BIM 技术在装配式混凝土建筑中的应用

2022-03-01佟月

大众标准化 2022年1期

佟月

（沈阳建筑大学，辽宁沈阳 110168）

在传统现浇混凝土结构的成本中重要的组成部分有：税金、利润、直接成本、间接成本等，其中直接成本是成本中必不可少的部分也占很大比重。装配式建筑结构成本不仅包括材料、人工等成本，还包括装配式构件的生产、安装和运输成本，这些成本是影响装配式混凝土建筑成本的决定性因素。

1 装配式混凝土建筑成本高的主要原因

在各阶段，装配式混凝土建筑成本超出规定要求原因包括以下几点：

1.1 拆分预制构件缺乏合理性

设计人员要以预制构件的吊点设计、施工特征、后期运输基本要求等作为基础，利用设计院提供的图纸，深入研究图纸中包含的节点部位，科学分割预制构件尺寸，避免第二次拆分，从而产生更多的成本和费用。同时，不合理的拆卸会大幅度提升构件运输和吊装施工的难度，也会增加施工成本。

1.2 预制构件缺乏规范化的、统一的标准

现阶段，我国对于预制构件的生产和设计的标准尚未完善，这会大大降低装配式建筑构建的生产能力，使其生产出的产品类型过于单一。同时因为不同企业的标准不一样，相互之间没有替代品，这也降低了构配件的生产竞争力，无法从中降低价格。为此实现预制构件生产的标准化迫在眉睫，应从根本上增强综合水平，来降低施工成本支出。

1.3 施工吊装方案缺乏合理性

与现浇混凝土结构相比，预制构件的实际安装工作量较大，大部分为垂直运输。而在实际吊装工作中，选择不同的塔吊方案和不同的构件数量会影响实际的施工成本。在材料成本方面，组件连接器在安装成本中占很大比例。由于目前我国安装技术还不成熟，严重缺乏安装熟练的工种，这也将大大提升装配式建筑施工成本。

2 基于BIM 技术的装配式混凝土建筑成本控制策略

我国的装配式混凝土建筑尚处于发展初期。其中，装配式混凝土建筑的造价一般高于现浇结构，这是一个非常突出的问题。通过了解传统现浇施工成本和装配式施工成本的区别，可以找到导致装配式混凝土建筑的造价高问题的主要原因。在建筑项目管理中，BIM 技术是一种信息化的方法，应用于装配式混凝土建筑的各个阶段，可以改进装配式构件的生产工艺，从而提高设计质量，促进装配式混凝土建筑的成本降低。BIM 技术在装配式混凝土建筑成本控制中的应用包括以下几点：

2.1 在设计阶段的应用

装配式混凝土建筑结构设计主要是指根据现浇混凝土结构进行优化设计，通常情况下会在常规设计工作后开展，会从整体上分析整个结构，然后以不同构件为基础拆分相应的节点，当完成拆分工作后要开展深层次设计工作。而工厂则要以深化设计出的施工图纸为基础开展预制生产工作，最后将生产出的预制品运输到施工现场（如图1）。

图1 混凝土预制构件沙盘

在施工现场，如若设计人员未核对结构施工图，盲目拆分，会出现很多问题，这会耗费大量的沟通时间，需要反复审核设计完的施工图纸，而且会大大降低施工效率，这充分体现出了传统装配式管理方式的不足和局限性。为此，在这一过程要合理应用BIM技术，在设计的初始阶段要重点关注预制构件的标准化问题，通过使用较少类型的构件满足不同建筑物的建设需求，形成一个完善的预制构件库，从而实现设计的可视化、标准化、模块化等，并表现显著优势。这种设计方法主要包括制定预制构件库、构建BIM信息模型、完善BIM 信息模型这三个阶段。

