BIM百科 | BIM技術(shù)在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

【長沙/成都/昆明 · 4月4日】柏慕聯(lián)創(chuàng)BIM技能實戰(zhàn)訓(xùn)練營開始報名

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摘要：馬駒橋公租房裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化施工中，以BIM技術(shù)為支持，重點解決施工過程中由于對施工指導(dǎo)不足導(dǎo)致的返工、高能耗與勞動力浪費等問題。通過BIM技術(shù)模擬，將CSI構(gòu)件進行組裝、排序，預(yù)測可能出現(xiàn)的問題，提前制訂解決方案，并在深化設(shè)計中控制裝配式構(gòu)件的預(yù)留預(yù)埋問題，為現(xiàn)場拼裝創(chuàng)造了條件。

馬駒橋物流B東地塊公租房項目住宅結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)體系中，預(yù)制構(gòu)件有疊合樓板、疊合陽臺板、空調(diào)機擱板、樓梯梯段、夾心保溫外墻板、內(nèi)墻板、女兒墻板、PCF板、裝飾板等。

采用BIM技術(shù)的主要目的是解決因設(shè)計、施工、構(gòu)件加工對接不足造成的能源、資源浪費。通過建立BIM技術(shù)的參數(shù)化構(gòu)件族，深化施工模型的設(shè)計，利用三維施工模擬、提取構(gòu)件工程信息等手段，將裝配式產(chǎn)業(yè)化工程從現(xiàn)場粗放的“土建工程”轉(zhuǎn)變?yōu)榧氈碌摹鞍惭b工程”，在建造過程中，體現(xiàn)其縮短工期、合理利用勞動力、提高工程質(zhì)量、降低能耗和控制成本等優(yōu)勢。

本工程施工過程中，充分發(fā)揮了BIM參數(shù)化優(yōu)勢建立高精度符合模數(shù)要求的族模型，分析、測算構(gòu)件指標(biāo)含量，提供工程過程結(jié)算依據(jù)；將設(shè)計及施工意圖引入BIM應(yīng)用，使施工更完美的地實現(xiàn)設(shè)計藍圖（如預(yù)設(shè)塔式起重機錨固點等），提高工程質(zhì)量；利用BIM可視化的特點，充分論證裝配式構(gòu)件安裝與現(xiàn)澆組合的施工方案施工；采用多種軟件綜合應(yīng)用與自主研發(fā)軟件相結(jié)合的BIM軟件策略，輔助工程管理。

1、產(chǎn)業(yè)化施工的難點

1.1 預(yù)制構(gòu)件精細化管理難度大

本工程涉及上百種裝配式構(gòu)件型號且采用結(jié)構(gòu)保溫一體化外墻技術(shù)，施工單位面臨著進場構(gòu)件型號與數(shù)量難以提取、施工現(xiàn)場物資分配碼放難以控制、施工過程中構(gòu)件指標(biāo)含量難以統(tǒng)計等問題，不利于生產(chǎn)管理與成本控制。

1.2 設(shè)計與施工無縫對接難度大

在傳統(tǒng)設(shè)計中，只考慮結(jié)構(gòu)選型及計算，較少思考涉及施工中可能出現(xiàn)的問題。本工程建造過程中，由于建筑物主體和大型機械設(shè)備發(fā)生支撐、錨固等關(guān)系，會導(dǎo)致構(gòu)件修改、返廠、增加構(gòu)造做法等情況，造成人力物力和時間的消耗，增加工程成本。

1.3 專業(yè)化施工能力培養(yǎng)難度大

目前施工單位對裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工尚無經(jīng)驗，專項施工技術(shù)能力不足。采用常規(guī)的技術(shù)交底，對施工及管理人員的培養(yǎng)效率較低，不利于工程質(zhì)量的控制，也不利于建立專業(yè)化施工隊伍。

2、BIM技術(shù)解決方案

2.1 制訂符合本工程的BIM實施標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《企業(yè)級BIM實施標(biāo)準(zhǔn)》制訂《馬駒橋物流B東地塊公租房裝配式混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化項目標(biāo)準(zhǔn)》，在遵循企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，規(guī)定了本工程的BIM實施原則和目標(biāo)、BIM應(yīng)用范圍和軟件的選擇；規(guī)范了裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程的BIM模型標(biāo)準(zhǔn)，如參數(shù)信息要求、建模注意事項及交付定制族的說明、構(gòu)件庫和裝配式混凝土結(jié)構(gòu)知識庫的使用說明等，形成了裝配式混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化工程設(shè)計-施工一體化工作流程。

