BIM 技術(shù)在沌口六村裝配式項目的全過程應用

粟劍波，王 瓏，陳東升，孫志庭，江 濤，何洪普

（中建三局綠色產(chǎn)業(yè)投資有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

當前，國家大力發(fā)展裝配式建筑，其工業(yè)化的建造方式帶來設計、生產(chǎn)、施工全過程的改變，對一體化集成設計、精細化生產(chǎn)及施工提出了更高的要求。

國家政府文件中多次指出在裝配式建筑中要積極應用 BIM 技術(shù)，加快推進 BIM 技術(shù)在新型建筑工業(yè)化全壽命期的一體化集成應用［1］。BIM 技術(shù)可以打通設計、生產(chǎn)、施工各階段的信息壁壘，實現(xiàn)裝配式建筑設計、深化設計、構(gòu)件生產(chǎn)、物流運輸、施工裝配直到運維等全過程的信息有效傳遞和共享，實現(xiàn)建筑工業(yè)化和信息化深度融合［2］。

本文依托沌口六村項目，對 BIM 技術(shù)在裝配式項目中的全過程應用進行探索。

1 工程概況

1.1 項目簡介

沌口六村項目位于武漢市蔡甸區(qū)萬家湖路，總建筑面積 78 萬 m2，是湖北地區(qū)最大體量的裝配式房建項目。項目 1# 地塊包含 17 棟住宅樓、2# 地塊包含 12 棟住宅樓，建筑層數(shù) 26～34 層，6 層及以上均采用裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，裝配率為 55 %，項目裝配式應用包括了預制外墻、預制樓板、預制陽臺、預制飄窗、預制空調(diào)板、預制樓梯等 10 余種預制構(gòu)件。

1.2 工程特點與難點

EPC+ 裝配式建筑相比傳統(tǒng)建筑，具有設計標準化、生產(chǎn)工業(yè)化、施工裝配化、裝修一體化等特點，全過程精細化管理難度大。在設計階段需綜合考慮預制構(gòu)件生產(chǎn)、施工效率及工藝的可行性，對集成化、一體化設計，專業(yè)和全過程的協(xié)同要求高。

2 BIM 組織與應用環(huán)境

針對裝配式建筑特點，在項目開始前進行了詳細的 BIM 技術(shù)應用策劃及團隊組織分工，明確了 BIM 技術(shù)在項目各階段的應用措施，以確保項目順利實施。

2.1 BIM 應用目標

本項目旨在利用數(shù)字化、信息化和可視化手段，基于 BIM+ 裝配式設計+軟件平臺的深度融合，通過 EPC 全過程 BIM 應用，開展設計前置和信息化管理，提高模型利用率，縮短工程工期，提高工程質(zhì)量，節(jié)約工程成本，全面提升項目精細化管理水平。

2.2 實施方案

項目 BIM 小組基于項目實際狀況，編制了本項目設計、生產(chǎn)、施工全過程應用的《BIM 實施方案》，作為項目實施的指導性文件，包括 BIM 應用目標、實施標準、實施流程、主要應用內(nèi)容、項目協(xié)同機制等，實現(xiàn)項目 BIM 規(guī)范統(tǒng)一措施。

2.3 團隊組織

為實現(xiàn)項目 BIM 全過程應用，確保項目順利實施。基于公司全產(chǎn)業(yè)鏈布局，組建了由公司 BIM 中心及設計、生產(chǎn)、施工各部門聯(lián)合的 BIM 團隊，實現(xiàn)多專業(yè)、全過程的協(xié)同合作。

2.4 應用措施

針對項目 BIM 全過程應用，在設計環(huán)節(jié)基于 revit 平臺進行多專業(yè)協(xié)同設計，采用 Planbar、BeePC 等參數(shù)化設計軟件進行預制構(gòu)件深化設計并出具構(gòu)件 BOM 清單。生產(chǎn)環(huán)節(jié)將 BIM 模型數(shù)據(jù)信息與公司工廠管理系統(tǒng)、多級調(diào)度系統(tǒng)對接，進行生產(chǎn)自動排產(chǎn)、物料管理等；施工環(huán)節(jié)進行 BIM 模型深化，開展三維場地布置、標準層工序模擬、土方開挖分析等 BIM 技術(shù)應用；同時基于公司 BIM 智慧建造管理平臺進行預制構(gòu)件管理、材料管理、塔吊管理等。

