BIM技术在装配式建筑施工过程中的应用研究

2023-04-15徐松安徽南巽建设项目管理投资有限公司安徽合肥230011

中国房地产业 2023年4期

文／徐松安徽南巽建设项目管理投资有限公司安徽合肥 230011

引言：

为了节约能源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全，国家对装配式建筑行业的发展要求非常明确。随着政府的强力推广、构件技术的不断成熟以及装配式建筑管理水平的不断提高，装配式建筑在新建建筑中的比例会不断提高。装配式建筑是指在异地建厂，将需要的构件厂内生产后搬运至现场进行组装，将各部件拼接成一个整体。如预制结构装配式建筑，就是在工厂内把重要部件都生产完成，然后运至现场吊装拼装。与原有的木模传统体系相比，预制结构装配式建筑精度高，现场施工误差小，方便装饰装修和成套设备的安装;但对大型构件的运输，以及现场预制安装技能都需要较高的要求。住房和城乡建设部发布GB/T51129-2017 装配式建筑评价标准。“管线分离技术”为独立得分项，并且评价分值权重更大，达到6 分，而包含了“管线分离技术”的“室内装修集成技术”在旧标准中的评价分值仅为3 分。可见管线分离技术研究对于装配式建筑有重要的技术支撑，也是装配式建筑的发展重点之一。

1.BIM技术在施工过程中的优势

装配式建筑在工程建设应用过程有诸多优点，其中以下几个方面尤为突出：（1）有效提高劳动生产效率和减少劳动力投入。现阶段建筑行业劳动力短缺已是制约整个行业高效发展的突出问题，同时劳动力年龄高，专业技术人员不足、成本高等矛盾突出。而装配式建筑很大程度上提高了整个建筑业的机械化水平和技术水平，不仅提高劳动生产率还能减少劳动力投入，节约人力成本投入，减少安全风险的发生。（2）绿色环保、降低环境污染。众所周知，建筑业一直是公认的高耗能、高污染行业，建筑行业占所有行业能耗的30%还多。通过采用工厂预制的装配式生产形式，将现场烦琐复杂的湿作业形式转化成工厂预制加工的生产方式，做到低能耗的同时还能够减少现场噪音、扬尘、垃圾污染的发生。（3）提高效率、缩短建设周期。相比传统施工工艺，需要进行钢筋、模板施工验收合格后，方可进入混凝土浇筑施工作业，施工工序繁杂，生产效率低下，通过工厂模数化生产，将以上施工作业过程全部压缩至工厂加工生产。尤其是工程结构施工过程中的复杂细部处理工作，其优点更加明显。传统现场浇筑作业，一般需要进行混凝土的养护等作业，此项工作正常需要7d 左右的时间，因装配式为运至现场的预制构件，仅仅需要吊装安装拼接工作，这在一定范围上也节约了工期。（4）保障工程施工安全质量可控。相比传统施工而言，现场施工作业工序繁杂、沟通交流不畅，质量验收问题较多，通过装配式生产可以通过工厂的信息化、详细参数控制，有效控制预制构配件的施工质量，避免现场作业、高空作业带来的生产安全隐患等。

2.BIM技术在装配式建筑施工过程中的应用

2.1 管线分离技术

管线分离技术，即将设备管线与结构层、装饰基层分离，使设备管线脱离被主体结构、装饰刚性垫层基层掩盖和填埋所导致的不可追溯、不可改造、不可检视等状态，使设备管线独立存在，使住宅具备结构耐久性的同时，保证设备管线具有可追溯性、可检视性、可更新性的优点。按GB/T51129-2017 装配式建筑评价标准要求，对于裸露于室内空间以及敷设在地面架空层、非承重墙体空腔和吊顶内的管线可认定为管线分离;而对于埋置在结构构件内部(不含横穿)或敷设在湿式作业地面垫层内的管线应认定为管线未分离。目前市场上主流的管线分离方式是基于SI 内装体系，在SI 内装系统中，管线可以在户内的天花、地面、侧墙(隔板内)脱开结构或墙体独立敷设。脱开结构明敷管线，需增设天花吊顶、架空地板、填充墙板来遮蔽管线，以此保证使用性和美观，但是相应也会影响室内净高（设置天花吊顶、架空地板时）及住宅实际使用面积（设置填充墙板时）。

