陳先軍

（阜陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 阜陽(yáng) 236031）

中國(guó)當(dāng)前的建筑行業(yè)仍然主要為傳統(tǒng)的建筑方式，嚴(yán)重浪費(fèi)了建筑材料和人力資源，且對(duì)環(huán)境的污染也非常嚴(yán)重，阻礙了中國(guó)的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展［1］。為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)和資源的良性發(fā)展，中國(guó)正在推行環(huán)保的裝配式建筑，目前裝配式建筑已經(jīng)成為中國(guó)“十三五”期間的重要戰(zhàn)略之一［2］。裝配式建筑材料在生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)受到生產(chǎn)工人能力的影響，造成各個(gè)廠家生產(chǎn)的質(zhì)量各不相同，從而影響到整個(gè)建筑的質(zhì)量；同時(shí)，裝配式建筑存在施工機(jī)械化程度高、吊裝工藝難、構(gòu)件拆分復(fù)雜、施工管理能力差等問(wèn)題，這些問(wèn)題也影響著裝配式建筑的發(fā)展［3］。目前，BIM 虛擬建模技術(shù)在國(guó)內(nèi)逐漸被應(yīng)用，通過(guò)BIM 構(gòu)建裝配式建筑的3D 模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行裝配式建筑的拆分和優(yōu)化設(shè)計(jì)［4］。但怎樣才能將BIM 技術(shù)有效協(xié)調(diào)裝配式建筑施工過(guò)程，提升施工效率，已成為建筑領(lǐng)域中一大熱點(diǎn)話題。本研究對(duì)裝配式建筑施工效率管理問(wèn)題，介紹了BIM 技術(shù)在裝配式建筑過(guò)程中各個(gè)階段中的應(yīng)用，旨在為裝配式建筑施工提供一定借鑒和參考。

1 BIM 在建筑施工中的應(yīng)用

1.1 BIM 在施工平面布置中的應(yīng)用

在布置施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，要以實(shí)際施工區(qū)域的情況作為基礎(chǔ)，通過(guò)BIM 模擬方法構(gòu)建科學(xué)合理的平面布置模型方案。有效利用區(qū)域內(nèi)能夠利用的空間，如構(gòu)件的運(yùn)輸路線、存放位置、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的調(diào)動(dòng)，以防止重復(fù)運(yùn)輸，一次性滿足現(xiàn)場(chǎng)的施工要求［5］。通過(guò)BIM 技術(shù)對(duì)3D 立體規(guī)劃方案進(jìn)行構(gòu)建，能夠有效體現(xiàn)出施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，從而進(jìn)行科學(xué)的布局，避免吊裝碰撞等事故的發(fā)生。施工平面布置需要遵循原則：一是合理布置場(chǎng)地中設(shè)施，以滿足施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際所需，合理調(diào)配勞動(dòng)力、設(shè)備和施工材料；二是統(tǒng)籌優(yōu)化生活區(qū)、施工區(qū)布置；三是合理規(guī)劃現(xiàn)場(chǎng)路線，滿足PC 構(gòu)件施工特點(diǎn)；四是合理布局塔吊。結(jié)合BIM 技術(shù)和平面圖，構(gòu)建出施工區(qū)域的地形、設(shè)備、建筑、材料放置區(qū)域、臨時(shí)水電、臨時(shí)道路以及生活辦公區(qū)域的建模，充分考慮設(shè)備的布置，避免塔吊等設(shè)備發(fā)生碰撞，具體的施工平面布置的流程見(jiàn)圖1。

圖1 BIM 技術(shù)應(yīng)用于施工平面布置的流程圖

傳統(tǒng)的CAD 場(chǎng)地布置圖無(wú)法展現(xiàn)出完整的模擬效果，施工中存在的不當(dāng)之處也難以被發(fā)現(xiàn)［6］。應(yīng)用BIM 虛擬建模技術(shù)能夠直觀展示各個(gè)區(qū)域之間存在的關(guān)系，同時(shí)也能顯示施工材料在各時(shí)間段的運(yùn)輸路線與存放區(qū)域，有效防止塔吊等設(shè)備之間的碰撞，提升現(xiàn)場(chǎng)施工的效率。

