BIM 技術在裝配式房屋建筑工程中的應用*

王占猛

(中鐵十二局集團華南工程有限公司 廣東 中山 528400)

結合我國當前的防務建設工程發展水平來看,通過工廠預制打造模塊化的工程體系已經成為了多方關注的重點,這也讓裝配式建筑成功走進了大眾視野,裝配式建筑的施工效率較高、集中生產有助于實現工程管理,也可以實現成本控制。同時裝配式施工體系的成熟也催生了一系列技術和管理模式。比如BIM 技術便是裝配式房屋建筑施工期間常見的施工技術體系,不僅可以實現構件拆分設計,還能夠為裝配式工程提供專項施工方案。筆者針對BIM 技術的應用現狀進行分析,有助于掌握我國裝配式建筑的發展體系,對于后續的技術體系優化有一定促進作用。

1 理論分析

1.1 裝配式房屋建筑工程

裝配式房屋主要以工業化生產為主,將房屋的主體結構、部分基礎構件拆分成單元體系,利用工廠預制的方式實現集中生產、運輸、組裝,裝配式房屋工程在當前的產業化住宅以及工業化住宅建設領域有著較高的應用效果,不僅可以提升工程施工的速度和質量,也可以滿足不同工程的具體優化需求。

1.2 裝配式房屋工程的優勢

裝配式房屋工程改變了傳統的房建施工模式,讓常規的土建結構施工,有了更強的效率,同時也可以實現房建工程的標準化建設,是迎合新時期社會快節奏發展規律的重點成果。其中方案設計階段是裝配式工程施工的重點階段,通過前期的信息化模型以及可視化數據分析,能夠了解建筑工程的整體結構問題,通過前期的調整和優化,降低后續施工變更的概率,這對于提升工程質量有極強促進作用,更可以顯著增強工程的社會效益和經濟效益。

但也正是由于裝配式工程的集中生產體系,在施工規劃的過程中,對于數據信息的重視程度更高,只有確保各項生產參數真實有效,才可以避免出現生產預制出錯的現象。

1.3 BIM 技術

BIM 技術被稱為建筑信息模型,是新時期建筑學以及工程學繁榮發展,并且與信息技術融合之后打造的新工具。作為一種建筑學相關的信息輔助技術,BIM 技術在當前的建筑工程設計、規劃、管理領域都有較強的應用價值。而隨著新時期建筑體系的不斷發展和創新,BIM 技術已經能夠深入融入到建筑的設計施工乃至全壽命周期管理領域,打造具備整合性的三維模型信息數據庫,實現各方主體的協同施工。從應用特征的層面來講,BIM 技術的應用優勢體現在以下幾個方面。

首先,該項技術可以應用在工程設計領域,用于建設工程的全壽命周期管理。具備較強的可視化特點,依托數據信息提取以及相應模型的建立,能夠讓大量不可視的信息以及細節呈現出來,借助該技術可有助于打造具象化的施工管控體系,從而更好地解決工程規劃過程中存在的各項矛盾問題。

其次,BIM 技術具備較強的動態性,在應用期間需要結合工程規劃的具體需求,不斷進行細節上的調整和創新,因此需要有較為豐富的數據庫以及數據信息鏈條,能夠實現自動化的數據信息提取和轉換。

最后,BIM 技術在應用期間能夠為各方主體提供協同運作的平臺,比如打造共享知識資源庫,構建信息交流互通平臺,各方主體在施工期間可以結合裝配式建筑的施工需求進行信息共享。讓整個工程從概念到成果,都形成透明化、可視化的管理體系,使不同班組以及人員都可以結合自身的工作需求,在平臺上插入、提取、修改、更新信息,以支持和反映各自職責的協同作業[1]。

由此可見,在當前的裝配式工程施工規劃過程中,通過BIM 技術實現工程全過程管理,不僅可以降低施工難度,還可以有效解決一部分遺留問題,提升各方主體的協作質量,從而滿足工程社會效益提升的目的。

2 BIM 技術在裝配式工程建筑中的應用方向

綜合我國裝配式建筑施工的發展狀態來看,受到工程自身需求的影響,在實際施工過程中,對于建筑結構和空間的要求也有較大差異,為了提升BIM 技術的應用質量,滿足裝配式工程精細化管理的需求,筆者依托具體的案例展開分析,選擇其中具備典型性和普適性的問題,強化BIM 技術的應用質量。

