技术加持 推动建筑行业变革发展

文｜本刊记者 汪莉莉

2014年3月16日，国务院印发《国家新型城镇化规划(2014-2020年)》，在“加快绿色城市建设”一节中提及“大力发展绿色建材，强力推进建筑工业化”。2015年2月15日，住房和城乡建设部发布了《预制混凝土剪力墙外墙板》等9项国家建筑设计标准，自2015年3月1日起实施，这将有力推动信息技术在装配式施工的应用。

2016年2月6日，国务院发布《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》，提出要大力推广装配式建筑，建设国家级装配式建筑生产基地。加大政策支持力度，力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%。2016年9月14日，李克强总理在国务院常务会议中提出“决定大力发展装配式建筑，推动产业结构调整升级”。2016年9月27日，国务院办公厅印发《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，《意见》提出，要以京津冀、长三角、珠三角三大城市群为重点推进地区，常住人口超过300万的其他城市为积极推进地区，其余城市为鼓励推进地区，因地制宜发展装配式混凝土结构、钢结构和现代木结构等装配式建筑。

全国各地也相继出台相关政策措施，目前已有30多个省市出台了装配式建筑专门的指导意见和相关配套措施，不少地方更是对装配式建筑的发展提出了明确要求。越多越多的市场主体开始加入到装配式建筑的建设大军中。在各方共同推动下，2015年全国新开工的装配式建筑面积达到3500万平方米—4500万平方米，近3年新建预制构件厂数量达到100个左右。

发展装配式建筑是建造方式的重大变革，也是推进建筑业供给侧结构性改革的重要举措，有利于节约资源能源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全水平，促进建筑业与信息化工业化深度融合、培育新产业新动能、推动化解过剩产能。装配式施工则可以进一步提高建筑品质、降低资源消耗和环境污染，是建筑行业实现转型升级，可持续发展的必然之路。

装配式施工是采用工业化生产的方式，在工厂内完成构件或部品部件的生产，运输到施工现场后，进行现场安装的施工方式。建筑结构从构成材料进行分类，可以分为木结构、砌体结构、混凝土结构、钢结构以及混合结构，在这些结构形式中，除了砌体结构外，其他结构都适合采用装配式施工进行建造。建筑物建造的施工顺序一般划分为基础工程、主体结构工程、机电安装工程和装饰工程四个子阶段。在这四个子阶段中，除了基础工程子阶段，主体结构、机电安装、装饰等子阶段都可以采用装配式施工。近几年来，随着国家大力推进绿色建筑以及住宅产业化，在混凝土结构住宅建设中采用装配式施工方式的项目越来越多。

混凝土结构住宅装配式施工是在工厂中通过标准化、机械化方式加工生产混凝土预制件（以下简称PC构件），然后运送到施工现场后，通过机械设备进行吊装的施工方式。例如近年国内首栋采用装配式施工的上海万科新里程20、21号楼，采用框-剪结构，外墙、楼梯、阳台、叠合楼板在工厂预制加工。在施工时梁、柱、剪力墙现浇，楼板进行装配并进行部分现浇混凝土，其中20号楼外墙采用先装法（香港预制技术），21号楼外墙采用后装法。相比传统的施工方式，装配式施工减少了建筑垃圾的产生、污水的排放、噪音的干扰、有害气体及粉尘的排放，使建筑过程更加环保，并可以提高生产效率和建筑质量，促使建筑业实现可持续的健康发展。

高效环保 促进产业健康发展

装配式施工在解决传统施工方式问题的同时，对施工管理和施工技术也提出了要求和挑战。采用装配式施工的住宅，建设过程不同于传统方式，增加了深化设计、构件生产、物流运输阶段，施工阶段的主体结构施工由现场浇注转变为以装配式施工为主。

装配式施工的工作过程一般划分为施工准备、施工和交付阶段。在现场装配时，为了避免PC构件的二次搬运，提高安装效率，需要提前对PC构件的堆放位置及堆放顺序进行合理安排。通过三维场地布置软件对施工现场的道路、临设、大型设备、各生产操作区域、PC构件的堆放区域等进行可视化的布置，利用PC构件模型中的施工时间、施工顺序、安装位置等信息，结合吊装设备的吊装半径、吊装能力，通过3D模型以动态的方式进行PC构件堆放位置、顺序的模拟，对构件的吊装路径进行模拟，实现吊装路径优化，避免二次搬运。通过模拟分析，可以选择最佳方案确定塔吊位置、PC构件堆放位置及顺序，为后续施工奠定基础，提高施工质量及效率。