2.2 建筑各层面的设计

2.2.1 户型设计

建筑工程结构的户型要保证和功能是完全匹配的，确保各个功能区都可以分配到各个建筑区域内。为了满足这一要求，要做好如下工作。（1）结合别墅业主对于功能性要求，根据需要进行不同楼层功能区的设置，明确不同功能的位置。（2）确定功能区分部和户型分部是否匹配，如果发生不匹配的情况，应该结合实际情况做出调整。（3）详细计算确定构件受力条件，确定没有设备发生碰撞的情况。根据国家标准作为指导，保证户型设计满足要求。（4）户型内要合理进行功能性划分，根据BIM技术实现各个功能有效配合应用，形成整体结构，各个功能区独立运行，也存在着一定的联系，保证建筑的整体性与和谐性。

2.2.2 标准层设计

装配式建筑在应用中，标准层的设计人员在设计户型图之前，需要设置必要的附件以形成特定的层次，这种设计方案应用BIM技术完成，实现模块化水平的提升，促进总体设计质量的提升，具体从下述几个方面出发。（1）采集相关标准层的数据信息，比如尺寸；将数据信息传输到BIM 软件内，利用软件进行数据的处理，可以完成标准层的设计，为施工提供参考意见。（2）如果施工环节发生数据变化，应该及时更新BIM 系统内各个数据，保证数据有效利用，让项目可以顺利的进行。

2.3 埋件设计

建筑工程项目内，在预制构件的埋设施工环节，根据需要进行必要的设计和控制，比如梁柱预埋施工环节，包含多个部件，比如内嵌梁柱，但是梁柱、模板的钢筋吊钩形式比较多，这是因为不同建筑物的结构形式相差很大，造成建筑结构无法达到要求，所以需要做出必要的调整，保证埋件设计符合要求，从而可以符合工程的使用需要。此外，预制构件埋设施工环节，在现场设置必要的预制柱的结构，首先需要进行安装处理，墙和柱的连接要布置规定强度要求的钢板，技术参数符合要求，且模型设计环节，应该及时做出结构的调整，保证技术参数满足要求，可以切实提升工程的施工效果，全面落实管理和控制措施，不会存在违规作业的情况。总之，对于装配式建筑来说，BIM技术的优势比较明显，应用范围比较大，要从结构设计以及钢筋设计方面出发，保证埋件结构达到科学性、合理性的要求。基于此，BIM技术是装配式建筑设计的主要方式，切实提升模型精确性的要求，符合建筑工程的施工需要，为后续的建设施工提供良好基础。所以建筑工程单位对于BIM技术的应用要提起足够的重视，严格落实到实践中，保障项目顺利实施，提高施工效率和质量，实现项目综合效益的提升。

2.4 装配式建筑及全生命周期管理

预制装配式混凝土建筑施工是应用工业化产品的生产方式，在工厂将建筑结构分成柱体、梁体、墙体、楼梯、阳台等构件进行预制，随后运输至现场按照设计图纸进行吊装拼接，连接方式有套筒灌浆连接、现浇连接等方式，达到“等同现浇”的效果，以形成整体的建筑结构。由于装配式建筑的生产、安装以及运维均是在不同的时空条件下发生，各个阶段的工作复杂而精细，需要一体化的构件设计、制造和运输、安装和维护的精细化全生命周期管理，避免了信息流、物流和现金流在决策、建设和运维阶段的碎片化管理，创建了全过程的建筑工程信息模型，从而将管理贯穿于建筑的全生命周期。装配式建筑按照一定的规则，比如梁、板、柱或墙面等，将建筑进行拆解，实现了构件在工厂工业化以及流水化生产，BIM技术通过建立虚拟三维数值模型，实现了建筑物建造的信息化，两者的结合将有力地推动建筑工业的转型升级，也有利于对装配式建筑全生命周期穿透式管理。

