初探 BIM 技術(shù)在裝配式建筑施工階段應(yīng)用

侯建斌

（海南天力建筑工程有限公司，海南 海口 570100）

0 引言

從“十二五”開始，裝配式建筑開始獲得國家級層面的政策支持，各地政府陸續(xù)出臺技術(shù)、經(jīng)濟等方面的政策以促進推進裝配式建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

目前海南省已在政府層面出臺多個相關(guān)政策，并制定了 2018～2022 年的發(fā)展規(guī)劃，即從土地出讓到規(guī)劃必須有裝配式建筑的相關(guān)指標(biāo)要求，特別是要求在 2020 年原則上具備條件的新建建筑都必須采用裝配式建造方式施工［1］。同時將建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化及技術(shù)研究列為重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)和科技重點攻關(guān)方向，增加建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的科技投入，在全省大力推進建筑信息模型（BIM）基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的技術(shù)應(yīng)用［2］。這些政策推動了房地產(chǎn)開發(fā)商及施工企業(yè)必須緊隨政府宏觀政策要求，轉(zhuǎn)型升級發(fā)展裝配式建筑及大力推廣 BIM 技術(shù)。

1 工程簡介

本裝配式項目為海南臨高富力國際健康城 D-05 地塊項目。其中 B5、B6 棟兩棟高層住宅結(jié)構(gòu)形式為裝配式建筑，B5 棟地上 16 層，建筑高度為 47.15 m。B6 棟地上 17 層，建筑高度為 50.05 m。裝配式建筑面積為 20 125.29 m2。采用的預(yù)制構(gòu)件為預(yù)制樓梯、預(yù)制疊合板、預(yù)制輕質(zhì)內(nèi)隔墻、內(nèi)隔墻與管線、裝修一體化。采用范圍為標(biāo)準(zhǔn)層（B5#：2～16F、B6#：2～17F），如圖 1 所示。在裝修方式上采用了集成廚房、集成衛(wèi)生間、干式樓地面做法等工業(yè)化裝修的方式，裝配率達到 54 %，預(yù)制構(gòu)件設(shè)計使用年限為 50 年。

圖1 裝配式樓層范圍

2 基礎(chǔ)工作

裝配式建筑為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)內(nèi)裝系統(tǒng)的主要部分采用預(yù)制部品部件集成的建筑。其中建筑的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由混凝土部件（預(yù)制構(gòu)件）構(gòu)成的裝配式建筑為裝配式混凝土建筑［3］。由此可見，裝配式建筑的典型特征是采用標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制構(gòu)件或部品部件，可促進建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、部件生產(chǎn)工廠化、施工裝配化、過程管理信息化、建筑裝修一體化。

要在裝配式施工階段落實 BIM 技術(shù)，應(yīng)適應(yīng)裝配式的特征，充分利用 BIM 軟件族庫的基礎(chǔ)功能，利用 Revit、ArchiCAD 等軟件建立、收集裝配式建筑各專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫及適應(yīng)裝配式建筑施工的施工族庫。不斷在不同項目的設(shè)計、施工過程中豐富與補充 BIM 虛擬構(gòu)件的數(shù)量、種類和規(guī)格。需注意的是使用各種 BIM 軟件建立族庫文件時，要考慮生成的文件通用性如何，是否滿足項目涉及單位全階段協(xié)同管理的要求。

虛擬構(gòu)件庫是施工階段實施 BIM 技術(shù)的基礎(chǔ)工作，它是大量信息的載體，為保證構(gòu)件庫的效用，發(fā)揮其使用價值，必須遵循一定的原則進行建立及分類。

1）構(gòu)件庫內(nèi)建立的族文件應(yīng)盡量參數(shù)化，使之具有高度可自定義的特征。確保對同一類構(gòu)件可進行參數(shù)調(diào)整，減少重復(fù)建族。以下是通過建立一塊參數(shù)化疊合板族，只通過調(diào)整參數(shù)，進行整層板面各個不同尺寸疊合板布置（見圖 2）。

