BIM技術(shù)在裝配式建筑施工中的應(yīng)用

葉王策

安徽省中煤拂曉建設(shè)工程有限公司 安徽 宿州 234000

1 裝配式建筑虛擬施工關(guān)鍵及分析

1.1 裝配式建筑工藝

分析裝配式建筑工藝發(fā)現(xiàn)，此類(lèi)建筑主要以工業(yè)化生產(chǎn)方式為主，涵蓋了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、信息化管理和裝配化施工等，和傳統(tǒng)建筑施工相比之下，此類(lèi)建筑集聚節(jié)能、降耗和環(huán)保等功能。在施工的過(guò)程中，需要結(jié)合施工進(jìn)度和構(gòu)建存放需求，將預(yù)制構(gòu)件存放到安裝現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)合吊裝順序，需要吊裝支撐構(gòu)件和外墻板，在此基礎(chǔ)上安裝墻板連接構(gòu)件，完成板縫處理后，再安裝疊合梁，在該吊裝工藝中，需要采用夾具進(jìn)行固定。在內(nèi)墻板構(gòu)件安裝的過(guò)程中，需要結(jié)合固定的編號(hào)進(jìn)行安裝，此后，在剪力墻和柱混凝土澆筑的過(guò)程中，澆筑方法選擇分層澆筑。完成澆筑后，需要分析澆筑強(qiáng)度，滿足強(qiáng)度規(guī)定后，再將模板和斜支撐拆除。為提高構(gòu)件的穩(wěn)定性能，還需優(yōu)化疊合板頂支撐搭設(shè)工藝。完成上述工藝后，需要對(duì)樓面板混凝土進(jìn)行壓光處理和澆搗。

1.2 BIM技術(shù)虛擬施工應(yīng)用

通過(guò)分析虛擬施工的基礎(chǔ)，主要以虛擬環(huán)境為主，借助5D技術(shù)模擬建筑工程施工方案，需要從時(shí)空等多維角度進(jìn)行可視化模擬，項(xiàng)目工程開(kāi)工前，需要分析和模擬復(fù)雜結(jié)構(gòu)的施工方案、技術(shù)等，并借助這種方式來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)進(jìn)行分析，技術(shù)基礎(chǔ)是BIM軟件，在建筑施工全過(guò)程中，需要借助Revit、Navisworks Manage等軟件構(gòu)建模型，同時(shí)還要做好施工模擬。通過(guò)對(duì)機(jī)電、建筑和機(jī)構(gòu)模型進(jìn)行分析，模型構(gòu)建需要利用Revit軟件，完成模型構(gòu)建后，還要對(duì)其性能進(jìn)行分析，有效檢查施工構(gòu)件之間存在的沖突。此外，可以借助該軟件與其他軟件的鏈接作用，滿足數(shù)據(jù)交換處理需求。在BIM技術(shù)中，Navisworks屬于核心部件，可以借助該核心部件來(lái)做模擬仿真和工期優(yōu)化，同時(shí)還能協(xié)調(diào)構(gòu)件之間的沖突，及時(shí)解決潛在問(wèn)題。此外，設(shè)計(jì)者可以借助Simulate和Navisworks Manage來(lái)精確設(shè)計(jì)概念，同時(shí)還需針對(duì)性創(chuàng)建施工進(jìn)度表，采用該表來(lái)準(zhǔn)確反映施工進(jìn)度，施工前，需要展示模擬全過(guò)程，模擬方法可以采用三維動(dòng)態(tài)形式。有效結(jié)合Revit和Navisworks，可以有效融合施工進(jìn)度、虛擬模型構(gòu)建和碰撞檢測(cè)等，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工指導(dǎo)具有重要作用[1]。

2 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工應(yīng)用

某項(xiàng)目建筑面積約69 803.74m2，項(xiàng)目結(jié)構(gòu)整體剪力墻結(jié)構(gòu)。在該項(xiàng)目中，1-4#樓：地下2層為傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，3～12層為裝配式結(jié)構(gòu)；5#樓：地下1層為傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，2～13層為裝配式結(jié)構(gòu)。項(xiàng)目結(jié)構(gòu)主要以剪力墻、凸窗、樓梯、非承重混凝土外墻等為主。

2.1 施工場(chǎng)地布置規(guī)劃

為降低后期施工拆卸率，需要合理規(guī)劃現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)設(shè)施，同時(shí)還需科學(xué)選擇施工機(jī)械。在施工過(guò)程中，需要對(duì)場(chǎng)地、塔吊、二次砌體等進(jìn)行模擬，模擬軟件可以采用Revit軟件，通過(guò)模擬的方式來(lái)滿足施工人員熟悉環(huán)境。同時(shí)，還需要計(jì)算腳手架、臨時(shí)搭建設(shè)施以及砌體等強(qiáng)度和穩(wěn)定性，計(jì)算軟件可以采用Navisworks Manage軟件。