2.2 建立參數(shù)化構(gòu)件族

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程與常規(guī)現(xiàn)澆混凝土工程的BIM模型存在差異，主要體現(xiàn)為構(gòu)件族的參數(shù)化建立。通過BIM模型，實現(xiàn)構(gòu)件加工圖紙與構(gòu)件模型雙向的參數(shù)化信息連接，包括圖紙編號、構(gòu)件ID碼、物理數(shù)據(jù)、保溫層、鋼筋信息和外架體系預(yù)留孔等。

表1為構(gòu)件參數(shù)統(tǒng)計，表2為構(gòu)件樣式統(tǒng)計。

在創(chuàng)建構(gòu)件族中，發(fā)現(xiàn)族文件在創(chuàng)建混凝土澆筑板時，由于混凝土板為實心板，因綁扎的鋼筋占用了空間（板內(nèi)為空心板），會多出相當(dāng)于鋼筋體積部分的混凝土量，導(dǎo)致板的混凝土用量增加。對此采用參數(shù)化族的方式，通過修改預(yù)留位的參數(shù)信息解決了混凝土、保溫材料等工程量的精確性問題。本工程共建立水平構(gòu)件參數(shù)化族310個，垂直構(gòu)件參數(shù)化族609個。

2.3 構(gòu)件模型管理

采用BIM結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了通過信息管理系統(tǒng)查看模型資料，指導(dǎo)施工人員吊裝定位；實現(xiàn)構(gòu)件參數(shù)屬性查詢，將竣工信息上傳到數(shù)據(jù)庫，做到施工質(zhì)量記錄可追溯（圖1）。

2.4 構(gòu)件模型庫管理

通過建立BIM構(gòu)件，搭建完成了CSI構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)平臺；并通過內(nèi)網(wǎng)/ 外網(wǎng)環(huán)境，實現(xiàn)了快捷的項目管理和對族、組件、模塊的平臺化管理。

構(gòu)件庫創(chuàng)新點包括：（1）系統(tǒng)采用C/S 與B/S 混合結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)Revit嵌入式運用和web遠程使用；（2）系統(tǒng)不僅支持Revit工具還可支持其他文件類型的BIM工具，實現(xiàn)多種軟件CSI構(gòu)件在一個統(tǒng)一平臺集中管理；（3）支持通過上傳新的自定義私有族文件，獲取在一定時間內(nèi)下載公共族或下載一定量族文件的權(quán)限，實現(xiàn)族庫的自我更新。

企業(yè)內(nèi)部BIM實施規(guī)范性族構(gòu)件的統(tǒng)一管理和共享，加快了BIM建模的效率，有利于BIM 的實施推廣。族庫中定額信息的關(guān)聯(lián)和利用，提升了BIM數(shù)據(jù)對施工管理的價值。

2.5 構(gòu)件模族資料管理

（1）PC端：通過CSI構(gòu)件庫中的BIM模型將構(gòu)件的試驗報告、進場外觀檢查和構(gòu)件圖紙等信息相關(guān)聯(lián)，可更好地管理項目，提高施工質(zhì)量、安全水平，把控施工進度。

（2）手機APP端：通過手機端將圖片、視頻、音頻、文字等信息發(fā)送至網(wǎng)頁端指定位置，方便項目部時刻查看并記錄施工進度、質(zhì)量、安全情況；還可將上述信息與圖紙的相關(guān)位置關(guān)聯(lián)，更精準(zhǔn)地把控項目，通過實時語音或視頻對話，快捷地展現(xiàn)施工現(xiàn)場問題，快速查出變更位置，為施工提供便利，也為后期的施工索賠及洽商變更提供依據(jù)。