2.5 軟硬件環(huán)境

公司設立文件服務器、BIM 工作站和平板電腦等，采購常用 BIM 設計及管理軟件，為信息化研究提供軟硬件環(huán)境。

3 BIM 在項目設計階段的應用

3.1 規(guī)劃方案設計

在滿足經(jīng)濟技術(shù)指標的前提下，利用 BIM 技術(shù)輔助規(guī)劃方案設計，進行建筑風、光、聲等性能分析（見圖 1），輸出分析圖并驗證是否滿足相關(guān)標準、規(guī)范要求。

圖1 建筑性能模擬

3.2 拆分方案設計

結(jié)合標準戶型功能分區(qū)，利用三維模型進行拆分方案設計，輸出標準層拆分方案圖，直觀展示拆分結(jié)果，并進行裝配率計算。標準層拆分方案效果如圖 2 所示。

圖2 標準層拆分方案設計

3.3 構(gòu)件標準化研究

項目組通過總結(jié)裝配式項目經(jīng)驗，對構(gòu)件規(guī)格、尺寸和配筋進行深入研究，制定預制構(gòu)件模數(shù)化規(guī)則，建立標準化構(gòu)件庫（見圖 3）。

圖3 標準化預制構(gòu)件庫

3.4 構(gòu)件深化設計

遵循構(gòu)件拆分原則及深化設計流程，利用BeePC 和 Planbar 軟件，協(xié)同建筑、結(jié)構(gòu)、機電專業(yè)進行參數(shù)化設計，構(gòu)件配筋和預留預埋設計，專業(yè)內(nèi)碰撞檢查，一鍵出圖及工程量統(tǒng)計。預制構(gòu)件深化設計過程如圖 4 所示。

圖4 預制構(gòu)件深化設計

3.5 標準戶型預拼裝

結(jié)合深化設計戶型 BIM 模型，進行構(gòu)件預拼裝和戶型預拼裝，解決了構(gòu)件尺寸碰撞、預留預埋誤差（見圖 5），輸出碰撞點圖片及報告，進而優(yōu)化配筋設計，驗證深化設計準確性，遏制錯漏碰缺向下游延續(xù)。

圖5 預拼裝及碰撞檢查

3.6 精細化協(xié)同設計

基于 Revit 平臺，進行全專業(yè)三維精細化設計，通過戶型電箱排布、構(gòu)件預留預埋、入戶管線及線盒布置［見圖 6（a）］，達到精確預埋減少返工。結(jié)合全專業(yè)模型進行設計協(xié)調(diào)，開展地庫管線綜合［見圖 6（b）］，優(yōu)化路由，提高地庫使用凈空，輸出管綜圖紙及優(yōu)化報告。

圖6 機電管線精細化設計

3.7 鋁模深化設計

基于專業(yè)鋁模標準庫，考慮構(gòu)件拆分、腳手架及施工便捷等因素，進行鋁模深化設計，確定鋁模規(guī)格及加固體系，進行模板虛擬拼裝，輸出安裝施工圖紙及構(gòu)件加工清單。剪力墻邊緣構(gòu)件、飄窗鋁模深化設計效果如圖 7 所示。

圖7 邊緣構(gòu)件、飄窗鋁模深化設計

4 BIM 在項目生產(chǎn)階段的應用

4.1 剪力墻通用模具研究與應用

為減少模具數(shù)量，提高周轉(zhuǎn)率，本項目基于預制構(gòu)件標準化設計和 BIM 模型，研發(fā)剪力墻通用模具，形成預制墻標準模具庫（見圖 8）。選取標準通用模具，研究剪力墻底模和邊模的分段組拼方案，并進行靜應力模擬分析，設計結(jié)果滿足強度和變形要求。

圖8 標準化組拼式模具庫

4.2 排產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)研究與應用

基于對工廠生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)的調(diào)研分析及仿真模擬，自主研發(fā)了多級調(diào)度管理系統(tǒng)，通過輸入本項目的計劃、圖紙等基礎信息，自動進行排產(chǎn)數(shù)據(jù)分級管理，調(diào)節(jié)生產(chǎn)線參數(shù)，得到多場景下構(gòu)件生產(chǎn)的最優(yōu)均衡排產(chǎn)規(guī)劃。圖 9 為通過系統(tǒng)自動生成的工廠多項目生產(chǎn)情況下的均衡排產(chǎn)方案分析圖。