在該項(xiàng)目施工中，為滿足4.5t單個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件吊裝需求，除了5#樓之外，其余項(xiàng)目分別配備1臺(tái)塔吊，以此方式來(lái)保障施工進(jìn)度。借助BIM軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件堆放區(qū)和生活區(qū)等進(jìn)行模擬，此外，需要將二維CAD圖樣導(dǎo)入BIM軟件，有效構(gòu)建加工區(qū)和繪制板房等模型，保障施工場(chǎng)地空間規(guī)劃合理。

2.2 施工進(jìn)度的管理

通過(guò)對(duì)BIM模型結(jié)構(gòu)和項(xiàng)目進(jìn)度進(jìn)行分析，需要借助BIM技術(shù)將二者聯(lián)系起來(lái)，在此基礎(chǔ)上，還需對(duì)制定好的進(jìn)度條進(jìn)行開(kāi)展虛擬建設(shè)，且建設(shè)的過(guò)程中需要借助模型的虛擬功能，建設(shè)環(huán)節(jié)若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，還需修正項(xiàng)目進(jìn)度。通過(guò)對(duì)進(jìn)度條進(jìn)行分析，建設(shè)全過(guò)程虛擬需要采用三維動(dòng)畫(huà)來(lái)展示，若發(fā)現(xiàn)進(jìn)度存在不合理之處，需要及時(shí)糾正，采用這種方式來(lái)規(guī)避材料浪費(fèi)，同時(shí)還能優(yōu)化施工方案。在施工計(jì)劃開(kāi)展中，若多項(xiàng)施工同時(shí)進(jìn)行，需要有效利用每個(gè)施工進(jìn)度計(jì)劃，完成模擬工作后有效獲取能夠滿足需求的進(jìn)度計(jì)劃表。通過(guò)對(duì)比實(shí)際進(jìn)度和計(jì)劃進(jìn)度，若前者進(jìn)度超過(guò)后者，用綠色表示模型條，反之，用紅色表示模型條。

2.3 吊裝技術(shù)分解及施工

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制墻板吊裝施工進(jìn)行分析，該工藝環(huán)節(jié)容易受吊裝順序和操作人員水平等因素的影響，容易產(chǎn)生墻板吊裝軸線和預(yù)留插進(jìn)位置偏差等問(wèn)題。因此，在預(yù)制墻板吊裝中，吊裝順序模擬需要利用Revit軟件，且場(chǎng)景創(chuàng)建還需要使用Animator功能，同時(shí)還要處理選中的集合單元，將其創(chuàng)作成動(dòng)畫(huà)集。對(duì)于吊裝構(gòu)件關(guān)鍵幀而言，還需科學(xué)選取構(gòu)件起點(diǎn)位置，此后再開(kāi)展構(gòu)件起吊，同時(shí)還需捕捉關(guān)鍵位置的關(guān)鍵幀，進(jìn)而科學(xué)設(shè)置吊裝線路。施工時(shí)需要滿足工藝要求，在此工藝環(huán)節(jié)需要起吊預(yù)制板，起吊距板1m處即可，隨后將其緩慢放下，對(duì)于外墻板而言，將其緩慢下放時(shí)需要保證下放孔可以對(duì)齊連接鋼筋，隨后在固定位置緩慢放置預(yù)制板外墻。此時(shí)，需要?jiǎng)?chuàng)建斜支撐與L型連接片動(dòng)畫(huà)集，在該環(huán)節(jié)中，動(dòng)畫(huà)起始點(diǎn)主要選擇選定板就位時(shí)間點(diǎn)作為支撐的起始點(diǎn)，采用重復(fù)的方式來(lái)完成外墻吊裝作業(yè)，直到預(yù)制板外墻吊裝工藝完成即可。