2.6 構(gòu)件可視化安裝模擬

2.6.1 建立高精度模型，表現(xiàn)各階段構(gòu)件安裝

分離每一個步驟的模型并加以組合，實現(xiàn)用模型反映構(gòu)件安裝過程的不同階段（圖2）。

2.6.2 通過施工過程模擬，論證施工方案

現(xiàn)階段住宅產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏，尚無有效的可指導(dǎo)施工的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（如機械設(shè)備的分配、場地物資的堆放承受能力等）。本工程建造階段，首先遇到一次運輸構(gòu)件施工現(xiàn)場碼放不開；尋找指定安裝構(gòu)件困難；二次搬運增加構(gòu)件破損，損耗大量人力及時間等問題。通過BIM4D預(yù)測施工進度，結(jié)合構(gòu)件廠產(chǎn)能與場地條件控制，可控制構(gòu)件到貨量；通過BIM技術(shù)進行吊裝測算，調(diào)整構(gòu)件的碼放順序和位置；通過BIM模型，依據(jù)塔式起重機工作半徑范圍，統(tǒng)計構(gòu)件型號，模擬驗證構(gòu)件碼放位置的合理性和吊裝順序，合理布置構(gòu)件碼放區(qū)的放置順序（高層構(gòu)件在下，底層構(gòu)件在上）。

2.6.3 模擬構(gòu)件及機械的空間關(guān)系制訂施工方案

通過引入構(gòu)件參數(shù)與人及機械設(shè)備、施工材料的關(guān)系（圖3），可提前發(fā)現(xiàn)問題；通過BIM 技術(shù)管理構(gòu)件進場、堆放與搬運，分離每步驟模型并加以組合，用模型反映構(gòu)件不同階段的安裝過程，模擬構(gòu)件吊裝時與工人的空間關(guān)系，制訂吊裝方案。

2.6.4 構(gòu)件可視化安裝模擬

目前工人對構(gòu)件拼裝順序和三維空間坐標(biāo)準(zhǔn)確性操作尚存在難度，主要表現(xiàn)在：構(gòu)件的鋼筋與現(xiàn)澆部分的鋼筋穿筋節(jié)點不清；安裝垂直構(gòu)件時，工人對垂直構(gòu)件找平及找標(biāo)高缺少數(shù)據(jù)支撐。

對構(gòu)件拼裝順序和三維空間坐標(biāo)準(zhǔn)確性操作有難度的問題，在現(xiàn)場通過三維可視化模擬模板構(gòu)件拼接，實現(xiàn)同類構(gòu)件不同公差的安裝方案。通過質(zhì)檢測量數(shù)據(jù)錄入BIM 模型，實現(xiàn)構(gòu)件還原實際構(gòu)件條件，用于指導(dǎo)選擇安裝方案（圖4），減少了返工率。

2.7 基于BIM 技術(shù)的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)三維技術(shù)交底

一般勞務(wù)隊伍對產(chǎn)業(yè)化施工要求了解不夠，技術(shù)水平不足，可通過借用BIM 技術(shù)模擬施工做法，采用三維演示向勞務(wù)交底，并形成知識庫（圖5）。

2.8 構(gòu)建構(gòu)件質(zhì)量跟蹤平臺

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，質(zhì)量跟蹤平臺在構(gòu)件中設(shè)置RFID芯片。通過追蹤識別芯片關(guān)聯(lián)構(gòu)件庫信息，并2.6.4 構(gòu)件可視化安裝模擬目前工人對構(gòu)件拼裝順序和三維空間坐標(biāo)準(zhǔn)確性操作尚存在難度，主要表現(xiàn)在：構(gòu)件的鋼筋與現(xiàn)澆部分的鋼筋穿筋節(jié)點不清；安裝垂直構(gòu)件時，工人對垂直構(gòu)件找平及找標(biāo)高缺少數(shù)據(jù)支撐。

對構(gòu)件拼裝順序和三維空間坐標(biāo)準(zhǔn)確性操作有難度的問題，在現(xiàn)場通過三維可視化模擬模板構(gòu)件拼接，實現(xiàn)同類構(gòu)件不同公差的安裝方案。通過質(zhì)檢測量數(shù)據(jù)錄入BIM模型，實現(xiàn)構(gòu)件還原實際構(gòu)件條件，用于指導(dǎo)選擇安裝方案（圖4），減少了返工率。

