基于BIM 的预制构件安装施工技术研究

文／陆军 广州筑正工程建设管理有限公司 广东广州 510000

引言：

墙板是建筑工程当中的重要组成部分，有效完成墙板安装施工活动，可提升整个建筑工程的建设质量，有利于整个建筑的后续使用。传统建筑墙板安装施工时，只是简单对计算机进行应用，如施工二维图纸的设计等，对墙板安装施工具有一定帮助。然而随着现代建筑工程规模的不断扩大，墙板安装施工量逐渐增加，若依然采用常规施工工艺与技术，则会导致工程中经常出现一些问题，影响工程的后续使用，而应用BIM 技术后，则可有效改善这一情况。

1、BIM 技术概述

所谓的BIM 技术，指的是建筑信息模型技术，即根据建筑工程的具体情况，构建出相应的BIM 工程行，通过该模型将与工程相关的信息展示出来，以此为工程的建设提供支持。相对于传统施工技术来说，BIM 技术具备以下几个方面的特点：（1）可视化。是BIM 最为基础的特点，能够构建出三维、四维乃至更多维度的模型，该模型内，包含了与工程项目相关的所有信息，任何参与单位通过对模型的观察，均可对工程情况产生准确的了解。（2）模拟性。在招投标阶段，可利用BIM 对整个工程的建设情况予以模拟，及时发现施工中存在的问题，并制定出相应的优化方案，以提升工程的建设质量[1]。（3）协调性。现代建筑工程建设时，通常由诸多单位共同参与，各单位完成不同的工作，确保各参与单位间有效交流与沟通，能够为工程的建设打下坚实基础。施工方案设计时，各参与单位可根据本专业项目的特点，对BIM 模型做出适当调整，判断各专业施工方案是否存在冲突，防止后续出现工程变更的问题。施工时，可动态将各专业的施工情况展示出来，有利于后续施工任务的安排。（4）可出图。根据工程施工需求，可将BIM 模型转化成图纸、工程量清单等，以此为工程的建设提供支持。

2、某工程概述

本次研究当中，主要采用了某项目，建设用地面积为138490 m2，总建筑面积为39 万m2，包含23 栋单体住宅及2 栋幼儿园、1 栋物业及养老用房、1 栋物业管理用房、4 栋配电室，住宅单体高度82m，采用装配式整体式剪力墙结构体系，预制装配率50%，装配式建筑实施面积23万m2。由于工程规模较大，为了缩短施工周期，建设单位拟采用装配式施工方案，并配合BIM 技术。该项目三维模拟图如图1 所示。

图1 某工程三维模拟图

3、基于BIM 的预制墙板安装施工技术

3.1 建模流程

该工程建设过程中，采用了装配式结构预制构件施工工艺，由于工程规模较大，内部涉及众多预制构件，且建筑结构较为复杂，使得工程施工难度较高，很容易受到各方面因素的影响而出现质量问题，不利于工程的后续使用。为了保证工程的施工质量，项目建设时，对BIM 技术进行了应用。现代建筑工程领域，存在多种不同类型的BIM 软件，通过对各种BIM 软件的对比，结合本项目的建设需求，最终采用了两种BIM 软件：Autodest Revit与Navisworks Managemene。在Autodest Revit 当中，是以常规CAD 软件为基础开发出来的，但相对于CAD软件来说，该软件功能更加完善，并非利用简单的“点”、“线”、“面”绘图，二是通过不同的“族”构建出构件模型，使得模型更加清晰与直观。同时，该软件构建出建筑模型后，可自动传输给Navisworks Managemene 软件，由该软件对模型予以深层次处理，具体流程如图2 所示[2]。

图2 BIM 应用流程图

3.2 预制墙板的参数化建模

3.2.1 预制构件族文件的参数化建模

Autodest Revit 运行时，族是最为基础的单元，通过族的参数化处理，完成工程模型的构建。无论是模型图元，还是注释图元，都是以族为基础构成的。在Revit 软件内，包含一定的编辑器，用户可根据实际需求，随意对族进行编辑。根据族特点的不同，可将其划分成三种类型，具体如图3 所示。

图3 Revit 族的分类

（1）系统族。用于构建建筑图元，如墙板、楼梯等，也可用于对标高、轴网等的设置。在软件内，系统族是系统内自带的，无法将其他内容添加到模型内，也无法对项目外的内容进行存储。