圖2 裝配式樓層布置

2）采用 Revit 建的族類型盡量選用可載入族，它是使用族樣板在項目外創(chuàng)建后綴為.rfa 的文件，該族文件可載入到各個項目中，方便在同一項目及不同項目提取及載入。

3）預(yù)制構(gòu)件的種類較多，需要對其進行篩選與歸并。應(yīng)挑選通用性較高的構(gòu)件建族，摒棄異形、特殊的構(gòu)件。同時應(yīng)著重考慮擬建構(gòu)件的主要特征，忽略細(xì)枝末節(jié)，避免耗費過多精力在非關(guān)鍵細(xì)節(jié)的建立上。但前提是要滿足使用場景的精度要求，對于細(xì)部節(jié)點的 BIM 應(yīng)用精度要求相對高。

4）建筑施工的構(gòu)件族建立時應(yīng)結(jié)合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化文件、企業(yè)的體系文件、企業(yè)的形象標(biāo)準(zhǔn)等文件。確保形象一致，尺寸一致，減少布置偏差及成本偏差，保證虛擬構(gòu)件與現(xiàn)實場景效果相吻合（見圖 3）。

圖3 符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)施工族庫

5）構(gòu)件族可參照專業(yè)工程、結(jié)構(gòu)體系、系統(tǒng)類別、用途等進行分類，以便項目管理各方進行構(gòu)件交流、歸集及調(diào)用。施工階段可利用 BIM 平臺，從庫中選取構(gòu)件然后進行組裝，最終建立成為整體建筑模型（見圖 4），極大地提高了工作效率。

圖4 整體建筑模型建立

3 場地規(guī)劃

裝配式建筑場地 BIM 技術(shù)策劃是本項目實施的重要內(nèi)容，其是施工單位在充分了解項目建設(shè)目標(biāo)（質(zhì)量、安全、文明施工）、項目定位、技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)、施工成本限額、外部條件等因素后，利用 BIM 技術(shù)判斷、制定合理的機械布置、場區(qū)布置方案。保證各單位實施時不發(fā)生阻礙及相互干擾、提高裝配式施工的效率、場區(qū)的安全文明程度。BIM 場地規(guī)劃包括下面幾個方面的內(nèi)容。

3.1 道路及堆場規(guī)劃

道路及堆場規(guī)劃要以裝配式預(yù)制構(gòu)件深化圖、裝配式生產(chǎn)廠家運輸方案、項目的進度安排、吊裝方案為規(guī)劃依據(jù)。采取基于 BIM 技術(shù)的構(gòu)建方法，實現(xiàn)對裝配式建筑施工現(xiàn)場的三維可視化模擬。在虛擬三維模型中對運輸線路、預(yù)制構(gòu)件堆放區(qū)等位置進行模擬運輸、模擬堆放。通過構(gòu)件、作業(yè)流程的仿真及優(yōu)化（見圖 5），從而達到堆場面積合理、道路運輸高效、運卸作業(yè)互不干擾、減少構(gòu)件二次轉(zhuǎn)運、滿足構(gòu)件消耗與堆放動態(tài)平衡、場地安全文明的要求。

圖5 運輸線路、預(yù)制構(gòu)件堆放區(qū)仿真優(yōu)化

3.2 塔吊布置及運力分析

PC 吊裝屬于危險性較大的作業(yè)內(nèi)容，需提前進行策劃，以保證施工吊裝的便利，同時減少施工中可能發(fā)生的安全隱患。裝配式建筑吊裝作業(yè)頻繁，對起重設(shè)備選型、布置以及方案策劃提出了更高的要求。輔助 BIM 技術(shù)可對塔吊的空間定位、運力、高度等進行綜合分析，解決裝配式塔吊策劃面臨的技術(shù)難題。項目通過 BIM 技術(shù)進行塔吊策劃的內(nèi)容如下所述。