2.4.1 项目规划设计阶段

装配式建筑在规划设计阶段的工作内容众多，包含规划选址、场地分析、模型建立、图纸绘制、设计冲突图检查、工程量统计及造价管理。BIM技术可以结合VR 技术或者GIS 技术，利用其自身的三维可视化特点，在规划阶段可以实现规划选址和场地分析。通过BIM技术建立场地边界条件以及地形空间信息模型，可以为决策者提供直观的场地建设条件分析，进而创建合理的建设方案，避免了传统工程项目规划的无标注和无规程。BIM技术也可以整合多专业进行协同规划方案的比选，模拟规划建造过程，对建设场地内的建筑物布置、结构的几何形状及选型、日照分析等内容进行分析，实现规划前期阶段的全专业融合。在设计阶段，BIM技术可以对装配式构件建立参数化模型，通过对模型的属性和尺寸进行定义，依据BIM 模型中的参数化功能实现模型之间的相互关联，结构的参数只要发生变动，其余相互关联的参数就会发生相应的修改，避免了传统设计中采用CAD 图形平面设计时的烦琐改图，大大节约了设计成本，加速了设计周期，特别是对于构件几何尺寸复杂、新技术应用节点等，可以达到良好的设计效率；其次，BIM技术可以实现设计的碰撞检查，在装配式建筑中，涉及的构件数量非常之多，传统的建筑设计往往依赖于二维图纸，无法实现可视化和碰撞检测，只有到施工阶段才能发现建筑的碰撞问题，导致了诸多的施工变更和工期延迟，而BIM技术可通过三维数字模型的建立，对设备和管道这类构件实现碰撞监测，达到及时修改的目的。

2.4.2 施工阶段的应用

首先是施工过程模拟。通过BIM技术，可以对装配式建筑结构进行全过程仿真，使工作人员能够及时发现问题，并参考工程的具体要求进行科学的调整，从而降低施工中的危险事故，合理调配资源和资金。在构件吊装仿真过程中，要充分考虑到各个节点之间的相互关系，并进行相应的调整和衔接，以保证仿真过程的流畅。在施工现场，遇到结构复杂、施工要求高的节点时，利用BIM技术实现节点的可视化显示，便于施工人员根据三维模型进行节点的衔接，提高施工的精确度。其次是材料管理。在实际应用BIM技术时，必须对整个施工过程进行全面计算、分析，并以此为依据，科学、合理地安排施工材料、施工进度，以保证施工的质量，保证材料的供给不会受到影响。另外，为了科学、高效地判定材料的损失，还需要运用BIM技术，及时发现材料损失的异常情况，以便对施工过程和方案进行改进和优化，确保工程的科学性和经济性。此外，运用BIM技术，可以对物料的进场时间进行规划、计算，并能灵活地对物料进行加工，避免物料长期积压。然后是碰撞检测。通过BIM技术，可以在深化设计阶段就进行碰撞检测，检验图纸的设计内容，确定结构位置是否合理，管线布置是否合理，并能做到水平和垂直方向的检验，降低矛盾的发生，增强结构的连贯性。通过碰撞检测，可以科学地评估图纸的设计内容，避免在实际操作中出现的碰撞问题，实现多个专业的协作，减少返工费用，大大提高了工作效率。接下来是BIM技术下的装配式建筑进度管理。Microsoft Project 软件是负责实施项目管理的重要软件，特别是在进度管理过程中，应用该软件能够取得良好的管理效果，避免出现进度延误的问题，可以跟踪进度变化情况，对施工资源进行合理配置。相关人员可以将施工过程中的进度数据输入到软件中，可以自动形成施工进度安排，计划利用图表的模式将其展现给管理者，能够有效提高进度管理的效率和合理性。在施工时还可以将施工进度的具体参数输入到系统中和原有的进度计划进行对比，从而分析出引发进度延误的主要原因，采取合理措施进行控制，对人力资源、物力资源的分配情况进行调整，提升进度管理质量。最后是BIM技术在成本管理过程中的应用。在成本管控过程中涉及的数据较多，如果一直利用人工的方式进行成本管控工作，会增加工作人员的压力，也容易出现成本管控数据计算错误的现象。特别是装配式建筑涉及的构件规模较大，不同构件的尺寸不同，价格也会有所差异，会增加成本管控的难度，必须要选择合适的方式进行成本管控。BIM技术在成本管理过程中有着较高的应用价值，能够针对建筑过程中的工程量进行及时提取。BIM技术会构建3D立体建筑模型，利用该模型可以提取不同施工区域的工程量，让成本管理人员更加直接了解准确的材料数据，能够为成本核算工作的开展提供重要基础。BIM 软件所提供的工程构件使用量数据是极为准确的，成本管理人员可以更快地算出成本量，提升了成本核算效率。同时，成本管理人员也可以在模型中替换相应的构件，选择不同材质，能够对比出不同情况下成本的多少，有利于选择更加合适的成本超支应对方案。通过BIM技术，根据材料的市场价格波动情况制定出材料替换方案，保证管理活动的开展。