2.1 具體案例分析

某建筑工程項目的總面積約為23萬m2,地上建筑面積達到了143 800 m2,標準層高為2.9 m,建筑共28層,使用年限為50年。由于建筑整體規模較大,在實際施工的過程中考慮到多方影響因素,經過詳細進行性價比分析,最終確定選擇利用裝配式混凝土結構作為主要的施工結構,其中涉及了多種預制構件,包括陽臺、疊合板、樓梯等。但由于建筑工程的外部結構為Y 型,有較多特殊點位,施工難度較大,且較為復雜。為了進一步提升施工效果,明確各項施工盲區,做到精準計算工程量和細節,需要充分應用BIM 技術以及其他的輔助軟件進行施工全過程管理。

2.2 BIM 技術在裝配式建筑工程中的應用方向

施工設計環節涉及的業務較多,為了進一步提升工程的整體質量,需要做到事不巨細,因此可以結合以下幾個方面進行施工設計的分析。

2.2.1 多專業協同設計

多專業協同設計的核心目的在于提升建筑工程設計的全面性和整體性,避免出現施工盲區,也可以為后續的施工現場管理以及優化提供根本保障,而多專業協同設計的落實還需要劃分成多個分支[2],詳細分析如下:

(1)工程總體設計。結合當地的具體施工需求,圍繞著山水城市建設的核心觀念,本次工程的整體布局為南北朝向,由于涉及不同戶型,在整體規劃設計的過程中,需要通過Revit軟件以及BIM 技術打造三維建筑模型,能夠直觀地展示建筑工程的總體設計理念,同時也可以呈現出工程的核心特點,有助于設計人員通過觀察三維建筑模型,判斷空間設置情況,是否能夠滿足施工標準以及施工要求;三維建筑模型設計結束之后導出CAD 圖紙,便于相關人員進行細節復核[3]。

3#樓的3層以上結構屬于裝配式混凝土結構,該種結構主要包含12 種單元模板,預計3 420 塊預制件,在施工的過程中,需要通過BIM 技術清晰的將這些預制件拼接成立體模型,并且在Revit軟件中打造構建族庫,不僅便于后期進行建模,還可以省去重復建模的工作,節省大量的時間。由于Revit軟件中自帶數據信息統計的功能,在建立三維模型的過程中,便可以了解不同預制構件的安裝位置、幾何尺寸以及材料構成等各項信息。本工程的裝配式混凝土外墻主要包含了保溫層、鋼筋混凝土、石墨聚苯板等結構,通過可視化模型,還可以分析不同結構的施工參數,有助于后續工程的順利開展。

(2)結構設計分析。本次工程中的裝配式建筑為剪力墻結構體系,所使用的疊合樓梯板以及內部核心筒,在設計的過程中必須要關注其綜合質量,才可以為工程后續的落實奠定穩定基礎。在結構設計方面利用Revit軟件來構建三維建筑結構模型,并且將所有的構架數據信息導入系統形成構件族庫,然后進行構件拼接,最終完成整體結構的設計。

除此之外,還需要通過其他的附屬性軟件進行工程量計算,可以在Revit界面安裝補丁,通過匹配建筑信息模型的方式,讓兩個模型之間構建關聯,然后實現工程量計算。比如當前市面上較為常見的盈建科軟件,能夠精準進行建筑數據的提取和分析,導入模型之后可以自動實現模型匹配。由于本次工程的建筑外形結構較為特殊,包含了復雜的鋼筋綁扎環節以及預制構件連接點設計,通過常規的二維平面圖紙進行處理,必然存在較大的難題,而以三維建筑模型為依托打造的建筑結構設計方案,不僅可以制定合理的結構優化方案,還可以幫助設計人員分析不同節點中存在的問題,從而提升結構設計的合理性和規范性。

