BIM 技術(shù)在大型裝配式廠房施工中的應(yīng)用

BIM技術(shù)應(yīng)用于大型裝配式廠房建設(shè)中，完成了結(jié)構(gòu)建模、碰撞檢查、工程量計(jì)算、施工方案優(yōu)化、施工進(jìn)度模擬以及項(xiàng)目信息管理等工作。實(shí)踐表明，利用BIM技術(shù)有利于提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙、施工方案、進(jìn)度計(jì)劃中存在的問題，便于提前制定解決方案，實(shí)現(xiàn)控制項(xiàng)目成本、縮短工期和提高建筑質(zhì)量的目標(biāo)。

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工程概況

某裝配式工業(yè)廠房項(xiàng)目位于西安市高新綜合保稅區(qū)內(nèi)，總建筑面積5萬㎡，建筑高度約21m，地下1層，地上2層，施工工期從2017年11月至2019年5月，該項(xiàng)目在國內(nèi)預(yù)制程度較高，采用的預(yù)制構(gòu)件類型包括: 預(yù)制型鋼桁架雙皮墻 ( precast truss wall，簡稱PTW) 、預(yù)制柱、預(yù)制梁、疊合板，而PTW為國內(nèi)首次引進(jìn)。

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項(xiàng)目難點(diǎn)

1、本項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件共2.4萬m3，1647種，6 960件，構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、堆放和現(xiàn)場吊裝管理難度大。

2、預(yù)制構(gòu)件普遍在20t以上，其中最重的預(yù)制 構(gòu)件( 預(yù)制柱) 重32t，塔式起重機(jī)布置和吊裝安全要求高。

3、構(gòu)件中埋件和出筋種類多，空間關(guān)系復(fù)雜， 碰撞檢查工作量大。

為解決上述問題，本項(xiàng)目采用Revit軟件對(duì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件等進(jìn)行建模分析，并對(duì)現(xiàn)場構(gòu)件吊裝順序、塔式起重機(jī)布置進(jìn)行模擬，在降低項(xiàng)目成本、縮短工期和提高建筑質(zhì)量等方面取得了良好效果。

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BIM 技術(shù)應(yīng)用

建模

在項(xiàng)目施工前，根據(jù)業(yè)主提供的二維圖紙，使用 Revit 軟件建立項(xiàng)目結(jié)構(gòu)模型。由于該項(xiàng)目為PC結(jié)構(gòu)，由多種類型構(gòu)件搭建而成，需要先將每種構(gòu)件建成族模型(見圖1) ，再將全部構(gòu)件族導(dǎo)入項(xiàng)目中，搭建項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)模型(見圖2) 。項(xiàng)目模型的深度取決于族構(gòu)件的精度，在建立族構(gòu)件時(shí)，需要對(duì)構(gòu)件尺寸、構(gòu)件外部出筋、預(yù)埋件的尺寸和位置進(jìn)行精確建模。本項(xiàng)目包含預(yù)制柱、預(yù)制梁、疊合板和PTW墻4 種構(gòu)件，其中預(yù)制柱403種，預(yù)制梁294種，疊合板259種，PTW墻403種。

碰撞檢查與優(yōu)化

Revit建模后，將模型導(dǎo)入Navisworks平臺(tái)，進(jìn)行BIM模型的碰撞檢查，主要包括:

1. 對(duì)預(yù)制構(gòu)件內(nèi)部的碰撞檢查，即內(nèi)部鋼筋間的碰撞，鋼筋與預(yù)埋件的碰撞，鋼筋及灌漿套筒與管線接地盒的碰撞等;

2. 預(yù)制構(gòu)件間的碰撞檢查，即預(yù)制柱頂出筋與預(yù)制梁側(cè)面出筋及與對(duì)應(yīng)套筒空腔間的碰撞，不同方向的預(yù)制梁端面出筋間的碰撞等。碰撞檢查完成后，根據(jù)碰撞結(jié)果對(duì)各構(gòu)件進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步優(yōu)化部件間位置，有效減少施工中碰撞問題的發(fā)生。

