BIM百科 | BIM技術在裝配式混凝土結構工程中的應用

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摘要：馬駒橋公租房裝配整體式混凝土結構產(chǎn)業(yè)化施工中，以BIM技術為支持，重點解決施工過程中由于對施工指導不足導致的返工、高能耗與勞動力浪費等問題。通過BIM技術模擬，將CSI構件進行組裝、排序，預測可能出現(xiàn)的問題，提前制訂解決方案，并在深化設計中控制裝配式構件的預留預埋問題，為現(xiàn)場拼裝創(chuàng)造了條件。

馬駒橋物流B東地塊公租房項目住宅結構產(chǎn)業(yè)化技術體系中，預制構件有疊合樓板、疊合陽臺板、空調機擱板、樓梯梯段、夾心保溫外墻板、內墻板、女兒墻板、PCF板、裝飾板等。

采用BIM技術的主要目的是解決因設計、施工、構件加工對接不足造成的能源、資源浪費。通過建立BIM技術的參數(shù)化構件族，深化施工模型的設計，利用三維施工模擬、提取構件工程信息等手段，將裝配式產(chǎn)業(yè)化工程從現(xiàn)場粗放的“土建工程”轉變?yōu)榧氈碌摹鞍惭b工程”，在建造過程中，體現(xiàn)其縮短工期、合理利用勞動力、提高工程質量、降低能耗和控制成本等優(yōu)勢。

本工程施工過程中，充分發(fā)揮了BIM參數(shù)化優(yōu)勢建立高精度符合模數(shù)要求的族模型，分析、測算構件指標含量，提供工程過程結算依據(jù)；將設計及施工意圖引入BIM應用，使施工更完美的地實現(xiàn)設計藍圖（如預設塔式起重機錨固點等），提高工程質量；利用BIM可視化的特點，充分論證裝配式構件安裝與現(xiàn)澆組合的施工方案施工；采用多種軟件綜合應用與自主研發(fā)軟件相結合的BIM軟件策略，輔助工程管理。

1、產(chǎn)業(yè)化施工的難點

1.1 預制構件精細化管理難度大

本工程涉及上百種裝配式構件型號且采用結構保溫一體化外墻技術，施工單位面臨著進場構件型號與數(shù)量難以提取、施工現(xiàn)場物資分配碼放難以控制、施工過程中構件指標含量難以統(tǒng)計等問題，不利于生產(chǎn)管理與成本控制。

1.2 設計與施工無縫對接難度大

在傳統(tǒng)設計中，只考慮結構選型及計算，較少思考涉及施工中可能出現(xiàn)的問題。本工程建造過程中，由于建筑物主體和大型機械設備發(fā)生支撐、錨固等關系，會導致構件修改、返廠、增加構造做法等情況，造成人力物力和時間的消耗，增加工程成本。

1.3 專業(yè)化施工能力培養(yǎng)難度大

目前施工單位對裝配式混凝土結構施工尚無經(jīng)驗，專項施工技術能力不足。采用常規(guī)的技術交底，對施工及管理人員的培養(yǎng)效率較低，不利于工程質量的控制，也不利于建立專業(yè)化施工隊伍。

2、BIM技術解決方案

2.1 制訂符合本工程的BIM實施標準

依據(jù)《企業(yè)級BIM實施標準》制訂《馬駒橋物流B東地塊公租房裝配式混凝土結構產(chǎn)業(yè)化項目標準》，在遵循企業(yè)標準的前提下，規(guī)定了本工程的BIM實施原則和目標、BIM應用范圍和軟件的選擇；規(guī)范了裝配式混凝土結構工程的BIM模型標準，如參數(shù)信息要求、建模注意事項及交付定制族的說明、構件庫和裝配式混凝土結構知識庫的使用說明等，形成了裝配式混凝土結構產(chǎn)業(yè)化工程設計-施工一體化工作流程。

2.2 建立參數(shù)化構件族

裝配式混凝土結構工程與常規(guī)現(xiàn)澆混凝土工程的BIM模型存在差異，主要體現(xiàn)為構件族的參數(shù)化建立。通過BIM模型，實現(xiàn)構件加工圖紙與構件模型雙向的參數(shù)化信息連接，包括圖紙編號、構件ID碼、物理數(shù)據(jù)、保溫層、鋼筋信息和外架體系預留孔等。

表1為構件參數(shù)統(tǒng)計，表2為構件樣式統(tǒng)計。

在創(chuàng)建構件族中，發(fā)現(xiàn)族文件在創(chuàng)建混凝土澆筑板時，由于混凝土板為實心板，因綁扎的鋼筋占用了空間（板內為空心板），會多出相當于鋼筋體積部分的混凝土量，導致板的混凝土用量增加。對此采用參數(shù)化族的方式，通過修改預留位的參數(shù)信息解決了混凝土、保溫材料等工程量的精確性問題。本工程共建立水平構件參數(shù)化族310個，垂直構件參數(shù)化族609個。