(3)建筑機電設計。在傳統的建筑工程設計領域,建筑專業設計、結構設計以及機電設計往往是獨立展開,但是在BIM 技術的影響下,這三項工程可以通過信息共享的方式實現協同設計。比如在BIM 平臺上可以建立建筑工程模型,以建筑工程模型為共享載體,打造機電模型、結構模型。有關機電設計的人員可以結合土建工程的建設情況,圍繞機電安裝以及走線等各項細節,清晰地表達自身的想法,并且實現各個班組之間的協調和溝通,提升機電設計的合理性,也能夠及時更新各項信息,避免工程沖突帶來的影響。

(4)工程拆分設計。由于本工程的施工規模較大,為了進一步滿足不同結構施工需求,在設計的過程中可以通過建筑構件拆分設計的方案實現分模塊、分區域的設計和組裝。比如本工程中涉及常規的平面建筑,也說企業異形建筑,可以將其劃分成兩個不同的結構進行單獨設計,從而提升設計效率。

2.2.2 建筑管線以及預埋構件設計

建筑工程施工期間的各類管線以及預埋點的設計,通過BIM 技術實現優化之后可以打造可視化的體系,比如建立BIM5D 平臺,通過拆分定位的方式了解預制構件的前期預埋位置,從中插入Revit模型數據檔,便可以在立體模型中查看各管線、預埋構件的位置,從而實現碰撞檢查、沖突分析以及預留孔洞參數的負荷。該種方式能夠提升管線設計的科學性,避免與土建工程實現較大沖突,從而保證工程順利完工。

2.2.3 施工環節的現場管理

施工環節落實現場管理,主要依托BIM 技術的信息共享以及實時數據更新和動態性管控,以實現現場管理。

(1)落實場地布設。工程開展之前,針對施工現場的整體環境進行分析,綜合不同區域的功能以及對環境的要求,合理地設置辦公區、施工區、放料區、宿舍區,確保人身安全,同時能夠讓工程順利進行。由于本工程是高層建筑群,在施工期間需要配備至少7臺塔吊同時進行工作,對于施工場地的要求較高。通過BIM 技術實現施工現場的立體模型創建,直觀分析不同塔吊的工作范圍以及需求,合理設置施工現場的場地位置以及通道位置,能夠確保工程順利開展[4]。

(2)施工過程的模擬分析。為了確保預制構件能夠順利安裝,避免出現二次搬運以及二次生產等問題,通過BIM 技術實現施工過程模擬,尤其針對較為復雜的施工環節,通過線上模擬可以發現其中存在的核心問題,并且做好重難點施工工序的前期管控,規避一部分施工風險,也可以實現各方人員的技術交底。如圖1為常見的施工現場模擬情況,了解不同區域的施工構件編號以及詳細信息,在施工構件吊裝時,能夠快速前往施工場地進行安裝。

(3)施工吊裝環節的現場管理。本工程涉及大量的預制構件,在安裝期間需要進行高層吊裝,為了提升吊裝施工的科學性和安全性,依托信息技術進行工程管理,在每一個墻體預制構件中設置RFID 芯片,其中儲存了墻體的各項信息,比如位置、型號、尺寸、編碼,現場掃描編碼可以了解其具體的施工工序和環境,信號工會和塔吊司機進行信號共享,結合預制結構的詳細信息,快速指定吊裝路線[5]。預制構件到達指定位置之后,可以安裝預制外墻,施工單位提前預埋好控制螺栓,確保其標高具備精準性,然后結合斜撐合理調整預制外墻的垂直度以及位置。另外,在構件吊裝的過程中,也可以通過可視化模型,判斷具體的吊裝結構和吊裝方式(見圖2),避免出現脫落等問題。該種類型的施工工序還包含了鋼筋綁扎、防滲漏施工等,結合具體的施工需求,依托BIM 平臺進行工序分析,做好施工過程的各項信息數據的提取和更新,能夠快速掌握施工進度,做好施工現場的應急調控和處理,從而提高裝配式施工的整體施工質量。

圖2 預制構件吊裝模擬

3 結語

綜上所述,在當前的建筑體系發展環境下,依托信息技術打造高質量的施工管控體系至關重要,筆者通過實際工程在裝配式工程中的應用重點以及價值。以此來作為BIM 技術的工程推廣依據,同時也可以為我國裝配式建筑的施工和發展提供良好保障。