大。三是PC構件現場管理難度大，PC構件數量多，本項目PC構件總數25165塊，構件由兩家廠商提供，且本項目裝配率和預制率較高。

3.2 BIM技術在本項目應用

3.2.1 圖紙會審與碰撞檢測

因PC構件工業化的生產形式對圖紙會審提出了更高的要求，傳統二維圖紙會審難以保證質量，且PC構件生產前若未發現裝配式圖紙構件問題，在現場吊裝施工時構件之間一旦發生碰撞沖突，將會一定程度上將造成材料和人力浪費，影響工期。圖紙會審及碰撞檢測流程，如圖2所示。

圖2 圖紙會審及碰撞檢測流程

圖紙會審前，通過BIM可視化的特點對關鍵節點和技術進行模擬和預演，有效的提高了圖紙會審的質量。通過該項應用點，發現土建、PC圖紙問題77處，機電圖紙問題58處,形成圖紙核查報告,為圖紙會審提供依據管線綜合共解決車庫12類碰撞問題，274個有效碰撞點，提前避免因圖紙問題耽誤工期、增加造價成本，碰撞檢測結果，如圖3所示。

圖3 碰撞檢測結果

除此之外，深化鋼筋模型過程中，發現預制構件水平鋼筋與暗柱豎向鋼筋碰撞，施工前通過可視化的安裝模擬和預演，利用BIM模型進行變更調整；通過BIM技術應用，減少現場鋼筋綁扎返工136處，節省此處工序時間約30%。

3.2.2 施工場地布置

按土方開挖施工、地下基礎施工、主體結構及裝飾裝修施工等不同階段對施工場地布置進行協調管理，檢驗施工場地布置的合理性，做到“永臨結合”。地下施工階段，整個施工場地東側和南側整體被人工河道包圍，北面區域緊鄰同凱中學，施工場地狹小，這對現場布置的優化和環境管理都有極高的要求。通過優化挖方順序與地下施工順序的穿插形成了無沖突流水作業，三個施工區域內有序的施工工作面環境，有效解決土方及地下室施工階段環路及材料加工區布置問題，同時土方施工階段工期提前25天，節約項目成本20萬元。

另外，現場構件堆放管控要求高，且須對地下室頂板進行加固處理。通過BIM技術的應用，對構件堆放方案的確認后，對構件堆放區域的頂板進行了加固方案的分析，出具了BIM可視化的加固方案。通過BIM5D平臺我們對構件進行了分類編碼并結合現場的吊裝計劃提出了對現場分類碼放更詳細的要求，極大的提高了構件吊裝的工作效率，有效優化地下室頂板支撐方案并對構件堆放區進行合理管控。構件堆放施工方案優化，如圖4所示。

圖4 構件堆放施工方案優化

3.2.3 可視化交底

本項目作為集團在上海市的首個大型裝配式項目，專業化施工隊伍難培養，傳統工人向產業化工人轉變的培養是難點。利用BIM技術對預制墻板、預制疊合板、預制樓梯板、預制陽臺板等PC構件的施工工藝、工序形成定向的可視化方案，降低因工人不熟悉裝配式施工工藝、工序的成本。可視化交底，如圖5所示。

4 結束語

裝配式建筑施工與BIM技術的融合已經成為現階段建筑企業有建造向智造轉變的有效途徑，BIM技術的應用對于施工現場管理具有重要的現實意義，通過建立模型模擬場地優化布置、圖紙會審和碰撞檢測等，能夠極大的保證施工效率，減少返工和材料浪費，節約項目成本。通過可視化的工人交底，能夠進一步保證現場預制構件拼裝的施工質量，確保結構治理安全。

圖5 可視化交底