碰撞類型包括硬碰撞、間隙和重復(fù)項(xiàng)等。硬碰撞指兩個(gè)構(gòu)件實(shí)體間發(fā)生碰撞，這類碰撞問題出現(xiàn)較多，對(duì)工程的影響較大。最小間隙指兩個(gè)構(gòu)件實(shí)體間并未發(fā)生直接碰撞，但兩個(gè)構(gòu)件間的距離小于設(shè)計(jì)規(guī)范要求，從而影響施工活動(dòng)或不能滿足凈空要求。在項(xiàng)目模型進(jìn)行碰撞檢查時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際需要選擇其中一種。在 Navisworks 平臺(tái)的 Clash Detective 模塊添加檢測，進(jìn)行碰撞檢查計(jì)算，檢測完成后自動(dòng)生成檢測報(bào)告。報(bào)告中顯示碰撞名稱、碰撞距離、碰撞位置、碰撞類型、碰撞點(diǎn)、相互碰撞的項(xiàng)目等。根據(jù)碰撞檢查結(jié)果，在模型中找到對(duì)應(yīng)部位，針對(duì)碰撞點(diǎn)進(jìn)行修改，逐一排查修改后再次進(jìn)行復(fù)核碰撞檢查，重復(fù)此過程，直到碰撞結(jié)果顯示“零”為止。

本項(xiàng)目通過BIM模型碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)2層構(gòu)件碰撞共23處。如G /22 -G /24 軸處2個(gè)預(yù)制梁的出筋相互碰撞，B /3 軸處柱上部出筋和梁側(cè)面出筋相互碰撞(見圖3) 。

工程量提取

在Revit 視圖模塊中能夠創(chuàng)建明細(xì)表，根據(jù)計(jì)算需要選擇相應(yīng)類型，生成明細(xì)表。利用明細(xì)表計(jì)算工程量包括2種方式: 族參數(shù)和計(jì)算值。明細(xì)表利用族參數(shù)能夠自動(dòng)統(tǒng)計(jì)構(gòu)件工程量。圖4為利用構(gòu)件族參數(shù)統(tǒng)計(jì)的預(yù)制柱、預(yù)制梁工程量。而計(jì)算值是在族參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)置生成所需計(jì)算的工程量。例如，需要計(jì)算一個(gè)構(gòu)件的重量，通過族參數(shù)自動(dòng)生成構(gòu)件的體積，重量則通過“體積×密度”的計(jì)算值顯示在明細(xì)表中。明細(xì)表統(tǒng)計(jì)工程量是按類別統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果為項(xiàng)目中所有預(yù)制柱、預(yù)制梁、疊合板的總量，如果想要統(tǒng)計(jì)每層的構(gòu)件數(shù)量，可以利用明細(xì)表中的過濾功能進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)。

施工方案優(yōu)化

1.優(yōu)化場地布置

與傳統(tǒng)現(xiàn)澆廠房不同，PC廠房項(xiàng)目體量大，預(yù)制構(gòu)件數(shù)量多，若不提前進(jìn)行策劃，會(huì)造成PC構(gòu)件堆放分區(qū)不規(guī)范，堆場雜亂無章，后期可能造成堆場空間不足，構(gòu)件無處安放等問題。本項(xiàng)目借助BIM技術(shù)，結(jié)合履帶式起重機(jī)規(guī)劃運(yùn)輸交通路線，對(duì)堆場構(gòu)件布置進(jìn)行優(yōu)化(見圖5) ，提高堆場利用率。

PC廠房主體施工以PC構(gòu)件吊裝為核心，塔式起重機(jī)在吊裝過程中至關(guān)重要。本項(xiàng)目布置塔式起重機(jī)數(shù)量較多，采用BIM技術(shù)對(duì)布置方案進(jìn)行模擬，盡量保證項(xiàng)目全部構(gòu)件在塔式起重機(jī)工作范圍內(nèi)，且保證塔式起重機(jī)安裝、拆卸時(shí)履帶式起重機(jī)站位不影響其他作業(yè)施工，不占用交通路線，并以動(dòng)畫形式指導(dǎo)作業(yè)人員進(jìn)行規(guī)范合理操作，指導(dǎo)作業(yè)流程。經(jīng)過BIM 模擬對(duì)比，最終確定設(shè)置7臺(tái)塔式起重機(jī)，如圖6所示。