2.3 構件模型管理

采用BIM結合物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)了通過信息管理系統(tǒng)查看模型資料，指導施工人員吊裝定位；實現(xiàn)構件參數(shù)屬性查詢，將竣工信息上傳到數(shù)據(jù)庫，做到施工質量記錄可追溯（圖1）。

2.4 構件模型庫管理

通過建立BIM構件，搭建完成了CSI構件族庫管理系統(tǒng)平臺；并通過內網(wǎng)/ 外網(wǎng)環(huán)境，實現(xiàn)了快捷的項目管理和對族、組件、模塊的平臺化管理。

構件庫創(chuàng)新點包括：（1）系統(tǒng)采用C/S 與B/S 混合結構，實現(xiàn)Revit嵌入式運用和web遠程使用；（2）系統(tǒng)不僅支持Revit工具還可支持其他文件類型的BIM工具，實現(xiàn)多種軟件CSI構件在一個統(tǒng)一平臺集中管理；（3）支持通過上傳新的自定義私有族文件，獲取在一定時間內下載公共族或下載一定量族文件的權限，實現(xiàn)族庫的自我更新。

企業(yè)內部BIM實施規(guī)范性族構件的統(tǒng)一管理和共享，加快了BIM建模的效率，有利于BIM 的實施推廣。族庫中定額信息的關聯(lián)和利用，提升了BIM數(shù)據(jù)對施工管理的價值。

2.5 構件模族資料管理

（1）PC端：通過CSI構件庫中的BIM模型將構件的試驗報告、進場外觀檢查和構件圖紙等信息相關聯(lián)，可更好地管理項目，提高施工質量、安全水平，把控施工進度。

（2）手機APP端：通過手機端將圖片、視頻、音頻、文字等信息發(fā)送至網(wǎng)頁端指定位置，方便項目部時刻查看并記錄施工進度、質量、安全情況；還可將上述信息與圖紙的相關位置關聯(lián)，更精準地把控項目，通過實時語音或視頻對話，快捷地展現(xiàn)施工現(xiàn)場問題，快速查出變更位置，為施工提供便利，也為后期的施工索賠及洽商變更提供依據(jù)。

2.6 構件可視化安裝模擬

2.6.1 建立高精度模型，表現(xiàn)各階段構件安裝

分離每一個步驟的模型并加以組合，實現(xiàn)用模型反映構件安裝過程的不同階段（圖2）。

2.6.2 通過施工過程模擬，論證施工方案

現(xiàn)階段住宅產(chǎn)業(yè)化基礎數(shù)據(jù)缺乏，尚無有效的可指導施工的基礎數(shù)據(jù)（如機械設備的分配、場地物資的堆放承受能力等）。本工程建造階段，首先遇到一次運輸構件施工現(xiàn)場碼放不開；尋找指定安裝構件困難；二次搬運增加構件破損，損耗大量人力及時間等問題。通過BIM4D預測施工進度，結合構件廠產(chǎn)能與場地條件控制，可控制構件到貨量；通過BIM技術進行吊裝測算，調整構件的碼放順序和位置；通過BIM模型，依據(jù)塔式起重機工作半徑范圍，統(tǒng)計構件型號，模擬驗證構件碼放位置的合理性和吊裝順序，合理布置構件碼放區(qū)的放置順序（高層構件在下，底層構件在上）。

2.6.3 模擬構件及機械的空間關系制訂施工方案

通過引入構件參數(shù)與人及機械設備、施工材料的關系（圖3），可提前發(fā)現(xiàn)問題；通過BIM 技術管理構件進場、堆放與搬運，分離每步驟模型并加以組合，用模型反映構件不同階段的安裝過程，模擬構件吊裝時與工人的空間關系，制訂吊裝方案。

2.6.4 構件可視化安裝模擬

目前工人對構件拼裝順序和三維空間坐標準確性操作尚存在難度，主要表現(xiàn)在：構件的鋼筋與現(xiàn)澆部分的鋼筋穿筋節(jié)點不清；安裝垂直構件時，工人對垂直構件找平及找標高缺少數(shù)據(jù)支撐。

對構件拼裝順序和三維空間坐標準確性操作有難度的問題，在現(xiàn)場通過三維可視化模擬模板構件拼接，實現(xiàn)同類構件不同公差的安裝方案。通過質檢測量數(shù)據(jù)錄入BIM 模型，實現(xiàn)構件還原實際構件條件，用于指導選擇安裝方案（圖4），減少了返工率。