施工現(xiàn)場(chǎng)通常情況下會(huì)受到場(chǎng)地制約，進(jìn)而引發(fā)堆放的構(gòu)件比較緊密，導(dǎo)致吊裝環(huán)節(jié)因疊合板位置出現(xiàn)中心偏移而難以對(duì)準(zhǔn)控制線。安裝第一塊疊合板后，因吊裝線路無(wú)法滿足要求，進(jìn)而使疊合板之間產(chǎn)生碰撞。在疊合板吊裝模擬施工中，可以利用BIM技術(shù)，且在創(chuàng)建預(yù)制疊合板及附屬工具的集合的過(guò)程中，可以在Revit中利用集合管理命令。集合動(dòng)畫(huà)集的創(chuàng)建需要利用Annimator進(jìn)行創(chuàng)建，捕捉關(guān)鍵幀需要有效利用構(gòu)件起點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)位置，通過(guò)這種方式來(lái)設(shè)置出合理的吊裝線路。通過(guò)對(duì)吊裝方案進(jìn)行分析，需要將三腳架以及墊塊裝設(shè)在板下。在板位置調(diào)整時(shí)，需要結(jié)合施工工藝，將板位置調(diào)整至距吊裝為主1.5m處，隨后緩慢放下，同時(shí)還需準(zhǔn)確調(diào)節(jié)疊合板位置，直到吊裝疊合板位置嵌合即可。

2.4 吊裝構(gòu)件碰撞檢測(cè)

吊裝構(gòu)件容易引發(fā)碰撞，因此，需要采取碰撞檢測(cè)措施來(lái)規(guī)避構(gòu)件碰撞問(wèn)題。由于受不同樓層因素的影響，需要采取措施來(lái)劃分各樓層的預(yù)制梁和墻板構(gòu)件，形成同一集合。首先，需要檢測(cè)集合內(nèi)的構(gòu)件，隨后再擴(kuò)展到集合外，并有效選定施工重點(diǎn)，針對(duì)性做好次序檢測(cè)，在施工過(guò)程中，需要結(jié)合相關(guān)步驟存在的碰撞點(diǎn)，進(jìn)而分析是夠需要繼續(xù)細(xì)化。通過(guò)對(duì)碰撞點(diǎn)進(jìn)行分析，可將其分為有效碰撞和無(wú)效碰撞，其中，對(duì)于無(wú)效碰撞而言，可將其定義為構(gòu)件正常搭接或觸碰類(lèi)型的碰撞形式，這種碰撞無(wú)須修正，而有效碰撞主要是指采用孔洞大小調(diào)整或偏移量來(lái)修正碰撞沖突。

以下選取兩組碰撞進(jìn)行分析，一是預(yù)制構(gòu)件與梁內(nèi)貫通筋構(gòu)件碰撞，二是梁內(nèi)貫通筋與箍筋碰撞。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，鋼筋結(jié)構(gòu)與接觸位置預(yù)制構(gòu)件有比較明顯的碰撞，需要修正和處理碰撞鋼筋部分，保持原始位置，再將鋼筋結(jié)構(gòu)向正向偏移5mm，隨后再進(jìn)行1次碰撞檢測(cè)，直到預(yù)制構(gòu)件未與鋼筋碰撞即可，此時(shí)該方案才具有可行性，可以保障鋼筋能夠有效穿越預(yù)制構(gòu)件[2]。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑精益建造中的案例

3.1 設(shè)計(jì)階段

設(shè)計(jì)的科學(xué)性和效率得到了很大的提升。既要滿足需求的個(gè)性化要求，又要確保設(shè)計(jì)的規(guī)范化，并對(duì)目標(biāo)客戶進(jìn)行分析，使其具備與之相適應(yīng)的功能。在這個(gè)階段，平行團(tuán)隊(duì)進(jìn)行溝通、協(xié)作、聯(lián)合設(shè)計(jì)、使用BIM篩選方案，以及對(duì)具體的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行預(yù)估。在BIM平臺(tái)的基礎(chǔ)上，各設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)模型進(jìn)行了綜合，并對(duì)其進(jìn)行了仿真，并對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，使其達(dá)到了預(yù)期的效果。在設(shè)計(jì)階段，工作人員聯(lián)合設(shè)計(jì)，運(yùn)用BIM模型，實(shí)現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)。通過(guò)各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員的協(xié)同設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)方案更具科學(xué)性，滿足了各參建單位的工作需求，降低了設(shè)計(jì)不合理、施工難度大而導(dǎo)致的返工，從而加快了工程進(jìn)度。

3.2 構(gòu)件生產(chǎn)階段

由于本工程所需要的預(yù)制件是在預(yù)制工廠生產(chǎn)和加工后才能運(yùn)送到施工和安裝現(xiàn)場(chǎng)，因此，在產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，精益管理對(duì)工程的整體成本控制起著不可忽視的作用。本項(xiàng)目建立并實(shí)施了準(zhǔn)時(shí)制造系統(tǒng)，并利用BIM平臺(tái)對(duì)裝配過(guò)程中的實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)了解，并根據(jù)需要及時(shí)做出相應(yīng)的調(diào)整。通過(guò)BIM預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化圖庫(kù)，可以獲得構(gòu)件的平面、立面、剖面和詳細(xì)的說(shuō)明，通過(guò)BIM的三維建模，可以將構(gòu)件的全部設(shè)計(jì)參數(shù)顯示出來(lái)，從而為企業(yè)的生產(chǎn)制造提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