（2）可载入族。可构建部分预制构件，也可对构件进行注释。相对于系统族来说，该族属于外部内容，主要在“.rft”内创建，创建结束后，才可传输至项目内。

（3）内建族。在部分特殊项目创建时，所需要采用的图元类型。在创建方法方面，基本与可载入族相同，而在存储使用方面，则与系统族相同[3]。

3.2.2 预制夹心保温墙板的建模

在Revit 软件内，基本墙材料构件族、保温板材料族与钢筋形状族文件分别为不同的族类型，因而在构建预制墙板构件族时，采用了嵌套式的方式。就好像百叶窗样板族那样，在软件内，先构建出相应的窗框架，与此同时，以公制模型为基础，构建出百叶模型，并将其嵌入至窗框当中。从结构受力角度来说，可将剪力墙看作扁平柱，在Revit 软件内，墙板在系统族范围内，不可载入，也无法对其修改，因而在墙族构建时，主要在“公制结构柱.rgt”族样本中完成。对于墙板与保温板来说，在可载入族的范围内，建模方法完全一致。因而本文以强本为例，介绍了建模过程：在软件内，选取对应的样板族，并打开“公制结构柱.rft”，构建出几何图样，通过参数化的方式，构建族与构件关联性，并明确族类型，赋予土图样相应的可见性。上述族构建完成后，在对应样板内，添加预制墙板组，并根据工程建设需求，通过参数化处理的方式，构建预制夹心保温墙板的模型。

3.2.3 预制楼梯与阳台的建模

在本工程存在多种类型的预制构件，不仅包括夹心墙板，而且还有楼梯、阳台等预制构件。对于Revit 软件内的楼梯来说，在系统族的范围内，楼梯族构建时，无法由外界导入。在楼梯模型构件时，不论是结构整体，还是各分结构，均应单独设立，操作简单，可得到良好的楼梯方案图，为后续施工打下良好基础。建模时，在系统内，点击对应的系统族，在族内适当位置处，添加相应的图元属性，同时为了保证楼梯的稳定性，还应在视图内，添加钢筋元素，以此构成“楼梯组”，对于阳台等其他类似预制构件来说，建模流程与此基本相同。

3.2.4 参数化创建墙板斜支撑与节点模板族

施工时，为了保证墙板安装施工活动安全进行，应在现场适当位置处，构建出相应的临时支撑，用于对墙板固定。本工程当中，对墙板固定时，选择的是可调节斜支撑螺杆的方式，其中，一端固定在墙板上，另一端固定到地面适当位置处。在Revit 软件内，点击“公制结构框架－梁与支撑”族样本文件，以此构建支撑杆族；点击“常规模型”选项，构建预埋螺栓族；点击“基于面的公制常规模型”选项，构建托板族。

3.3 装配式结构可视化施工

3.3.1 4D 进度管理

以往工程建设时，采用的是甘特图模式，通过该图像的应用，可较为清晰地展示出工程的建设情况，但需要注意的是，甘特图也存在一定缺陷，即只是静态的图像，不能动态显示施工流程，而对于装配式施工工艺来说，本质上为动态的操作过程，若仅采用甘特图的方式予以展示，则难以直观体现出工程的建设进度，在一定程度上影响工程的管理。而应用Navieworks 软件的应用，则看动态显示出工程建设进度，有利于施工计划的优化与调整[4]。

对于某工程来说，可划分成2 个模块，一个是三层以下，这一模块内，包含地基、剪力墙、楼板等部分，另一个是三层以上，这一模块内，包含内外墙板、楼板、楼梯等。针对这一情况，在4D 模型构建时，主要流程为：先完成1～3 层的施工活动，然后由下至上依次完成高层的施工活动，针对施工过程，将整个施工活动分解成多个小项目。在Navieworks 软件内，添加相应的施工横道图，并以此为基础，设置施工进度计划信息，可利用其他软件制定计划方案后导入，也可直接在软件内制定、优化与调整。

在Revit 软件当中，先按照一般流程构建出三维工程模型，之后以此为基础，添加相应的施工进度计划，利用“mpp”与“nwc”文件的形式，融入到Navieworks Manage 软件内，以此构建出4D 进度模型。本研究当中，由于字符数有限，因而仅采用部分施工活动作为研究对象，构建出相应的4D 进度模型，如图6 所示。

3.3.2 施工关键技术指导

由上述分析可知，BIM 技术存在诸多特点，可视化是其中较为重要与关键的一个，正是这一特点的存在，可使BIM 软件能够绘制出更加生动形象，且更加符合工程具体情况的动态图像，在该图像当中，不仅可展示出工程的整体情况，而且还会有效显示工程的细节情况，从而为工程的建设提供支持。某工程建设时，采用的是装配式施工工艺，对于项目下面三层部分来说，以现浇混凝土结构为主，而对于四层以上部分来说，则以装配式结构为主。