2.4.3 项目运营维护阶段

在项目运营维护阶段，BIM技术可与装配式建筑的实体相互联系，建立装配式建筑构架、建筑设备、建筑管线与虚拟三维BIM 模型的映射关系，并通过现场的监测传感器对装配式建筑的运行情况进行实时监测，判别结构构件的健康状况、建筑设备的运行情况等，能够实现建筑构件的监控，对扩建拆除以及翻新改造等进行管理，实现物业管理的无缝对接。以运营阶段的开扩建设为例，BIM技术依据结构受力传感器对建筑物的承载性能、变形性能、耐久性能进行监测和数据采集，并可通过外部接口，使监测数据具有机器学习的能力，提供对结构健康状况的判别，以辅助人工做出是否维修的决策。

3.提高BIM技术在装配式建筑施工过程中应用的措施

3.1 加强政策层面的支持

在推进装配式建筑的不断发展中，政策上的鼓励与指导具有一定的积极影响。为促进我国装配式建筑在建筑业中的不断融入，国家需要对其进行宏观调控。（1）可以成立专门的领导组织，其成员一般由市建委、财务局、土建局等领导单位组成，其职责范围包括调整装配式建筑政策以及标准完善、项目评估、技术论证等方面的指导和服务工作。对于每个办公室，需要明确工作范围和职责，以确保相互之间能够打好配合。（2）加强装配式建筑相关评价方法的引入，实现对装配式建筑的科学合理评价，促进装配式建筑更健康、更稳定的发展，这对发展建筑产业是必要的。有关部门可以成立考核工作组，在市、区开发区管委会开展目标责任考核，并在每季度进行定期定量考核，年终进行综合考核和评奖。另外，需要明确，合理确定装配式建筑构件的生产能力可以进一步促进装配式建筑发展的同时，还能为国家发展提供一定的经济效益。

3.2 提高技术水平

技术支撑装配式建筑的发展，要稳步推进装配式建筑的发展进程，首先需要保障其技术水平能够满足发展需求，所以，企业研发部门应该不断加强对装配式建筑的科研，加大科研投入。技术支持体系需要根据装配式建筑的实际发展不断完善和优化。其中，技术支持体系包括装配式建筑的定型化设计、装配工作、质量和安全、检验和验收。只有保证装配式建筑各个环节的技术水平，才能为建筑业的发展提供一定的助力。此外，可以设立装配式建筑审查委员会，进一步加快装配式建筑的发展，其中，审查委员会负责批准、评估和批准装配式建筑项目。这种科学的监督管理保证了装配式建筑的质量。另外，要提高装配式建筑发展的技术水平，不仅要加强相关技术的科学研究，还要加强专家的培养。只有增加从事装配式建筑的工程师的知识与技能储备，才能促进装配式建筑的长期稳定发展。