1.2 BIM 技術(shù)應(yīng)用于施工質(zhì)量、安全質(zhì)量及進(jìn)度的管理

1.2.1 施工質(zhì)量管理

在施工質(zhì)量管理中，BIM 能夠根據(jù)施工的流程、工序轉(zhuǎn)換、質(zhì)量缺陷以及驗(yàn)收等要求，將工程現(xiàn)場(chǎng)情況和模型進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)找出施工中存在質(zhì)量及安全隱患問(wèn)題，并提出質(zhì)量管控措施，提升施工質(zhì)量管理效率，完成施工質(zhì)量管理目標(biāo)［7］。傳統(tǒng)的圖紙會(huì)審只會(huì)對(duì)圖紙中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題來(lái)研究，而應(yīng)用BIM 可以發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的問(wèn)題，進(jìn)一步提升圖紙會(huì)審的準(zhǔn)確度。各個(gè)專業(yè)方向的人員根據(jù)圖紙構(gòu)建相關(guān)的BIM 模型，最后再整合所有的模型，找出設(shè)計(jì)各個(gè)方向的圖紙中的矛盾之處，同時(shí)提出修改意見(jiàn)，達(dá)到了提升工作效率的目的。BIM 虛擬建模使得施工技術(shù)交底形式突破了傳統(tǒng)僅依靠平面圖紙交底的形式，使得工作人員能夠通過(guò)模型直觀地了解施工節(jié)點(diǎn)的要求，防止因交流問(wèn)題而造成交底不清的問(wèn)題出現(xiàn)，有效提升了交底工作的效率。在構(gòu)件生產(chǎn)之前，應(yīng)用BIM 技術(shù)找出項(xiàng)目中存在的質(zhì)量隱患，并改進(jìn)預(yù)制構(gòu)件的轉(zhuǎn)配流程，自行構(gòu)建廠家生產(chǎn)的BIM 模型，確保構(gòu)件規(guī)格尺寸和質(zhì)量符合施工要求；在構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)用BIM 技術(shù)放置構(gòu)件的RFID 標(biāo)簽，并在BIM 模型中輸入標(biāo)簽信息，幫助現(xiàn)場(chǎng)工作人員了解進(jìn)場(chǎng)PC 構(gòu)件的質(zhì)量。

PC 構(gòu)建的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案是基于BIM 技術(shù)的立體可視化的演示，并對(duì)3D 信息模型進(jìn)行了構(gòu)建，模擬構(gòu)件的安裝過(guò)程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題并更正，提出的構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案必須滿足項(xiàng)目的安裝要求［8］。本研究的控制點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案包括了構(gòu)件運(yùn)輸優(yōu)化、構(gòu)件吊裝順序、構(gòu)件節(jié)點(diǎn)、洞口預(yù)留、預(yù)埋件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到施工便利的目的。見(jiàn)表1。

表1 構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

1.2.2 安全質(zhì)量管理

在裝配式建筑項(xiàng)目安全質(zhì)量管理中引入BIM技術(shù)，并比較施工模型與施工信息。在裝配式安全管控中，采用BIM 技術(shù)構(gòu)建施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制點(diǎn)、危險(xiǎn)施工部位以及關(guān)鍵環(huán)節(jié)的模型，可有效防止事故的發(fā)生，同時(shí)應(yīng)用3D 模型來(lái)提前展示各施工環(huán)節(jié)的安全隱患［9］。隨著施工進(jìn)度的推進(jìn)，實(shí)時(shí)展現(xiàn)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。由于裝配式施工中的安全隱患多且分散，施工方可通過(guò)BIM 可視化模擬，找出工程中存在的諸多安全隱患，如基坑坍塌、高空跌落、吊裝碰撞等一系列的風(fēng)險(xiǎn)因素，并過(guò)段采用有效的安全措施來(lái)應(yīng)對(duì)各種潛在風(fēng)險(xiǎn)。

構(gòu)建了BIM 安全模型后，還需要對(duì)安全設(shè)施族庫(kù)進(jìn)行構(gòu)建，實(shí)例參數(shù)選擇為安全參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)安全設(shè)施的可視化展示，具體的流程為：新建→選擇族樣板→設(shè)定族參數(shù)及類別→載入嵌套族→構(gòu)建族類型參數(shù)→創(chuàng)建實(shí)體→增加參數(shù)信息。本研究以鋼筋加工防護(hù)棚為例，將通用族選擇為鋼筋加工防護(hù)棚族，其中防護(hù)棚主要包含了防護(hù)棚頂、基座以及鋼架，主要的參數(shù)有尺寸標(biāo)注、材質(zhì)、裝飾以及標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)，應(yīng)用BIM 軟件修改優(yōu)化各個(gè)參數(shù)。優(yōu)化后的安全設(shè)施模型，見(jiàn)圖2。

圖2 安全設(shè)施模型圖

各個(gè)參建單位可通過(guò)BIM 技術(shù)直觀地看到項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)控制點(diǎn)，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)程度來(lái)確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并按照風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)采取相應(yīng)的措施指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，主要流程為：現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)源識(shí)別→組織風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估→確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)→風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防與控制。