3、應(yīng)用BIM的主要效果

3.1 產(chǎn)業(yè)化建造工期可控，效率提高

本工程設(shè)計方案采用BIM技術(shù)建立標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫，提升了設(shè)計單位、構(gòu)件廠和施工企業(yè)的可視化協(xié)同能力，實現(xiàn)了將生產(chǎn)工藝集中在工業(yè)流水線上，現(xiàn)場以安裝構(gòu)件為主的住宅產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)，避免了建筑材料浪費，可減少人力勞動，增加機械生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，降低建造成本。

通過研究，實現(xiàn)設(shè)計階段對施工階段勞動力的綜合分析，在引用BIM技術(shù)對CSI住宅產(chǎn)業(yè)化虛擬三維模擬建造的過程中引入勞動力、物資和場地的概念，從而提高設(shè)計對施工的指導(dǎo)，減少勞務(wù)選擇風(fēng)險及因設(shè)計不合理而造成的施工進度滯后等問題，可有效控制并縮短工期。

3.2 實現(xiàn)設(shè)計、施工一體化建造

本工程基于BIM的CSI設(shè)計主要特點是精度高，覆蓋設(shè)計、構(gòu)件加工、現(xiàn)場施工等住宅產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，解決了以往住宅設(shè)計圖紙控制寬泛、對現(xiàn)場施工指導(dǎo)性差的問題。通過強化設(shè)計與施工的聯(lián)系，搭建基于BIM技術(shù)預(yù)制裝配式設(shè)計施工一體化協(xié)同平臺。該平臺根據(jù)設(shè)計階段完成的施工圖，搭建預(yù)制裝配式BIM模型，包括構(gòu)件模板圖、預(yù)埋預(yù)留件圖，模型等級定為LOD400等級標(biāo)準(zhǔn)，并進行拆分模擬。根據(jù)設(shè)計階段的BIM成果，完成PC運輸、施工過程中各種工況的相關(guān)深化設(shè)計計算；通過結(jié)構(gòu)計算確定脫模、存放時的吊裝和支撐位置。根據(jù)PC的BIM模型搭建及深化設(shè)計，生成完整的BIM信息模型，形成深化設(shè)計圖紙，用于指導(dǎo)后期生產(chǎn)和施工。

3.3 培養(yǎng)專業(yè)隊伍

目前施工企業(yè)對裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工尚缺少經(jīng)驗，對此現(xiàn)場依據(jù)工程特點和技術(shù)的難易程度選擇不同的技術(shù)交底形式，例如套筒灌漿、疊合板支撐、各種構(gòu)件（外墻板、內(nèi)墻板、疊合板、樓梯等）的吊裝等施工方案通過BIM技術(shù)三維直觀展示，模擬現(xiàn)場構(gòu)件安裝過程和周邊環(huán)境。對勞務(wù)隊伍則采用三維技術(shù)交底，指導(dǎo)工人安裝。交底內(nèi)容明確直觀，方便了施工現(xiàn)場對分包工程質(zhì)量的控制。

本工程采用三維技術(shù)交底的方式，建立了產(chǎn)業(yè)化施工標(biāo)準(zhǔn)，擁有了產(chǎn)業(yè)化設(shè)計施工團隊，培養(yǎng)了專業(yè)化人才，提高了對工程質(zhì)量的控制水平。

4、結(jié)束語

目前，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化工程已在我國逐步發(fā)展起來，建筑產(chǎn)業(yè)化可節(jié)省資源，推動技術(shù)創(chuàng)新，提高建筑品質(zhì)，是建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。BIM技術(shù)的推廣有利于住宅產(chǎn)業(yè)化進程，也是實施住宅產(chǎn)業(yè)化的重要手段。

本工程通過引用BIM技術(shù)以構(gòu)件族為核心使設(shè)計與施工良好銜接，強化了與構(gòu)件廠及業(yè)主的溝通；通過BIM的參數(shù)化與可視化手段模擬各種未知情況，為快速決策提供了支撐；制定符合本項目特點的BIM標(biāo)準(zhǔn)是實施的必要保障；工程經(jīng)驗、施工設(shè)備等信息必須與BIM模型信息相結(jié)合才能有效指導(dǎo)施工；BIM技術(shù)可有效記錄承載知識與經(jīng)驗有助于后續(xù)工作。

參考文獻

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