圖9 多項目排產(chǎn)方案

4.3 工廠云平臺綜合應用

采用工廠云平臺，從原材料采購、生產(chǎn)過程控制、構(gòu)件出廠檢驗等方面進行全流程信息化管理，優(yōu)化工廠原材料及成品庫存，提高預制構(gòu)件生產(chǎn)效率，強化項目合同過程管控能力，保障了項目預制構(gòu)件的進場時間，為項目順利實施奠定了基礎。圖 10 為工廠云系統(tǒng)構(gòu)件生產(chǎn)任務界面示意圖。

圖10 工廠云平臺（構(gòu)件生產(chǎn)任務界面）

5 BIM 在項目施工階段的應用

5.1 場地及基坑支護分析

利用 CIVIL 3D 創(chuàng)建地層曲面，進行曲面高程分析、匯水分析、放坡開挖，直觀查看場地情況，進行場地平整和土方平衡，驗證規(guī)劃設計高程，生成體積曲面估算土方體積。創(chuàng)建地質(zhì)三維實體，導入 REVIT 形成三維地質(zhì)模型，查看地表構(gòu)造及地質(zhì)剖面情況，輸出地質(zhì)信息表，進行支護樁入土深度分析及支護樁深地層情況檢驗（見圖 11）。

圖11 地質(zhì)分析、支護樁分析

在地質(zhì)模型的基礎上創(chuàng)建基坑支護結(jié)構(gòu)，進行支護結(jié)構(gòu)布置分析、支護結(jié)構(gòu)效果驗證及優(yōu)化支護節(jié)點（見圖 12）。

圖12 基坑支護分析

5.2 三維場地布置

創(chuàng)建構(gòu)件安裝階段的三維場地布置模型（見圖 13），通過用地分析、塔吊選型及構(gòu)件堆場布置分析進行優(yōu)化，直觀地表現(xiàn)其空間效果，提高場地利用率，保證構(gòu)件吊裝能力。

圖13 三維場地布置

5.3 三維技術(shù)交底

針對項目關(guān)鍵和重要工序采用三維技術(shù)交底，直觀、易懂，便于施工人員更加準確地理解設計意圖，減輕一線技術(shù)人員的工作量，對施工質(zhì)量的提高有顯著的作用。圖 14 為針對三明治墻板衛(wèi)生間水平節(jié)點的技術(shù)交底。

圖14 三明治墻板衛(wèi)生間水平節(jié)點交底

5.4 標準層工序模擬

結(jié)合總施工組織設計和吊裝方案，研究標準層施工工期 5 d 的技術(shù)難點，制定本項目標準層施工網(wǎng)絡計劃，分析判斷關(guān)鍵路線，利用 Revit 進行吊裝順序、構(gòu)件規(guī)格等信息標記，制定吊裝計劃，統(tǒng)計每天的資源需求，進行施工進度工況模擬（見圖 15），分析和驗證進度計劃的合理性。

圖15 標準層工況圖（第 1 d）

5.5 工程量統(tǒng)計

利用各專業(yè)模型，自動統(tǒng)計工程量，輔助施工材料準備，施工預算及結(jié)算，實現(xiàn)成本管控和材料管理。

5.6 BIM+智慧建造管理平臺

基于 BIM 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和智能設備，搭建智慧建造管理平臺，對勞動力資源配置、構(gòu)件信息跟蹤、材料物資管理、塔吊安全管理等進行過程監(jiān)控，利用大數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)人、機、料、法、環(huán)的全面質(zhì)量管理和綜合管理。

6 結(jié)語

本項目通過信息化手段進行精細化設計、智能化生產(chǎn)、高效能建造，在裝配式建筑全過程進行了 BIM 技術(shù)創(chuàng)新應用，保證了項目建設的總體目標，大大提高了建設工程的質(zhì)量和效率，為裝配式建筑的信息化發(fā)展起到了積極的推動作用。Q