1）利用 BIM 軟件形成塔吊不同幅度的有效起重覆蓋范圍，確保擬建裝配式建筑全覆蓋。

2）利用 BIM 技術(shù)篩選最不利構(gòu)件，進行標(biāo)識。提取重量、尺寸、離塔吊距離，用于塔吊型號選型及運力分析（見圖 6）。

圖6 塔吊選型及運力分析

3）模擬塔吊實際吊運線路，規(guī)劃堆場位置及構(gòu)件擺放位置。人行區(qū)、人流聚集區(qū)、安全通道的設(shè)置避開相應(yīng)區(qū)域，確保施工安全。

4）結(jié)合 BIM 結(jié)構(gòu)模型，確定塔吊最優(yōu)附墻位置及標(biāo)高。對塔吊附墻預(yù)埋件節(jié)點連接處進行 BIM 模擬定位（見圖 7），優(yōu)化預(yù)埋件處結(jié)構(gòu)鋼筋，避免沖突，確保塔吊及結(jié)構(gòu)安全。提前模擬群塔作業(yè)，確定塔吊相互高度關(guān)系，避免后期出現(xiàn)塔吊自由端超限及碰撞問題。

圖7 塔吊連墻件 BIM 模擬定位

3.3 場地三維可視化策劃

施工場地規(guī)劃形成的施工總平面布置，是施工組織設(shè)計的重要組成部分。需根據(jù)擬建建筑物，現(xiàn)場施工條件對現(xiàn)場的機械設(shè)備、預(yù)制構(gòu)件、臨時設(shè)施、道路、出入口、材料堆放場等進行因地制宜的合理布置。在滿足施工便利的條件下，更要做到綠色低碳、安全文明、工作環(huán)境適宜。通過 BIM 技術(shù)整合裝配式建筑各專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫、企業(yè)施工族庫，實現(xiàn)施工現(xiàn)場三維可視化模擬，給與決策人員直觀、形象立體的感受，以便對場地各位置形成判斷，實時進行調(diào)整及優(yōu)化（見圖 8）。本項目通過 Revit、Enscape、Twinmotion 軟件的相互配合，實現(xiàn)沉浸式的 VR 場地瀏覽。經(jīng)過項目多次決策調(diào)整，實現(xiàn)了施工現(xiàn)場永臨結(jié)合、安全標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)形象突出的場地布置。鑒于 BIM 模型不利于傳輸，項目利用云端平臺，二維碼技術(shù)對策劃成果進行快捷傳播、方便瀏覽。

圖8 場地三維可視化策劃

3.4 場地策劃成本構(gòu)成

在 BIM 模型中，場地已經(jīng)整合裝配式建筑各專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫、施工族庫。對于標(biāo)準(zhǔn)化的族庫，企業(yè)可以建立起對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)算。通過軟件可以統(tǒng)計到模型內(nèi)的各種工程量信息，對于方案調(diào)整時，信息也能同步跟新。企業(yè)可利用 BIM 軟件對所用資源進行拆分、分類、整合、統(tǒng)計。將量、價信息的結(jié)合可以生成場地布置的成本構(gòu)成，對項目策劃成本可提前預(yù)判，做好事前控制。

4 機電策劃

由于樓棟公區(qū)等部位疊合板現(xiàn)澆層較薄，線管較多，根據(jù) BIM 模擬施工發(fā)現(xiàn)板厚滿足不了施工要求。項目與業(yè)主及設(shè)計協(xié)商，優(yōu)化為疊合板底走管及橋架鋪設(shè)（見圖 9）。項目利用 BIM 技術(shù)進行管線綜合排布。同時基于 Navisworks 碰撞結(jié)果，對結(jié)構(gòu)預(yù)留洞進行了位置定位，確保穿墻套管準(zhǔn)確預(yù)埋。