2.7 基于BIM 技術的裝配式混凝土結構三維技術交底

一般勞務隊伍對產(chǎn)業(yè)化施工要求了解不夠，技術水平不足，可通過借用BIM 技術模擬施工做法，采用三維演示向勞務交底，并形成知識庫（圖5）。

2.8 構建構件質量跟蹤平臺

結合物聯(lián)網(wǎng)技術，質量跟蹤平臺在構件中設置RFID芯片。通過追蹤識別芯片關聯(lián)構件庫信息，并2.6.4 構件可視化安裝模擬目前工人對構件拼裝順序和三維空間坐標準確性操作尚存在難度，主要表現(xiàn)在：構件的鋼筋與現(xiàn)澆部分的鋼筋穿筋節(jié)點不清；安裝垂直構件時，工人對垂直構件找平及找標高缺少數(shù)據(jù)支撐。

對構件拼裝順序和三維空間坐標準確性操作有難度的問題，在現(xiàn)場通過三維可視化模擬模板構件拼接，實現(xiàn)同類構件不同公差的安裝方案。通過質檢測量數(shù)據(jù)錄入BIM模型，實現(xiàn)構件還原實際構件條件，用于指導選擇安裝方案（圖4），減少了返工率。

3、應用BIM的主要效果

3.1 產(chǎn)業(yè)化建造工期可控，效率提高

本工程設計方案采用BIM技術建立標準構件庫，提升了設計單位、構件廠和施工企業(yè)的可視化協(xié)同能力，實現(xiàn)了將生產(chǎn)工藝集中在工業(yè)流水線上，現(xiàn)場以安裝構件為主的住宅產(chǎn)業(yè)化目標，避免了建筑材料浪費，可減少人力勞動，增加機械生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，降低建造成本。

通過研究，實現(xiàn)設計階段對施工階段勞動力的綜合分析，在引用BIM技術對CSI住宅產(chǎn)業(yè)化虛擬三維模擬建造的過程中引入勞動力、物資和場地的概念，從而提高設計對施工的指導，減少勞務選擇風險及因設計不合理而造成的施工進度滯后等問題，可有效控制并縮短工期。

3.2 實現(xiàn)設計、施工一體化建造

本工程基于BIM的CSI設計主要特點是精度高，覆蓋設計、構件加工、現(xiàn)場施工等住宅產(chǎn)業(yè)化的關鍵環(huán)節(jié)，解決了以往住宅設計圖紙控制寬泛、對現(xiàn)場施工指導性差的問題。通過強化設計與施工的聯(lián)系，搭建基于BIM技術預制裝配式設計施工一體化協(xié)同平臺。該平臺根據(jù)設計階段完成的施工圖，搭建預制裝配式BIM模型，包括構件模板圖、預埋預留件圖，模型等級定為LOD400等級標準，并進行拆分模擬。根據(jù)設計階段的BIM成果，完成PC運輸、施工過程中各種工況的相關深化設計計算；通過結構計算確定脫模、存放時的吊裝和支撐位置。根據(jù)PC的BIM模型搭建及深化設計，生成完整的BIM信息模型，形成深化設計圖紙，用于指導后期生產(chǎn)和施工。

3.3 培養(yǎng)專業(yè)隊伍

目前施工企業(yè)對裝配式混凝土結構施工尚缺少經(jīng)驗，對此現(xiàn)場依據(jù)工程特點和技術的難易程度選擇不同的技術交底形式，例如套筒灌漿、疊合板支撐、各種構件（外墻板、內墻板、疊合板、樓梯等）的吊裝等施工方案通過BIM技術三維直觀展示，模擬現(xiàn)場構件安裝過程和周邊環(huán)境。對勞務隊伍則采用三維技術交底，指導工人安裝。交底內容明確直觀，方便了施工現(xiàn)場對分包工程質量的控制。

本工程采用三維技術交底的方式，建立了產(chǎn)業(yè)化施工標準，擁有了產(chǎn)業(yè)化設計施工團隊，培養(yǎng)了專業(yè)化人才，提高了對工程質量的控制水平。

4、結束語

目前，裝配式混凝土結構住宅產(chǎn)業(yè)化工程已在我國逐步發(fā)展起來，建筑產(chǎn)業(yè)化可節(jié)省資源，推動技術創(chuàng)新，提高建筑品質，是建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。BIM技術的推廣有利于住宅產(chǎn)業(yè)化進程，也是實施住宅產(chǎn)業(yè)化的重要手段。

本工程通過引用BIM技術以構件族為核心使設計與施工良好銜接，強化了與構件廠及業(yè)主的溝通；通過BIM的參數(shù)化與可視化手段模擬各種未知情況，為快速決策提供了支撐；制定符合本項目特點的BIM標準是實施的必要保障；工程經(jīng)驗、施工設備等信息必須與BIM模型信息相結合才能有效指導施工；BIM技術可有效記錄承載知識與經(jīng)驗有助于后續(xù)工作。

參考文獻

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