智慧城市背景下装配式建筑中BIM 技术的智慧建造研究

2021-08-03彭英伟

中国建筑金属结构 2021年7期

彭英伟

1.装配式建筑概述

对于传统的现浇筑建筑施工，装配式建筑施工实现了建筑构件的提前生产，支持构件的灵活组配，相应地建筑生产效率更高，生产周期更短，生产成本把控更理想。但装配式建筑推广中也遇到了工作流程无法以最优化路径持续推进，继而引发建造流程碎片化的问题，又相继产生组织沟通受阻、资源转化率较低、成本控制不理想等系列问题。此外装配式建筑在建造中需要多主体参与，其对应的目标系统更多元，技术难度更高。而基于此，BIM 技术的问世与成功引入，其以精细化的管理理念和综合性的信息数据统筹能力带来连续工作流程的优化，BIM 技术支持数据信息的集成共享[1]，使得装配式建筑中的各类项目信息集成到统一的平台中，支持统一调度。目前装配式建筑自身具有较高的协同性，其已经整合了设计、生产、施工、管理等各要素，BIM 技术则帮助其实现了这些元素的科学统筹，形成既定的云端协同流程。

2.BIM 技术的功能特点

2.1 可视化功能

BIM 技术的可视化主要是构建三维模型，带来二维图纸到三维模型的有效转变，除传统图纸平、立、剖的表达之外，还能够进行三维展示。三维展示也支持建筑构件尺寸信息的详细展示，且展示直观而形象，这意味着项目信息从投资开始到最后竣工运维都支持可视化查看。

2.2 协调性功能

BIM 技术的协调性主要集中在两个方面：一方面进行项目各阶段的协调，基于BIM 技术信息共享平台，实现建设项目投资、决策到设计，再从中标到建筑直到竣工运维等各个阶段的数字化信息的收集；另一方面实现构件空间的协调处理，减少了构件空间布局不合理的风险。

2.3 模拟性功能

BIM 技术的模拟性优势体现为对建筑工程项目全生命周期各阶段有效模拟。其支持建筑各影响要素的综合统筹与分析，支持建筑方案的模拟，且能模拟每天工程进度，同时配套资源与资金使用情况一目了然。

2.4 优化性功能

BIM技术为建设工程项目提供几何、物理、规则等多方面的信息支持，而很多信息是单纯凭借人力无法及时掌握的信息。这些信息的获取能指导项目优化调整，及时发现不合理、不合规范的地方。

3.BIM 技术在装配式建筑中的具体应用

3.1 支持图纸的优化设计

在装配式建筑中，图纸设计是基础性的工作，其与实际生产与产出的装配式构件有着直接关系，生产预制构件的厂家以设计图纸为参考进行构件的批量化生产。预制构件的尺寸精细度要求高，一旦图纸有误往往影响后期的预制构件使用，造成巨大的经济损失。传统的人工图纸设计与分析往往会出现漏算、计算不准等问题，而预制构件数量多、规格差异大的情况下，装配式图纸设计与审核工作量大。在引入BIM 技术后，可以将所有与构件生产相关的参数纳入到BIM 的信息平台上，并且进行自动化的碰撞检查，对各构件参数进行精准分析，BIM 平台支持多主体的协同设计，针对构件设计中存在的参数错误，集体商讨确定最佳的参数。BIM 技术指导建构综合性的三维模型[2]，三维模型中中心文件可以和模型互相连接，也方便其他专业的设计人员查看模型、分析模型，指导设计方案的科学变更等，大大提高了协同设计的效率。

