BIM 技術在大型裝配式廠房施工中的應用

BIM技術應用于大型裝配式廠房建設中，完成了結構建模、碰撞檢查、工程量計算、施工方案優化、施工進度模擬以及項目信息管理等工作。實踐表明，利用BIM技術有利于提前發現設計圖紙、施工方案、進度計劃中存在的問題，便于提前制定解決方案，實現控制項目成本、縮短工期和提高建筑質量的目標。

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工程概況

某裝配式工業廠房項目位于西安市高新綜合保稅區內，總建筑面積5萬㎡，建筑高度約21m，地下1層，地上2層，施工工期從2017年11月至2019年5月，該項目在國內預制程度較高，采用的預制構件類型包括: 預制型鋼桁架雙皮墻 ( precast truss wall，簡稱PTW) 、預制柱、預制梁、疊合板，而PTW為國內首次引進。

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項目難點

1、本項目預制構件共2.4萬m3，1647種，6 960件，構件的生產、運輸、堆放和現場吊裝管理難度大。

2、預制構件普遍在20t以上，其中最重的預制 構件( 預制柱) 重32t，塔式起重機布置和吊裝安全要求高。

3、構件中埋件和出筋種類多，空間關系復雜， 碰撞檢查工作量大。

為解決上述問題，本項目采用Revit軟件對結構和構件等進行建模分析，并對現場構件吊裝順序、塔式起重機布置進行模擬，在降低項目成本、縮短工期和提高建筑質量等方面取得了良好效果。

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BIM 技術應用

建模

在項目施工前，根據業主提供的二維圖紙，使用 Revit 軟件建立項目結構模型。由于該項目為PC結構，由多種類型構件搭建而成，需要先將每種構件建成族模型(見圖1) ，再將全部構件族導入項目中，搭建項目的結構模型(見圖2) 。項目模型的深度取決于族構件的精度，在建立族構件時，需要對構件尺寸、構件外部出筋、預埋件的尺寸和位置進行精確建模。本項目包含預制柱、預制梁、疊合板和PTW墻4 種構件，其中預制柱403種，預制梁294種，疊合板259種，PTW墻403種。

碰撞檢查與優化

Revit建模后，將模型導入Navisworks平臺，進行BIM模型的碰撞檢查，主要包括:

1. 對預制構件內部的碰撞檢查，即內部鋼筋間的碰撞，鋼筋與預埋件的碰撞，鋼筋及灌漿套筒與管線接地盒的碰撞等;

2. 預制構件間的碰撞檢查，即預制柱頂出筋與預制梁側面出筋及與對應套筒空腔間的碰撞，不同方向的預制梁端面出筋間的碰撞等。碰撞檢查完成后，根據碰撞結果對各構件進行調整，進一步優化部件間位置，有效減少施工中碰撞問題的發生。

碰撞類型包括硬碰撞、間隙和重復項等。硬碰撞指兩個構件實體間發生碰撞，這類碰撞問題出現較多，對工程的影響較大。最小間隙指兩個構件實體間并未發生直接碰撞，但兩個構件間的距離小于設計規范要求，從而影響施工活動或不能滿足凈空要求。在項目模型進行碰撞檢查時，可以根據實際需要選擇其中一種。在 Navisworks 平臺的 Clash Detective 模塊添加檢測，進行碰撞檢查計算，檢測完成后自動生成檢測報告。報告中顯示碰撞名稱、碰撞距離、碰撞位置、碰撞類型、碰撞點、相互碰撞的項目等。根據碰撞檢查結果，在模型中找到對應部位，針對碰撞點進行修改，逐一排查修改后再次進行復核碰撞檢查，重復此過程，直到碰撞結果顯示“零”為止。

本項目通過BIM模型碰撞檢查，發現2層構件碰撞共23處。如G /22 -G /24 軸處2個預制梁的出筋相互碰撞，B /3 軸處柱上部出筋和梁側面出筋相互碰撞(見圖3) 。

工程量提取

在Revit 視圖模塊中能夠創建明細表，根據計算需要選擇相應類型，生成明細表。利用明細表計算工程量包括2種方式: 族參數和計算值。明細表利用族參數能夠自動統計構件工程量。圖4為利用構件族參數統計的預制柱、預制梁工程量。而計算值是在族參數的基礎上進行設置生成所需計算的工程量。例如，需要計算一個構件的重量，通過族參數自動生成構件的體積，重量則通過“體積×密度”的計算值顯示在明細表中。明細表統計工程量是按類別統計，統計結果為項目中所有預制柱、預制梁、疊合板的總量，如果想要統計每層的構件數量，可以利用明細表中的過濾功能進行分類統計。