圖9 中筒部位機電管線優(yōu)化

5 會審及可視化交底

將 BIM 技術(shù)運用到裝配式建筑圖紙會審、技術(shù)交底中。通過三維可視化審圖、交底，減少傳統(tǒng)平面模式下不易察覺的“錯”“漏”“碰”“缺”現(xiàn)象，提高了審圖、交底效率。對細(xì)部節(jié)點可及時發(fā)現(xiàn)問題并尋找解決措施，減少了施工過程中可能遇到的質(zhì)量問題，實現(xiàn)精細(xì)化管理。項目實施過程中對傳統(tǒng)二維模式下不易察覺的洞口滲水問題進行了優(yōu)化設(shè)計。在構(gòu)件進行審圖時，對該部位提出翻邊一次預(yù)制成型的修改意見，出具疊合板修改大樣，經(jīng)過與預(yù)制構(gòu)件廠進行協(xié)商，在制作階段對疊合板塊進行了優(yōu)化（見圖 10）。

圖10 疊合板洞口會審優(yōu)化

6 內(nèi)外裝飾策劃

裝修成果的好壞，除了施工質(zhì)量外，觀感質(zhì)量是重要影響因素。在施工階段決定觀感好壞的主要因素是排版策劃是否合理。本裝配式項目利用 Revit 軟件進行墻地磚的鋪貼排版策劃、輕質(zhì)隔墻的排版策劃、屋面的排版策劃、外飾面的排版策劃，樣例如圖 11 所示。通過多方案的可視化渲染，作為判斷各部位排版方案是否合理，美觀的依據(jù)。通過軟件出具工程量清單，統(tǒng)計材料類型、尺寸、數(shù)量，確保了材料計劃的準(zhǔn)確性。利用 BIM 軟件生成排版圖，項目設(shè)置瓷磚集中加工場，進行瓷磚集中加工，減少瓷磚損耗，滿足了當(dāng)今裝配式建筑工業(yè)化生產(chǎn)的倡導(dǎo)及要求。

圖11 內(nèi)外裝飾排版策劃

7 施工進度及拼裝模擬

對疊合板進行模擬預(yù)拼裝，優(yōu)化拼裝順序，發(fā)現(xiàn)拼裝過程中可能出現(xiàn)的問題，進行快速檢驗與調(diào)整。同時利用 Project 進度計劃軟件編制施工進度計劃，將進度計劃導(dǎo)入 Navisworks 中，需注意 Project 進度計劃的任務(wù)名稱要與 Navisworks 的構(gòu)件集保持一致，方便將進度計劃任務(wù)與 BIM 模型進行關(guān)聯(lián)。進度交底時，通過對裝配式建筑施工進度進行模擬，可直觀、精確地反映整個施工過程，確保進度節(jié)點交底到位。為實現(xiàn)干式樓地面做法，使樓面平整度誤差值控制在 3 mm 以內(nèi)，項目通過 BIM 技術(shù)布設(shè)標(biāo)高控制筋。通過模擬 2.5 m 刮桿抄平，實現(xiàn)標(biāo)高定位筋布置間距最優(yōu)，數(shù)量最少。在達到精找平的目標(biāo)情況下，減少施工工作量，降低成本（見圖 12）。

圖12 高精度地面模擬抄平

8 結(jié)語

通過裝配式建筑項目的 BIM 技術(shù)實際應(yīng)用及探討可知，裝配式建筑施工階段與 BIM 技術(shù)可以有廣泛的結(jié)合。施工前期，利用 BIM 技術(shù)創(chuàng)建合理的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件庫及施工族庫，可提高施工場地策劃及布置的效率，有利于成本分析，實現(xiàn)經(jīng)濟效益。與此同時，裝配式建筑施工階段利用 BIM 技術(shù)可視化的特性，能提高看圖、審圖、交底的效率。通過結(jié)合實際進度計劃、關(guān)鍵部位的拼裝模擬，各單位可提前發(fā)現(xiàn)各環(huán)節(jié)需加強管控及協(xié)調(diào)的部位，保證了裝配式建筑工程進度計劃及施工操作的可實施性。目前施工單位應(yīng)用 BIM 技術(shù)還面臨一些問題，如 BIM 技術(shù)人才短缺、各單位 BIM 資源整合及協(xié)同工作流程優(yōu)化的問題，這些問題值得進一步研究。Q