BIM正向设计下EPC在装配式建筑项目中的实施建议

翁柳青

(黎明职业大学 土木建筑工程学院，福建 泉州362000)

EPC模式是国际通行的建设项目组织实施方式。目前我国正大力推进装配式建筑，促进产业转型升级，EPC能够较好适用该类项目。叶明与易弘蕾〔1〕认为，将EPC模式应用于装配式建筑中有利于创建高效管理体系，便于推进装配式建筑产业转型升级，实现建筑工业化。岑岩〔2〕将传统建筑业管理模式与EPC模式进行比较，指出EPC是促进装配式建筑大力发展的有效手段，有必要进行全面推广应用。《关于大力发展装配式建筑的指导意见》〔3〕从招标要求、责任主体、管理机制、实现途径等几个方面指明EPC模式推行发展路径。叶浩文等〔4〕认为，目前EPC模式在装配式建筑项目应用上管理流程未成熟，责权分配机制未完善，应健全监管机制，创新管理模式。刘贵文与郭攀〔5〕分析EPC模式在装配式建筑应用中制度与市场层面的障碍，并给出政策优惠及产业联盟组建的建议。卫世全等〔6〕分析了EPC模式在装配式中应用的管理组织架构，认为应以设计管理进行统筹协调，控制项目管理思路、流程、人员、成本等。尤其，对于国际EPC项目来说，控制好设计进度、质量、优化变更等是项目顺利建设的关键〔7〕，有助于国际总承包商凭借先进的管理经验、技术水平和设备制造能力，快速高效、优质保量、经济合理的完成拟建设项目。孙晖〔8〕分析了EPC模式与装配式建筑技术在设计阶段、采购阶段、施工阶段的结合方法。周萌强〔9〕提出只有EPC项目工程设计与施工深度融合，方能有效减少项目建造工作量。赵鹏等〔10〕强调EPC模式在装配式建筑项目中的应用应以设计为主导， 提出依托基于Revit的信息化软件建立相关模型，引入正向设计方法，便于PC构件生产与施工的精确化，以便于控制项目质量与进度。宋树波〔11〕等认为基于Revit的BIM正向设计用于工程项目可靠，但仍存在细节问题。以下将分析并提出BIM正向设计背景下EPC在装配式建筑项目中的实施建议。

1 BIM正向设计优劣

装配式建筑EPC项目的建筑、结构、机电及其他设计应协同进行BIM设计，尤其采用BIM正向设计，摒弃先出CAD图后翻模的逆向思维，先进行BIM模型设计再出施工图。

1.1 优势

建筑、结构、机电模型一体，各专业联动优化设计方案，装配式构件拆分模型与结构设计模型联动，PC构件深化图纸与拆分模型联动，提高构件加工图绘制效率，便于设计方与构件加工厂、施工单位协同修改PC构件拆分及构件加工图设计方案，促进PC构件的高精度生产及现场装配，确保项目PC构件连接质量可靠，等同现浇。

1.2 不足

但由于BIM正向设计软件GS-revit不够成熟，仍存在一部分细节问题。revit并没有结构设计分析功能，导致与GSCAD软件数据互导存在一定的问题，如结构荷载数据误差；基于Revit的正向设计对于计算机设备要求较高，而装配式建筑项目因拆分导致结构与非结构构件较多，一定程度上影响软件运行与设计效率；GS-revit软件总体信息菜单与revit自带的属性窗口均可设置构件材料属性，逻辑关系不够明确。此背景下装配式建筑EPC项目需构建适应的项目组织架构，提升项目技术管控和信息化管理。

2 项目组织架构

装配式建筑EPC项目组织应充分利用BIM正向设计优势，坚持设计先导，部门协同，促进项目多环节的深度联系与合理分工。

2.1 设计先导

项目设计直接影响装配式建筑项目的拆分方案、部件生产、构件运输、场地布置、现场装配、信息化管理、成本控制等，设计是核心竞争力，项目建造应坚持设计先导。设计人员不仅要对设计阶段负责，应在项目投标阶段介入。设计人员、勘察人员、投标人员联动，以产品化思维优化项目设计，例如结合现场勘察资料优化基础形式，降低项目建造成本。