3.3 構(gòu)件運(yùn)輸階段

在預(yù)制件工廠完成后，承建方將根據(jù)運(yùn)輸距離、運(yùn)輸環(huán)境、裝卸搬運(yùn)、運(yùn)輸車(chē)輛等因素，確定出主要運(yùn)輸路線和后備運(yùn)輸路線。GIS定位系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)將位置信息傳送到BIM信息管理平臺(tái)。為了避免在運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生碰撞和損壞，在每個(gè)平板車(chē)上都安裝了一個(gè)固定的運(yùn)輸架，并且在運(yùn)輸架、運(yùn)輸架和車(chē)身之間進(jìn)行加固。由于所有的預(yù)制件在出廠之前都會(huì)粘貼上二維碼或者RFID芯片，所以在到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以通過(guò)BIM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。

3.4 吊裝安裝階段

在預(yù)制件吊裝前，利用BIM模型進(jìn)行裝配仿真，以避免由于實(shí)際裝配后的設(shè)計(jì)沖突造成的返工浪費(fèi)。施工企業(yè)可通過(guò)BIM系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握材料的采購(gòu)與安裝進(jìn)度，并對(duì)裝配過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)的查找和糾正。同時(shí)，還需建立一套完整的質(zhì)量管理體系，將技術(shù)要求上傳至BIM平臺(tái)，并設(shè)立領(lǐng)導(dǎo)小組，對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行了監(jiān)督，并采取了多種質(zhì)量控制手段，保證了工程的質(zhì)量。

吊裝總體順序：預(yù)制柱吊裝→預(yù)制主梁吊裝→預(yù)制次梁吊裝→預(yù)制疊合板。構(gòu)件吊具的選擇：預(yù)制樓梯、預(yù)制梁和預(yù)制板采用平衡梁吊具起吊就位。構(gòu)件的起吊點(diǎn)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，保證構(gòu)件能水平起吊，避免磕碰構(gòu)件邊角。構(gòu)件起吊平穩(wěn)后再勻速移動(dòng)吊臂，靠近建筑物后由人工對(duì)中就位。對(duì)于多點(diǎn)起吊構(gòu)件，為保證各點(diǎn)受力均勻，采用動(dòng)滑輪，避免實(shí)際吊裝受力與計(jì)算模型不一致，同時(shí)采用手拉葫蘆進(jìn)行吊裝[3]。

3.5 運(yùn)維階段

在運(yùn)營(yíng)期，要對(duì)已經(jīng)交付的產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)營(yíng)管理，主要是通過(guò)BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的遠(yuǎn)程可視化監(jiān)測(cè)。建立運(yùn)行階段的BIM數(shù)據(jù)庫(kù)，可以查看設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工3個(gè)階段的構(gòu)件、設(shè)備的相關(guān)信息，并對(duì)現(xiàn)有的資料進(jìn)行對(duì)比，找出存在的問(wèn)題，進(jìn)行零件、設(shè)備的維修、人員的記錄。

4 結(jié)束語(yǔ)

裝配式建筑施工可以有效采用虛擬施工技術(shù)，通過(guò)分析該技術(shù)的施工工藝，在建筑場(chǎng)地布置、構(gòu)件吊裝以及碰撞檢測(cè)等環(huán)節(jié)需要使用BIM技術(shù)進(jìn)行虛擬模擬，同時(shí)，還需利用BIM施工進(jìn)度條來(lái)有效展示適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程狀態(tài)，且在場(chǎng)景創(chuàng)建的過(guò)程中，需要利用Animator功能，并借助構(gòu)件關(guān)鍵幀來(lái)確定吊裝線路，滿足構(gòu)件吊裝虛擬作業(yè)開(kāi)展需求。通過(guò)對(duì)碰撞檢測(cè)進(jìn)行分析，該環(huán)節(jié)需要分類(lèi)裝配式類(lèi)型和構(gòu)建形式，并利用集合劃分的方法對(duì)其進(jìn)行劃分，同時(shí)還要分析碰撞點(diǎn)，完成分析后，再?zèng)Q定是否需要繼續(xù)細(xì)化，進(jìn)而滿足構(gòu)件碰撞檢測(cè)需求。因此，在建筑施工中，能夠有效使用BIM虛擬施工技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用能夠?yàn)榻ㄖ┕ぬ峁┘夹g(shù)參考，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)具有重要作用，可以提高項(xiàng)目管理效率、施工質(zhì)量和降低成本。