裝配式建筑中怎樣利用BIM進(jìn)行智能施工安裝？

通過BIM技術(shù)對(duì)裝配式建筑在實(shí)際施工前對(duì)施工方案進(jìn)行模擬論證，可觀測(cè)整個(gè)施工過程，通過施工模擬，可提前發(fā)現(xiàn)施工過程中可能出現(xiàn)的安全問題，并制定方案規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)減少了設(shè)計(jì)變更，并節(jié)省了資源。對(duì)不合理的部分進(jìn)行修改，特別是對(duì)資源和進(jìn)度方面實(shí)行有效地控制，可以更好地協(xié)調(diào)施工中的進(jìn)度和資源使用情況。在研究裝配式結(jié)構(gòu)的吊裝方案同時(shí)，也可對(duì)局部的重點(diǎn)復(fù)雜部位進(jìn)行模擬，模擬其施工安裝過程，實(shí)現(xiàn)智能施工安裝。

01

BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)施工方案

全過程模擬

利用3D建筑信息模型與施工進(jìn)度計(jì)劃相鏈接進(jìn)行施工模擬，可針對(duì)不同的施工計(jì)劃進(jìn)行分析和比較，從而選擇最優(yōu)方案；同時(shí)，在分析施工方案中質(zhì)量偏差以及進(jìn)度拖延等施工問題的根本原因時(shí)更加方便，從而及時(shí)采取相應(yīng)的解決方案。模擬施工過程如圖1。

圖1 模擬施工過程

Fig. 1 Simulation of the construction process

裝配式項(xiàng)目4D模型構(gòu)建采用的是Navisworks

Management 和Microsoft Project 軟件工具組合進(jìn)行。

首先，在Navisworks Management中導(dǎo)入裝配式項(xiàng)目的三維實(shí)體模型（包含建筑和結(jié)構(gòu)信息）；

其次，進(jìn)行WBS 分解，這一過程可以在Microsoft Project 軟件中完成。在MP 中的信息包括，任務(wù)的名稱、編碼、計(jì)劃開始時(shí)間、計(jì)劃完成時(shí)間、工期（見圖2）；

第三，將Project完成的進(jìn)度計(jì)劃導(dǎo)入到Navisworks 軟件中，與構(gòu)件和施工階段進(jìn)行匹配（見圖3）。

圖2 在Project 中設(shè)置工序的安裝

Fig. 2 Installation of setting procedures in Project

圖3 將Project 和Naviswork 中Timeliner 關(guān)聯(lián)

Fig. 3 Associates Project with Timeliner in Naviswork

前期經(jīng)過模型的建立、審核、虛擬驗(yàn)收后，形成用于指導(dǎo)施工的BIM 總體模型。所以，根據(jù)施工方提供的工程籌劃方案，給模型中的構(gòu)件添加相應(yīng)的時(shí)間屬性，讓籌劃方案與模型緊密結(jié)合，三維呈現(xiàn)出施工順序步驟。

項(xiàng)目施工的所有活動(dòng)都與時(shí)間相關(guān)，進(jìn)度計(jì)劃即是從項(xiàng)目開始施工到竣工驗(yàn)收為止的全過程規(guī)劃，它需要根據(jù)合同工期統(tǒng)一安排，也需要海量的數(shù)據(jù)（圖紙、設(shè)計(jì)變更、施工方案等）為基礎(chǔ)，而BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是對(duì)工程量的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，及時(shí)體現(xiàn)工程變更對(duì)進(jìn)度的影響。

02

BIM 技術(shù)指導(dǎo)解決裝配式建筑

施工安裝中的若干問題

施工關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)模擬

對(duì)于復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，僅進(jìn)行施工技術(shù)交底無(wú)法對(duì)其施工特點(diǎn)和方法詳盡說明，這時(shí)可采用三維可視化施工交底，對(duì)構(gòu)件的安裝進(jìn)行模擬，使得施工技術(shù)人員迅速了解施工工藝。節(jié)點(diǎn)的施工模擬是將構(gòu)件先后安裝順序進(jìn)行設(shè)定，通過施工動(dòng)畫的形式將節(jié)點(diǎn)的施工過程形象展示。以某項(xiàng)目框架節(jié)點(diǎn)為例，如圖4所示部位，為三段預(yù)制梁相連，出現(xiàn)的問題是縱筋在錨固部位，按照設(shè)計(jì)圖紙中的連接方式，箍筋高度不對(duì)，彎折鋼筋部位保護(hù)層厚度太小，鋼筋之間的伸出碰撞。

圖4 復(fù)雜節(jié)點(diǎn)處鋼筋碰撞

Fig. 4 Reinforcement collision at complex joints

通過運(yùn)用BIM的模擬施工，發(fā)現(xiàn)了該問題，提供了修改建議：

1.箍筋的高度在后澆段進(jìn)行調(diào)整，最初的高度為160mm設(shè)置為180mm；

2.后澆段伸出鋼筋向內(nèi)在1/6處進(jìn)行稍微彎折，此時(shí)梁縱筋可按照施工圖紙節(jié)點(diǎn)說明進(jìn)行彎折，鋼筋能夠錨固，并且保護(hù)層厚度合乎規(guī)范；