施工方案優化

1.優化場地布置

與傳統現澆廠房不同，PC廠房項目體量大，預制構件數量多，若不提前進行策劃，會造成PC構件堆放分區不規范，堆場雜亂無章，后期可能造成堆場空間不足，構件無處安放等問題。本項目借助BIM技術，結合履帶式起重機規劃運輸交通路線，對堆場構件布置進行優化(見圖5) ，提高堆場利用率。

PC廠房主體施工以PC構件吊裝為核心，塔式起重機在吊裝過程中至關重要。本項目布置塔式起重機數量較多，采用BIM技術對布置方案進行模擬，盡量保證項目全部構件在塔式起重機工作范圍內，且保證塔式起重機安裝、拆卸時履帶式起重機站位不影響其他作業施工，不占用交通路線，并以動畫形式指導作業人員進行規范合理操作，指導作業流程。經過BIM 模擬對比，最終確定設置7臺塔式起重機，如圖6所示。

2.構件吊裝仿真模擬

裝配式廠房構件數量多，構件吊裝質量決定整個項目質量。在正式施工前借助BIM技術對構件吊裝過程進行仿真模擬，再根據結果對吊裝方案和吊裝流程進一步優化，確保構件準確、高效吊裝。預制柱模擬吊裝與實際吊裝對比如圖7所示。預制梁兩端均有外部出筋，在柱頂處，4根梁的外部出筋上下錯開搭接(見圖8) ，若直接進行吊裝，會因構件安裝次序不正確導致返工，造成勞動力浪費和工期增加。借助BIM模型進行安裝模擬，確定正確的安裝次序，與施工人員做好交底，確保現場安裝一次成功。此外，通過吊裝仿真模擬將吊裝過程中可能存在的安全隱患暴露出來，以便管理人員提前采取預防措施，避免安全事故。

BIM 信息管理平臺

本項目包含構件種類多、數量大，為解決構件發貨、接收信息不準確，構件不知所蹤，現場安裝混亂的問題，采用BIM與二維碼相結合的技術手段，通過建立BIM信息管理平臺，實現構件信息共享，有效避免因個人錯誤導致的信息不準確，從而有效提高構件生產、吊運、安裝管理質量和效率。

借助BIM技術確定吊裝順序，從而確定構件的生產順序、運輸順序、堆放場地等，實現構件實時可視化管理。將三維BIM模型導入BIM信息管理平臺，每個構件生成一個二維碼，記錄構件的編號、樓 層、尺寸、生產廠家等信息，構件廠生產構件時，直接將二維碼卡片固定在構件表面。構件吊運過程中，構件廠根據二維碼卡片信息記錄發貨清單，現場人員接收構件時，根據二維碼信息再次核實發貨清單上構件編號，安排構件堆放位置并做好記錄。當現場發現構件損壞時，也能通過二維碼信息確定該構件生產廠家，及時進行修補或重新生產，避免影響構件正常吊裝。構件二維碼卡片能幫助現場施工人員更便捷地完成構件定位、吊裝，方便隨時查詢吊裝構件參數屬性、施工完成質量等信息，再將竣工數據上傳至項目數據庫，實現施工質量記錄可追溯查詢。

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結語

將BIM技術引入裝配式廠房項目，為項目帶來以下效益。

1、工期方面

通過對廠房模型進行碰撞檢查，找到模型構件之間存在的沖突點，提前解決，避免不必要的返工，縮短工期; 優化塔式起重機布置，減少各塔式起重機間的干涉，均衡工作量，有利于提高安裝速度，縮短工期; 模擬構件吊裝方案，提前確定吊裝次序，保證現場吊裝的順利進行，縮短工期。

2、成本方面

利用 BIM 技術優化場地布置，找到最優的塔式起重機布置方案，避免資源浪費，從一定程度上降低成本; BIM 自身帶有工程量統計功能，方便商務人員對項目成本進行核算，提高工作效率。

3、質量方面

通過碰撞檢查，提前發現預制構件的設計錯誤，極大地減少了現場拆改工作，提高了工程質量。

（編輯：奚雅青）