装配式结构施工时，需要采用大量的预制构件，工程建设情况不仅受到这些构件质量的影响，而且还与构件安装精确性有关，只有生产出高质量的预制构件，且严格按照设计方案要求，将构件安装到指定位置处，才可提升整个工程的建设质量。因此本工程施工过程中，为了保证构件固定的精确性，通过钢筋定位板的方式，确定出预埋钢筋的位置。对于该工具来说，由两部分构成，一个是角钢，另一个是钢面板，在钢面板上，存在适当大小的钢筋插孔，其尺寸高于钢筋直径460mm。针对前期测量出的定位线，合理将定位板进行固定，构件吊运前，将定位板取出。

将预制墙板吊运至安装位置后，为了确保墙板位置的精确性，还应予以适当调整，以提升工程施工质量。将墙板初步组装后，以可调节斜支撑螺杆作为主要工具，对墙板予以固定，其中，一端固定在墙板上，另一端固定在地面适当位置处，对于斜支撑预埋件来说，与底部的距离控制在2000mm 左右，与墙板边缘的距离控制在300mm左右。之后通过对螺杆的调节调整墙板位置、垂直度等，以确保墙板达到设计位置处；以水准仪为主要工具，测量墙板的标高，是墙板与水平面保持平行。若高于设计值，应重新调运铺设，或是以千斤顶为主要工具，将墙板顶起，并放入适当厚度的垫片。

3.3.3 施工进度计划指导预制构件

应用BIM 技术后，可构建出相应的4D 进度模型，以展示出工程的建设情况，通过对该模型的观察，可准确了解每段时间对预制件的需求情况，以此为材料的采购、预制件的制作提供指导。首先，在BIM 软件当中，可自动对4D 模型予以分析，以得到工程材料需求量，施工单位以此为基础，对材料进行采购，防止出现材料浪费的问题，提升材料的使用率，保证施工现场的整齐性，以保证工程建设活动顺利、安全进行。其次，在施工过程中，还可动态对施工情况予以监测，准确了解工程的建设情况，若发现构件用量与实际存在差异，BIM 技术可自动对这一情况予以分析，寻找出产生该情况的主要原因，并初步制定出相应的解决方案，以此材料准备工作的开展提供支持。与此同时，软件还可向工作人员做出相应提示，使工作人员对该问题产生一定重视。最后，还可对现有施工方案中各专业进行碰撞检查，及时发现各专业工程建设存在的碰撞问题，并对施工方案予以优化，以防止各专业碰撞而影响施工质量与进度。

3.4 预制构件的信息化管理

对预制构件管理时，为了进一步提升BIM 技术在知识城工程中的应用效果，本文在BIM 技术的基础上，增加了RFID 技术，用于对构件编码，以确保构件制造、运输、存储、使用时的合理性，为保证工程建设质量提供支持。

所谓的RFID 技术，全称为射频识别技术，指的是在未接触的情况下，利用无线电识别的方式，将对应的编码数据录入至目标当中，在目标使用时，只需要对其进行简单地扫描，即可直接将该物品的信息显示出来。将该技术应用到工程管理当中时，主要包括下述几个方面：（1）设计环节。在设计环节当中，需要根据工程具体情况，将其划分成多个模块，并对各模块赋予相应的编码。在构件制作时，为了保证后续构件拼装工作有序进行，需要利用RFID技术，赋予构件对应的编码，其中不仅包含数字序号，而且还有制造商、所用材料等信息。（2）运输、安装环节。根据工程施工需求，通过对构件编码地扫描，取出对应的预制构件，并以吊车为主要工具，将构件运输到设计位置处，并完成构件安装工作。整个吊运与安装作业时，均可通过RFID 编码予以监测。（3）管理与维护环节。对墙板构件管理与维护时，可通过对RFID 编码的扫描，获取对应构件信息，及时发现出现故障的构件，并及时予以更换。

结语：

综上所述，预制墙板安装施工时，有效对BIM 技术进行应用，可提升工程施工质量，缩短工程施工周期，降低施工成本，对建设企业与社会发展均具有重要意义。通过BIM 技术的应用，不仅可以根据各模块的需求情况，通过参数化建模的方式，构建出各结构的模型，对工程建设情况、构件制作等进行可视化管理，从而为工程的建设打下良好基础。