2.2 部门协同

将PC构件生产技术与施工建造经验融入设计环节，结合BIM正向设计研发，创新设计方案，提升差异化竞争力。设计负责人应与BIM技术研发负责人、勘察负责人、施工负责人、商务经理、生产经理共同研讨项目的建筑设计、结构设计、机电设计、BIM深化设计方案，提升标准化设计水平，减少PC构件种类，便于构件生产、运输、现场装配，缩短项目工期，提升效益。预制构件生产与项目施工应接受安全管理部和质量管理部的监督，确保PC构件精细化生产和装配。

2.3 团队组织架构

由此，装配式建筑EPC项目团队组织应包含BIM技术研发负责人、投标负责人、勘察负责人、设计负责人、商务经理、生产经理、施工负责人、安全总监、质量总监、项目书记及下属部门如图1所示，在坚持设计先导，部门协同的基础上协作完成装配式建筑EPC项目的建造任务。

图1 EPC项目团队组织架构

3 项目交叉管控

装配式建筑EPC项目应避免设计、生产、施工脱节，将项目建造全过程连接为一体，各环节应加强交叉管控，确保项目设计、PC生产、施工的稳妥衔接。

3.1 设计管控

装配式建筑项目设计包含技术策划、方案设计、初步设计、施工图设计、构件加工图设计，较为复杂。设计方应具有产品化思维，对项目建造的设计、采购、施工负责，在充分发挥先导作用的同时协调采购、生产、施工，优化设计，实现标准化、模块化、一体化、精细化设计，并与各专业达成对BIM正向设计软件应用的统一意见，以便BIM协同模型的信息能在各建造环节被准确读取和应用。

在技术策划阶段，应根据项目定位与装配式率目标制定项目策划。各专业协同确定建筑结构体系及基础形式、建筑内装体系、设备管线布置方案，根据标准化、模块化、一体化的设计原则，协同建立装配式PC构件和部品的信息库，统筹制定合理的BIM设计方案。例如在常见的装配式住宅项目中，应策划以面积区分的标准化套型模块来组装各标准层，完成建筑、结构、机电的BIM模块组合，提升PC构件及内装部件的标准化程度，便于PC构件生产和现场装配。

在方案设计阶段，设计方根据技术策划要求进行标准化、模块化设计，并根据项目预制率、装配率目标设定预制构件范围和类型。预制率、装配率要求高，则主体结构、围护墙、内隔墙应尽量选择预制，甚至选择全装配装修。而预制率及装配率要求较低时，可选择水平构件进行预制。其中常见的叠合板预制范围应首选非有水房间，再选空调板、有水房间及电梯前室。但最终应根据预制厂预制水平及施工方的装配效率综合确定预制的构件类型及范围。此外，总平面图设计应协同生产方和施工方预先考虑PC构件运输、存放、吊装要求。

在初步设计阶段与施工图设计阶段，鉴于BIM正向设计计算分析不够成熟，应对正向设计分析数据与结果进行验证与比较，或选择相对保守的设计方案，确保设计的安全性。并应与PC生产、施工方协同考虑PC构件标准化拆分需要，优化建筑、结构等设计方案，完成BIM结构模型的标准化拆分。例如在最常见的装配式叠合楼板拆分环节，应与构件加工厂协商选择模数化或等分拆分，还应根据PC构件生产及运输控制要求，确定板块拆分宽度，优化拆分方案，便于PC构件生产、运输。此外，与施工单位协商构件吊装重量控制要求，确定复杂或较大构件的拆分方案。PC构件拆分均在BIM正向设计模型上进行，拆分模型与建筑、结构模型联动，便于之后的水暖电布设及预埋。

在构件加工图设计阶段，应进行钢筋布设、碰撞检查、预埋件预埋。钢筋碰撞在PC加工图设计中较为常见，而不同设计人员有不同的调整方式，目前尚未有相关的调整标准，由此可能导致同类PC构件并非完全标准化设计，而是存在钢筋布设细小差异，严重影响PC生产及装配。因此，设计方应与与PC构件厂、施工单位协调钢筋碰撞调整方案和预留预埋精度要求，再进行构件吊装验算，确保PC构件安全生产和装配。

3.2 PC生产管控

预制构件加工厂应在项目设计阶段提前介入，向设计方和施工方说明PC构件生产质量管理体系，PC构件生产工艺、技术保证措施、模台尺寸、起重资料等，协助设计方标准化拆分PC构件，并根据PC构件加工图、结构拆分施工模型、行业与国家标准精准生产构件，制定各类构件制作技术方案，如套筒灌浆接头抗拉强度试验、预埋件及预留孔内模固定、机电设备管线等固定、构件脱模-翻转-装卸技术、构件编码标识设计与植入方案等，为构件生产常态化管理奠定基础，并提交给设计与施工方，便于标准化设计及精细化施工。