1.2.3 施工進(jìn)度管理

在BIM 中進(jìn)行施工進(jìn)度管理，進(jìn)度計(jì)劃編制最為便捷直觀的方法為Project，Naviswork 軟件中Timeliner 方法是能夠更好地模擬現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度［10］。BIM 技術(shù)可以有效整合模型，防控工期影響因素，把控施工進(jìn)度。編制基于BIM 的施工進(jìn)度計(jì)劃的流程為：首先工程人員應(yīng)用Project 對(duì)進(jìn)度計(jì)劃（BIM 格式）進(jìn)行編制，通過(guò)Naviswork 軟件把編制好的文件導(dǎo)入BIM，將模型集合至各個(gè)構(gòu)件上，在運(yùn)行BIM 模型模擬工程的進(jìn)度情況。最終的交付成果包含BIM 模型、模擬視頻、進(jìn)度計(jì)劃、協(xié)調(diào)資料等，進(jìn)度計(jì)劃與模型關(guān)聯(lián)如圖3 所示。

圖3 進(jìn)度計(jì)劃與模型關(guān)聯(lián)

2 BIM 虛擬建模技術(shù)在裝配式建筑施工中實(shí)例分析

2.1 裝配式建筑項(xiàng)目概況及BIM 虛擬建模

本研究以某樓盤(pán)開(kāi)發(fā)為實(shí)例，該樓盤(pán)屬于裝配式產(chǎn)業(yè)化高層住宅樓，為城市典型住宅樓建筑群。工程共包括了20 個(gè)單元，建筑面積約257326 m2，5F 以下和以上分別為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)層和裝配式結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層。PC 構(gòu)件包括疊合梁板、預(yù)制內(nèi)隔墻、預(yù)制剪力墻。防火分類為高層I 類，等級(jí)為一級(jí)防火；使用年限設(shè)計(jì)為50 年；人防工程類別為甲類；抗力級(jí)別為核六級(jí)人防。項(xiàng)目存在難點(diǎn)較多，一是各專業(yè)之間較差施工，協(xié)調(diào)難度大；二是機(jī)電系統(tǒng)復(fù)雜，吊裝施工、管線優(yōu)化難度大；三是PC 構(gòu)件安裝精度、套筒節(jié)點(diǎn)注漿要求過(guò)高；四是需要嚴(yán)格把控BIM 模擬的準(zhǔn)確度；五是項(xiàng)目工程規(guī)模大，工期非常緊張；六是工管理協(xié)調(diào)存在非常大的難度。

通過(guò)以上分析，本研究應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目的過(guò)程控制與優(yōu)化。首先應(yīng)用Revit 構(gòu)建族庫(kù)，按照構(gòu)建的實(shí)際尺寸建立PC 族類，并依據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)建立PC 構(gòu)件的構(gòu)件庫(kù)。通常，裝配式構(gòu)件類型較多，包括疊合板、疊合梁、外墻板、內(nèi)墻板、剪力墻版等。通過(guò)設(shè)計(jì)圖紙的參數(shù)在Revit 軟件中構(gòu)建BIM 模型，見(jiàn)圖4。

圖4 裝配式建筑模型

2.2 施工效率管理實(shí)例分析

2.2.1 施工平面布置

應(yīng)用Revit 軟件進(jìn)行地形設(shè)置，對(duì)室外倒排管線、主體結(jié)構(gòu)、地庫(kù)頂?shù)臉?biāo)高布置垂直運(yùn)輸機(jī)械；再根據(jù)施工實(shí)際情況構(gòu)建出安全設(shè)施族庫(kù)，確保各族庫(kù)規(guī)格統(tǒng)一，加強(qiáng)布局效果；接著再重點(diǎn)關(guān)注構(gòu)件的數(shù)量、重量、模板以及混凝土用量，以及材料設(shè)備的運(yùn)輸情況，結(jié)合項(xiàng)目施工總平面圖布置圖，應(yīng)用BIM 技術(shù)對(duì)圍墻、臨時(shí)道路、人貨電梯位置、塔吊布置、構(gòu)件堆放地等進(jìn)行3D 建模。應(yīng)用啟用剖分法動(dòng)態(tài)管理施工過(guò)程，如對(duì)地下車庫(kù)的構(gòu)件及管線材質(zhì)進(jìn)行了構(gòu)建，并通過(guò)Navisworks對(duì)地下車庫(kù)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行瀏覽。施工總平面布置模型及BIM 動(dòng)態(tài)管理圖見(jiàn)圖5。