在相关软件中建成建筑模型以及场地模型后，根据项目施工组织计划方案对项目进行动态的施工仿真模拟，实现在虚拟模型中未建先试。在施工方案模拟的过程中通过查看任一时间段的施工状态，发现施工组织过程中的纰漏，及时调整施工进度计划，避免在实际施工过程中由于时间安排的不合理而导致的各工种、各专业、各工序配合上的冲突，避免由此引起的怠工、窝工现象，影响项目工期。

施工开始时，将建筑信息模型与施工进度计划相关联，形成可视化的4D模型。在施工过程中，可以将实际进度录入建筑信息模型中，并与计划进度进行关联，随时通过模型展现实际进度与计划进度的对比，随时随地监控项目进展与计划的偏差，直观、精确的反映整个建筑的施工进度，提前发现计划偏差，提高进度管控的科学性和及时性，保证项目工期。在施工过程中，还可以根据PC构件计划安装时间提前进行订购，并可以将PC构件的实际生产、运输、在场、安装等不同的状态信息录入建筑信息模型中，从而直观地了解不同构件的运转情况，实现便捷的订购、生产、运输、现场装配的管理工作。

利用信息化手段破解难题

采用传统的二维设计方法在深化设计阶段进行PC构件拆分时，由于装配式体系的差异以及工程规模的大小不同，会产生数量不等的各种形式的PC构件。每个PC构件预留的管线、孔洞、连接节点、吊装工艺等都会有所不同，外观一样的PC构件也要设置唯一的编码，标明其规格型号、安装楼层、安装部位等详细信息，因此一般的住宅项目会产生上百种型号的PC构件，设计及管理工作量很大。

由于PC构件是整个建筑中不可缺少的一部分，PC构件的生产管理及物流运输对工程进度有着直接影响，构件按计划正常的生产、质量合格并运送到施工现场是保证工程进度的关键因素，需要进行有效的管理。在现场装配施工时，采用传统的二维图纸及文字方案进行构件吊装、构件节点连接等技术交底时，工人不容易理解吊装工艺及节点连接工艺，交底难度大，对施工安全、进度、质量有着很大的影响。

装配式施工采用传统的管理方法和技术，工作量大、管理难度大、效率低，通过使用建筑信息模型可以很好的解决上述这些问题。在深化设计阶段，利用建筑信息模型创建建筑、结构、管线BIM模型后，可以利用软件的相关功能高效地进行PC构件的拆分设计，通过碰撞检查，预先排除PC构件之间、PC构件与现浇部分、设备、管线之间的各种问题，避免今后的设计变更等，减少不必要的浪费，降低成本。同时还可以出构件详图，提高图纸的准确性和完整性。构件生产阶段，建筑信息模型中的PC构件信息也可以直接传递到生产设备，进行构件的数字化生产与加工，极大地提高生产效率。

在施工准备阶段，可以直接利用建筑信息模型，进行施工场地布置模拟，优化场地布局，提高构件的安装效率。通过进行施工方案模拟、提前发现吊装中可能发生的碰撞等问题，优化施工方案和施工计划。在施工过程中通过进行专项吊装方案模拟，优化吊装方案以及进行方案的可视化交底；通过对构件的生产与配送进行全过程管理，优化构件生产及运输计划，合理安排施工进度。还可以通过可视化技术交底，使工人充分理解设计及安装要求，提高构件安装、连接的正确性及精度；通过现场质量检查与建筑信息模型关联实现数据的对比，提高质量管理水平。

管控进度 提高质量 降低成本

近几年，在装配式施工中应用BIM技术的项目越来越多，例如沈阳南科大厦、北京万科金域缇香、住总万科金域华府·尚华嘉园、郭公庄公租房、马驹桥物流B东地块公租房等项目。

以马驹桥物流B东地块公租房项目为例，该项目位于北京市通州区台湖镇水南村，工程总建筑面积210902.96 平方米。工程共有10个单体工程，地下1-2层，楼体地上均为16层，建筑高度45米。住宅总建筑面积150500平方米，住房套数3004套。

该项目在施工初期图纸并不完善，施工标准不完善，缺乏施工经验，施工难度大、困难多，其中，预制构件涉及几百种装配式构件型号，过程管理复杂，对于工程的生产管理与成本控制是个挑战。同时，设计施工无缝对接难度大，设计单位在设计时只考虑结构选型，力学计算等问题，对实际施工过程考虑不足，在实际建造过程中会发生构件修改、返厂、增加构造等情况，工程工期、成本难控制。此外，专业化施工能力培养难度大，相关施工队伍对于装配式混凝土结构施工无相关施工经验，对于专项施工技术存在施工能力不足的现象。采用常规的技术交底，对于施工及管理人员的培养效率较低，不利于工程质量的控制，同时也不利于建立专业化施工队伍。