3.3 施工管控

在项目的前期阶段，充分考虑PC构件运输及临时堆放需要做好施工场地初步布设，为项目的方案策划提供参考。根据现场施工、资源保障情况协助设计部对装配式建筑项目的构件拆分及深化设计进行优化，并提出结构施工图、构件加工图审图要求及建议。向PC构件厂提出PC构件、预留孔、预埋件、芯片植入等生产精度及要求。在施工阶段，做好施工进度、质量、安全管理。

4 信息化协同应用

装配式建筑EPC项目还需PC构件数字化生产、BIM施工模拟、智慧平台管理协同应用，方能与项目的BIM正向设计有效衔接，促进项目的全过程建造。

4.1 数字化生产

引入PCMES数字化生产管理系统和3D可视化技术，通过云端数据、任务驱动，促进PC构件自动化生产，避免信息孤岛，降低制造成本，提升生产质量。将BIM一体化模型导出的PC构件信息导入自动化生产管控端，生成PC构件生产任务清单，以便分类生产。

借助高速移动通讯、无线射频等技术，将正向设计BIM三维构件模型、构件加工图纸、明细表和PC生产信息导入芯片中，芯片植入PC构件，实现信息共享与质量追溯，以便后期PC构件的施工定位、运维管理、质量监测。在较为关键的PC构件中植入加速度、位移传感器等装置，便于后期提取传感器信号，识别结构损伤区域及程度，为项目在工作条件下的健康监测提供依据。

4.2 BIM施工模拟

目前装配式建造经验相对较少，施工人员对于PC构件运输、堆放、吊装、装配、灌浆、辅助处理等不够熟悉，传统书面技术交底无法全面表达建造意图，需进行BIM技术三维可视化交底。

装配式建筑项目场地布置需预留PC构件临时堆放及吊装场地，若场地受限，PC构件堆放场地需多次调整，影响PC运输路线，现场施工较为复杂。因此，需利用BIM技术提前进行场地布置进行策划，模拟运输车辆路线和PC构件支撑方式，如预制墙体斜支撑、叠合板独立支撑排布方式，避免施工过程碰撞，提升施工效率。通过BIM施工模拟可精细化模拟PC构件连接节点构造处理，减少施工碰撞，有利于控制进度时间节点和工期。此外，基于BIM的施工模拟精确提取施工模板、混凝土、钢筋、支撑等工程量信息，形成明细表，便于后期工程决算。

4.3 智慧平台管理

为避免项目建造信息孤岛，数据分散，引入中建科技智慧建造平台，数据集成，促进信息技术与安全保质生产的深度融合，形成数字化、产品化的智能建造模式。智慧建造平台包含设计、采购、生产、施工、运维全过程，各阶段信息交互传递，对施工作业人员实行实名管理，通过物联网技术对施工机械进行监控，并实现施工现场可视化，实现远程现场监督。结合BIM技术，将建筑、结构、拆分、机电信息模型在智慧建造平台上交互流转，便于各专业及PC构件加工厂、施工单位明确项目建造技术要求，提升项目精细化管理。通过大数据分析进行智能预警，数据驱动管理调整、科学决策和指挥调度，提升项目建造质量与进度。

5 结语

BIM正向设计在装配式EPC项目中的应用优势明显，但存在运行效率较低、计算分析误差、构件属性从属关系不明确等问题。由此，装配式建筑EPC项目组织应进行重构，在加强BIM技术研发的基础上坚持设计先导与部门协同，为项目建造多环节的深度联系奠定基础。在项目实施的过程中，项目组织应加强设计各阶段、PC生产、施工环节的交叉管控，形成决策与技术互补。PC生产与施工方应均介入项目设计，协同完成PC构件的标准化拆分，促进PC构件的高效生产及精准装配。此外，项目组织应引入数字化生产管理系统、3D可视化技术、BIM施工模拟技术、智慧管理平台，与BIM正向设计模型配合使用，充分发挥装配式建筑EPC项目的全产业链的优势，为之后的装配式建筑EPC项目建造提供参考，促进装配式建筑产业转型升级。