2.1.1 构建预制构件库

构建预制构件库是以增强预制混凝土施工的通用性，实现预制混凝土施工的标准化为目的。将有助于提高流水线施工效率，并满足不同预制混凝土建筑产品的要求。

首先要在建筑设计中明确掌握网格和立面，然后根据具体的设计要求在预制构件库中查询相同的常规构件。最后，对于预制构件库中没有的预制混凝土构件，应在了解具体要求的基础上进行预制构件的设计，以增强构件库的丰富性。

2.1.2 制定预制构件库

当形成预制构件库后，会布置预制混凝土构建，最终形成装配式结构设计BIM 信息模型。在具体操作中经常会使用先进的软件创建预制构件群，以不同的设计需求为基础修改相关参数，最终形成BIM 信息模型（如图2）。

图2 标准构件库

2.1.3 优化BIM 信息模型

当完成BIM 信息模型构建后，要再一次检查其结构的安全性与可靠性。BIM 作为一种重要的管理手段，采用三维模拟的形式构建建筑结构，进行仔细地碰撞检查，找到碰撞位置，防止因设计疏漏造成更大的经济损失。构件厂是生产预制构件的重要场所。目前的生产管理方式可以有效控制预制构件的质量，但是节点控制是难点，这时需要使用三维检查钢筋间和连接件的矛盾与冲突，这时碰撞检查工作十分必要。完成BIM 模型的结构审查后，需要为现场预制混凝土构件的吊装和施工提供正确的指导，避免因设计不合理而增加成本。

2.2 在生产阶段中的应用

虽然我国建立了很多家生产预制构件的加工厂，但是大部分工厂的机械化水平低，在实际加工中，很少使用信息软件，这使得预制构件的成本和质量难以控制。而BIM技术具有参数化、可视化、模拟化等特征，将其与预制构件生产加工流程有效结合可以提升生产的高效性，达到降低成本的目的。模具摊销成本在预制构件成本中占很大比例，良好的模具设计工作不仅可以降低工作量，有效节约施工时间，而且可以降低施工成本支出。为此在模具设计中利用BIM 技术三维手段可简化大量的工作，并直接纠正检查构建建模（如图3）。

图3 BIM 模型模拟

在构建BIM 模型时，可以在设置施工参数中输入构件材料、尺寸等信息，推导出BIM 模型中的具体材料消耗，制定日常生产计划和钢筋加工量计划。同时，还可以利用BIM 技术输出钢筋信息，使用数控机床弯折、剪裁钢筋，随后利用BIM 形成的构建图形信息完成混凝土的振捣和浇筑工作，并自动将需要养护的构建上传到养护室，这将有效降低成本，实现控制危险源的目标。

2.3 在施工阶段的应用

在装配式混凝土建筑施工中，合理运用BIM 技术，可以提前发现施工中的问题，有效规避潜在的施工风险，从而最大程度降低施工成本。

2.3.1 模拟吊装档案

在施工吊装过程中，尽量不要使用手动安装重量和体积较大的预制混凝土构件，因此需要使用起重机械。实际上，吊装机械精度不符合相关安装要求，会增加成本，无法有效保障和控制现场施工进度。为此，可以利用BIM 技术施工吊装模拟功能提升预制混凝土构件安装质量。首先在构件好的BIM 建筑模型基础上，设置预制构件摆放位置，随后以施工组织设计方案为基础，模拟出整个预制构件在施工现场的吊装过程。最后，向现场施工人员展示动画视频，有针对性的沟通潜在的问题，优化和完善施工吊装方案。

2.3.2 复杂节点样本引路

在预制混凝土构件的吊装中，遇到的预制构件种类很多，并且节点具有较强的复杂性。例如预制混凝土板的吊装及时位移幅度较小，但是也会出现预制板无法定位施工的现象。由于某些节点具有较强的复杂性，这可能增加现场施工人员的交底工作难度，不利于施工人员及时、全面的掌握吊装流程和方法。这时可以充分发挥BIM 技术可视化特征，以现场实际情况制作动态化的样板，利用这些动态化样板促进现场人员交底工作顺利进行，避免由于不明确的交底工作而增加施工成本支出。