为了有效应对项目的难点和挑战，本项目使用BIM技术解决住宅产业化的新问题。在项目建造过程中，进行了施工方案模拟、可视化交底、施工进度管理等操作。根据项目的实际需求，在Revit 2014上开发了场地布置插件，解决PC构件堆放问题；通过开发构件质量跟踪系统，解决了构件的生产管理及质量管理问题。

该项目依据《企业级BIM实施标准》建立了《马驹桥物流B东地块公租房装配式混凝土结构产业化项目标准》，在遵循企业标准的前提下规定了本工程的BIM实施原则和目标，BIM应用范围和软件的选择。同时规范装配式混凝土结构工程BIM模型标准，例如参数信息要求、建模注意事项等，以及交付定制族的说明，构件库和装配式混凝土结构知识库的使用说明等，形成了马驹桥公租房装配式混凝土结构产业化工程设计-施工一体化工作流程。

马驹桥物流B东地块公租房项目为设计-施工一体化工程，设计单位在设计阶段通过使用Revit 2014建立了工程的BIM模型。装配式混凝土结构工程与常规现浇混凝土工程的BIM模型之间存在差异，主要体现在构件族的参数化方面。通过建立构件BIM模型，实现构件加工图纸与构件模型双向的参数化信息连接，包括图纸编号、构件ID码、物理数据、保温层、钢筋信息和外架体系预留孔等。

为了实现更好的场地布置功能以及构件放置顺序的优化，项目团队在Revit 2014基础上开发了场地布置插件，通过该插件分析出预制构件存放区设置在靠近楼体且在塔吊回转半径之内，便于构件的吊装。通过对单层的预制构件吊装顺序进行统计分析，合理规划不同构件的存放区，实现构件吊装的路径优化，提高吊装效率。

通过开发基于BIM的构件管理及质量跟踪平台，将构件信息导入系统，建立模具与生产班组的绑定关系。构件生产前，按楼层供货计划将构件依次选入待产池内并指定成品库位，根据待产池里的构件自动生成材料、埋件、半成品的备料计划。根据绑定关系自动生成每个台班的生产任务单，制作模台运行记录单，下发生产班组。在施工过程中，可以查询构件的相关信息，录入构件的现场质量检查数据，实现构件的质量可跟踪。

在施工准备阶段，可以进行施工方案模拟，优化施工方案、施工计划和资源配置。在施工阶段，可以进行吊装方案模拟，优化吊装方案，同时实现了可视化的方案交底，对提高安装效率和安装质量有很大的作用。

通过使用BIM方案模拟软件，对构件拼装顺序、构件套筒灌浆连接方式及质量要求进行可视化的交底，降低了交底难度，对提高安装质量和效率有极大的帮助。现场的劳务队伍对产业化施工要求了解不够，技术水平不足，也通过BIM技术进行可视化的交底，形象的模拟施工做法，提高交底的质量。

马驹桥物流B东地块公租房项目通过利用装配式施工，使工期得到有效控制，施工效率大大提高。本项目的设计方案采用BIM技术建立标准构件库，提升了设计、构件厂、施工企业的可视化协同能力，实现了将生产工艺集中在工业流水线上，现场以构件安装为主的住宅产业化目标，保证了工期，避免了建筑材料浪费，减少人力劳动，提高了生产效率，降低了建造成本。

该项目采用了基于BIM的CSI住宅设计体系，主要特点是精度高，覆盖设计、构件加工、现场施工等住宅产业化的关键环节，解决了以往的住宅设计图纸控制宽泛，对现场施工指导性差的问题。同时，实现了专业队伍的培养。通过使用BIM技术进行三维直观展示，模拟现场构件安装过程和周边环境，提高了交底的效率和质量，培养了一批专业队伍。同时也建立了产业化施工标准，拥有了产业化设计施工团队，为承接新的产业化项目做好了准备。

通过马驹桥物流B东地块公租房项目的实践可以发现，相对于传统方式，在装配式施工中应用BIM技术，可以更有效地管控项目进度，提高质量管理水平，降低项目成本。在进度方面，通过施工方案模拟，可以优化施工计划；通过构件管理，可以及时下达、跟踪构件状态，避免因构件生产运输等问题影响进度；通过施工进度管理，可以形象直观地发现实际进度与计划进度的偏差，及时进行计划及相关资源调整，保证进度在可控范围内。

在质量方面，通过吊装模拟，进行形象化的交底，保证吊装的精度；通过可视化的技术交底，保证构件的节点连接质量；通过构件质量管理，实现质量数据可追溯，提高了质量管理水平。

在成本方面，通过场地布置，避免了构件的二次运输；通过施工方案模拟，优化了资源配置，避免了窝工、怠工等现象的发生；通过吊装模拟及可视化的技术交底，提高了工作效率和安装质量，降低项目成本。