3.2 生产、设计和施工一体化

在BIM 技术的支持下，生产、设计和施工也实现了一体化作业，实现了产业供应链条的缔结成形，使得供应链条上各节点企业协同发展，在信息高度共享与即时交流的过程中提升作业效率，大大缩减了装配式建造成本。具体来说，BIM 技术提供信息管理共享平台，在BIM技软件的并行工程界面可以同步设计构件的生产工艺，明确其安装细节规范，指导其后续运维等，而参数化的BIM 模型支持自动化的检验审核，直到其达标。达标且确定后的预制构件的生产参数会被传输到生产一线，生产商据此制定精细化的生产计划，而构件生产制造开始后，其生产信息也能借助BIM 平台自动转化为生产设备能准确识别的参数，直观显示生产构件的材质、型号、工时等信息，为下一步的构件储运、安装等做准备。而这些设计参数也为后续的构件参数编写提供借鉴。一般来说，装配式建筑涉及的预制构件数量较多，重量大且形状不规则，工地现场储存不理想。而基于BIM 技术的信息管理平台其支持生产、运输与使用的一体化操作，能合理控制构件的生产周期，避免构件生产与施工作业实际匹配不当引发的构件工地堆积额外成本，合理规避相应的储存不当所引发的构件使用风险，也避免了因为构件供应不及时而出现延误工期的问题，使得构件供应、使用匹配更合理。施工企业会根据施工计划和施工进度预估构件数量、类型等，制作采购订单借助共享平台反馈给供应商，生产商则按照订单需要组织安排构件生产，并做好物流运输安排，确保在约定的时间将预制构件运送到施工现场。这种生产、供应及运输的一体化作业模式使得各环节有效衔接，真正实现了智慧化制造与供应。

3.3 装配式构件的精细化质量监管

BIM 技术为装配式构件的精细化质量监督管理提供了技术支持。在装配式建筑施工安装阶段，借助BIM 技术，对其质量进行全方面的审核分析并指导其规范高效安装。以最核心的构件安装为例，其涉及内外墙板的装配及灌浆连接、剪力墙钢筋和板缝的捆扎处理等，这些都会影响到工程质量，需要提前制定涵盖构件进场管理、构件吊装操作手册和构件节点施工工艺规范的质量控制体系[3]，指导装配式建筑安装中的技术交底和质量监管。这些细致性的工作结果会反馈到BIM 信息管理共享平台上，结合施工进度模型和成本控制模型，实现装配式建筑工程项目质量、进度等的综合化管控。

4.BIM 技术支持下的装配式建筑应用案例

位于广东佛山市均安镇鹤峰路1 号的都市经典广场项目中，其借助BIM 技术进行装配式建筑施工，采用预制装配整体式框架-剪力墙建筑结构形式，既提高了项目运作效率，也降低了施工成本，使得施工单位取得了理想的经济回报，本项目的BIM 软件配置见表1。在设计阶段依托BIM 技术，建立信息管理平台，开展协同一体化设计，以标准化户型模块提高项目装配率，对剪力墙、叠合板、叠合梁、预制楼梯等构件信息进行全方面采集，建立预制构件标准化图库，开展协同设计工作，并基于BIM技术的碰撞检查功能，及时发现设计问题，及时调整参数，优化设计。在BIM技术的支持下，项目的设计标准化程度提升，为后续精益化工具的作用发挥创造了条件。在该工程项目中以BIM 技术为指导带动预制构件的精准生产与供应。预制构件供应商通过BIM 信息平台获取构件制作参数，并根据施工现场的构件安装进度和实际需要，制订构件生产供应计划并动态性调整。具体来说，从BIM 预制构件的标准化图库中获取构件的平面、立面和剖面图，以BIM 三维模型直观展示预制构件的所有参数信息、生产进度等，建立了完善的生产供应链，进度可查可视，带来了预制构件的精益准时生产与供应。在BIM 技术的支持下也实现了主要运输路线的自动化规划，在预制构件运输车辆上安装GPS 定位系统，其随时向BIM 信息管理平台发送车辆运输实况，而每辆车上安装RFID 芯片，支持构件运输过程中损毁情况的自动化识别。当预制构件运输到施工现场后，借助BIM 信息管理平台指导预制构件的装配，技术交底内容和操作规范提前上传到BIM 信息平台上，采用6SIGMA质量控制方法，指导预制构件的装配，确保装配的高质量。在新天地项目中，基于BIM 技术指导装配式建筑施工，实现了构件碰撞、现浇结构与预制结构共计50 多处的检查，在深化设计阶段发现200 多处问题，有效节省返工费用，也切实缩短施工工期，使得项目建设更精细、更高效。