3.當(dāng)調(diào)整不開時(shí)，可以調(diào)整梁鋼筋型號(hào)（見圖5）。

圖5 模擬節(jié)點(diǎn)的安裝

Fig.5 Simulation node Installation

設(shè)備管線模擬優(yōu)化

在拆分后對(duì)管線和結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行碰撞檢查，可以對(duì)布置的管線進(jìn)行優(yōu)化，避免現(xiàn)場(chǎng)安裝管線再進(jìn)行二次加工和處理。

首先，利用BIM 技術(shù)整合各專業(yè)三維模型，然后上傳至Navisworks 軟件平臺(tái)中對(duì)其進(jìn)行碰撞檢查，可以自動(dòng)查找出模型中的碰撞點(diǎn)，使其之間的碰撞進(jìn)行可視化，并通過“圖片+ 文字”描述的型式輸出紙質(zhì)報(bào)告。

其次，將3D建筑信息模型上傳至BIM系統(tǒng)中，可以準(zhǔn)確觀察項(xiàng)目中復(fù)雜管線節(jié)點(diǎn)的具體構(gòu)造，生成詳細(xì)的二維平面圖，從而指導(dǎo)后續(xù)的施工。

第三，在工程項(xiàng)目施工之前實(shí)現(xiàn)BIM模型內(nèi)部漫游，直觀地觀察內(nèi)部管線的排布與走向，優(yōu)化管道的布置，從而避免施工過程中遇到的問題，減少返工。

在疊合板內(nèi)，電氣管線一般敷設(shè)在疊合板的現(xiàn)澆層，即電氣專業(yè)沿樓板暗敷設(shè)管線可以走的高度大概僅為70~80mm，所以盡量避免管與管重疊否則會(huì)減少保護(hù)層厚度（見圖6）。

圖6 管線重疊導(dǎo)致后澆保護(hù)層減少

Fig.6 Reduction of post-pouring protective layer due to pipeline overlap

考慮到需要保證裝配式建筑結(jié)構(gòu)樓板的后澆層厚度，將多個(gè)線管重疊的部位全部放置在板－板的拼縫之間。豎直方向布置的管線，并穿梁的管線，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，盡量將穿過位置選擇在梁的后澆段（見圖7）。

圖7 管線敷設(shè)優(yōu)化

Fig. 7 Pipeline laying optimization

模板工程施工模擬

當(dāng)梁板柱墻都已經(jīng)安裝就位后，開始進(jìn)行模板工程作業(yè)，布置模板的位置主要有：

1.梁后澆段；

2.疊合板后澆段布置。

在實(shí)際工程中，傳統(tǒng)模板工程存在用料不清晰，設(shè)計(jì)方案不合理等問題，將BIM技術(shù)應(yīng)用于模板工程，可以使方案策劃、技術(shù)交底、材料加工等工作減少溝通難度。同時(shí)對(duì)于模板、方木、鋼管和扣減等材料的用量進(jìn)行計(jì)算匯總，有效地控制了模板用量。

當(dāng)創(chuàng)建模板時(shí)需要考慮：

1.工程項(xiàng)目要求的施工質(zhì)量和工藝，疊合板底模板使用吊模，疊合梁后澆段使用側(cè)模；

2.按照規(guī)范制定模板的尺寸，模板的定位及形狀；

3.模板的安裝和拆除方案，保證模板能夠重復(fù)使用。

在BIM 模型中創(chuàng)建模板工程的解決辦法是：

首先，在Revit 中進(jìn)行梁板柱拆分完成，在空間原點(diǎn)位置放置一根定位方形柱，轉(zhuǎn)換為IFC 格式；

其次，在Tekla 中建立軸網(wǎng)，并將IFC 模型導(dǎo)入其中，作為參考模型；

第三，Tekla 中建立腳手架零件，腳手架及支撐布置好后，布置后澆段的的模板；

最后，將模板工程也導(dǎo)入進(jìn)Autodesk Naviswork，進(jìn)行模擬的安裝及拆裝（見圖8）。

圖8 布置模板流程

Fig. 8 Layout template flow

指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)中，碗扣式腳手架的搭設(shè)，空間的合理利用；模板的布置，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工人進(jìn)行吊模的作業(yè)，如圖9所示。

圖9 搭設(shè)的腳手架和模板

Fig.9 Scaffolding and formwork set up

03

結(jié)論

本文應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)裝配式建筑施工方案進(jìn)行全過程模擬，總結(jié)了BIM 技術(shù)在裝配式建筑工程施工進(jìn)度管理中的應(yīng)用過程。應(yīng)用BIM4D 相關(guān)軟件模擬了裝配式建筑的施工過程，并能夠運(yùn)用BIM模型對(duì)裝配式建筑指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)安裝預(yù)制構(gòu)件，布置預(yù)制構(gòu)件模板，避免了現(xiàn)場(chǎng)安裝碰撞和錯(cuò)誤的問題，合理地利用了施工場(chǎng)地。

（責(zé)任編輯：奚雅青）