圖5 施工總平面布置模型及BIM 動(dòng)態(tài)管理圖

其中，本項(xiàng)目為確保吊裝能力，為各個(gè)單體均配置了塔吊（QTZ6518）一臺(tái)，反復(fù)檢查塔吊旋轉(zhuǎn)半徑是否能夠重疊使用。在進(jìn)行PC 構(gòu)件運(yùn)輸路線布置時(shí)，充分考慮了周邊線路，應(yīng)用專業(yè)的固定架，避免構(gòu)件搖晃發(fā)生碰撞損壞等現(xiàn)象。通過(guò)BIM 建模后，充分分析臨時(shí)道路的轉(zhuǎn)彎半徑、坡度及寬度。

2.2.2 施工質(zhì)量、安全及進(jìn)度管理

應(yīng)用BIM 進(jìn)行項(xiàng)目的建模工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目圖紙中存在的不合理之處，及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，使得吊裝方案能夠滿足項(xiàng)目實(shí)際需求。接著進(jìn)行了碰撞檢查，通過(guò)Revit 整合各個(gè)專業(yè)構(gòu)建的模型，并由Navisworks 對(duì)模型進(jìn)行碰撞試驗(yàn)的檢查，找出模型之間的碰撞部位及數(shù)量。碰撞實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括了橋架與風(fēng)管、疊合連梁縱筋與現(xiàn)澆暗柱縱向鋼筋、鋼筋與構(gòu)件、管線之間的碰撞，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)院，再將修改后的圖紙進(jìn)行建模優(yōu)化，直到完全消除碰撞點(diǎn)為止。例如，橋架和風(fēng)管的碰撞模擬圖，如圖6 所示。結(jié)果顯示，結(jié)合圖紙建模能夠更好地進(jìn)行施工模擬演示，了解施工重難點(diǎn)，確保施工質(zhì)量。

圖6 橋架和風(fēng)管的碰撞模擬圖

本項(xiàng)目針對(duì)施工安全問(wèn)題，應(yīng)用BIM 技術(shù)對(duì)3D 漫游及工人進(jìn)行技術(shù)交底，并在模擬環(huán)境中尋找安全隱患重點(diǎn)位置，并在后期的施工過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注。此外，應(yīng)用成品支撐架確保墻板的穩(wěn)定，應(yīng)用BIM 技術(shù)模擬調(diào)整構(gòu)件的垂直度，保障了構(gòu)件的安裝精度，提升墻板斜支撐位置的合理性。

對(duì)施工進(jìn)度的管理而言，本項(xiàng)目采用Project編制了mpp 進(jìn)度計(jì)劃文件，并將文件導(dǎo)入Navisw-orks 的Timeliner 中，生成四維施工進(jìn)度模型。后期隨著裝配式吊裝工程的進(jìn)展，Timeliner 將自動(dòng)調(diào)整模型信息，以便對(duì)項(xiàng)目的進(jìn)度進(jìn)行分析。施工進(jìn)度模擬圖，如圖7 所示。

圖7 施工進(jìn)度模擬圖

2.2.3 施工模擬

在Navisworks 中導(dǎo)入Revit 模型，并在構(gòu)建的三維模型中導(dǎo)入時(shí)間維度得到四維模型，再加入成本參數(shù)得到五維模型。本研究通過(guò)BIM 模擬吊裝施工，并及時(shí)找出PC 構(gòu)件安裝中存在的問(wèn)題，并采取了相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，在吊裝前進(jìn)行了基于BIM 技術(shù)的3D 可視化技術(shù)交底。PC 構(gòu)件安裝演示圖，見(jiàn)圖8。

圖8 PC 構(gòu)件安裝演示圖

3 結(jié)論

研究針對(duì)裝配式建筑施工，應(yīng)用了BIM 虛擬建模技術(shù)分析了裝配式建筑施工效率管理問(wèn)題。結(jié)果顯示，結(jié)合圖紙建模能夠更好地進(jìn)行BIM 施工模擬演示，了解施工重難點(diǎn)，確保施工質(zhì)量；應(yīng)用BIM 技術(shù)模擬調(diào)整構(gòu)件的垂直度，保障了構(gòu)件的安裝精度，提升了墻板斜支撐位置的合理性；四維施工進(jìn)度模型方便了對(duì)項(xiàng)目的進(jìn)度進(jìn)行分析，加快了PC 構(gòu)件的堆放周轉(zhuǎn)，提升了施工的效率，確保項(xiàng)目能夠按照計(jì)劃進(jìn)行；應(yīng)用BIM 進(jìn)行吊裝施工模擬，能夠及時(shí)找出存在的問(wèn)題，在吊裝前進(jìn)行基于BIM 技術(shù)的3D 可視化技術(shù)交底，對(duì)后期的實(shí)際施工具有指導(dǎo)意義。