2.構(gòu)件吊裝仿真模擬

裝配式廠房構(gòu)件數(shù)量多，構(gòu)件吊裝質(zhì)量決定整個(gè)項(xiàng)目質(zhì)量。在正式施工前借助BIM技術(shù)對(duì)構(gòu)件吊裝過程進(jìn)行仿真模擬，再根據(jù)結(jié)果對(duì)吊裝方案和吊裝流程進(jìn)一步優(yōu)化，確保構(gòu)件準(zhǔn)確、高效吊裝。預(yù)制柱模擬吊裝與實(shí)際吊裝對(duì)比如圖7所示。預(yù)制梁兩端均有外部出筋，在柱頂處，4根梁的外部出筋上下錯(cuò)開搭接(見圖8) ，若直接進(jìn)行吊裝，會(huì)因構(gòu)件安裝次序不正確導(dǎo)致返工，造成勞動(dòng)力浪費(fèi)和工期增加。借助BIM模型進(jìn)行安裝模擬，確定正確的安裝次序，與施工人員做好交底，確?，F(xiàn)場安裝一次成功。此外，通過吊裝仿真模擬將吊裝過程中可能存在的安全隱患暴露出來，以便管理人員提前采取預(yù)防措施，避免安全事故。

BIM 信息管理平臺(tái)

本項(xiàng)目包含構(gòu)件種類多、數(shù)量大，為解決構(gòu)件發(fā)貨、接收信息不準(zhǔn)確，構(gòu)件不知所蹤，現(xiàn)場安裝混亂的問題，采用BIM與二維碼相結(jié)合的技術(shù)手段，通過建立BIM信息管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件信息共享，有效避免因個(gè)人錯(cuò)誤導(dǎo)致的信息不準(zhǔn)確，從而有效提高構(gòu)件生產(chǎn)、吊運(yùn)、安裝管理質(zhì)量和效率。

借助BIM技術(shù)確定吊裝順序，從而確定構(gòu)件的生產(chǎn)順序、運(yùn)輸順序、堆放場地等，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件實(shí)時(shí)可視化管理。將三維BIM模型導(dǎo)入BIM信息管理平臺(tái)，每個(gè)構(gòu)件生成一個(gè)二維碼，記錄構(gòu)件的編號(hào)、樓 層、尺寸、生產(chǎn)廠家等信息，構(gòu)件廠生產(chǎn)構(gòu)件時(shí)，直接將二維碼卡片固定在構(gòu)件表面。構(gòu)件吊運(yùn)過程中，構(gòu)件廠根據(jù)二維碼卡片信息記錄發(fā)貨清單，現(xiàn)場人員接收構(gòu)件時(shí)，根據(jù)二維碼信息再次核實(shí)發(fā)貨清單上構(gòu)件編號(hào)，安排構(gòu)件堆放位置并做好記錄。當(dāng)現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)構(gòu)件損壞時(shí)，也能通過二維碼信息確定該構(gòu)件生產(chǎn)廠家，及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)或重新生產(chǎn)，避免影響構(gòu)件正常吊裝。構(gòu)件二維碼卡片能幫助現(xiàn)場施工人員更便捷地完成構(gòu)件定位、吊裝，方便隨時(shí)查詢吊裝構(gòu)件參數(shù)屬性、施工完成質(zhì)量等信息，再將竣工數(shù)據(jù)上傳至項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量記錄可追溯查詢。

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結(jié)語

將BIM技術(shù)引入裝配式廠房項(xiàng)目，為項(xiàng)目帶來以下效益。

1、工期方面

通過對(duì)廠房模型進(jìn)行碰撞檢查，找到模型構(gòu)件之間存在的沖突點(diǎn)，提前解決，避免不必要的返工，縮短工期; 優(yōu)化塔式起重機(jī)布置，減少各塔式起重機(jī)間的干涉，均衡工作量，有利于提高安裝速度，縮短工期; 模擬構(gòu)件吊裝方案，提前確定吊裝次序，保證現(xiàn)場吊裝的順利進(jìn)行，縮短工期。

2、成本方面

利用 BIM 技術(shù)優(yōu)化場地布置，找到最優(yōu)的塔式起重機(jī)布置方案，避免資源浪費(fèi)，從一定程度上降低成本; BIM 自身帶有工程量統(tǒng)計(jì)功能，方便商務(wù)人員對(duì)項(xiàng)目成本進(jìn)行核算，提高工作效率。

3、質(zhì)量方面

通過碰撞檢查，提前發(fā)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，極大地減少了現(xiàn)場拆改工作，提高了工程質(zhì)量。

（編輯：奚雅青）