基于BIM装配式精益协同设计施工探讨

金伟强，曹俊杰

（1.上港集团瑞祥房地产发展有限责任公司；2.上海远东水运工程建设监理咨询有限公司）

1 引言

随着《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》（国办发[2016]71号）[1]的发布，装配式建筑在我国快速发展。从2016年至今，装配式在发展也遇到了多种问题：设计标准化程度低，精装修设计滞后。传统项目施工，精装修是在主体结构施工完成后进行的，存在大量湿作业，也易造成二次打砸、开槽、开洞等工作。如何“一步到位”是装配式发展到目前阶段面临的一个难题。

2 研究背景和目的

星江湾项目是国内最大规模的、同时具有“围合式+PC装配式+干挂石材立面”的建筑群，必须准确预埋三大类预留（干挂幕墙埋件、风管地漏、精装点位）：①军工路项目围合式建筑布局，房型繁多，一共有8大类户型、39种房型的实际分布，由此造成了大量非标异型预制装配式构件；②项目采用全石材幕墙结构，由此造成大量幕墙埋件需要在预制装配式构件生产过程中预埋；③项目采用精装修交付，机电点位众多，新风、地暖、空调管线复杂，预埋、预留工作量大，加大了前期设计的难度。

本次结合星江湾项目实际情况进行研究分析，探讨如何通过精益协同设计施工实现“一步到位”。

3 装配式项目管理的难点

3.1 过程阶段增多，信息损失量大

装配式设计施工增加了构件拆分、预制构件生产、现场吊装等几个阶段。尤其是构件拆分阶段，板块拆分是最容易丢失信息的[2]。

3.2 图纸内容抽象，设计审核困难

建筑各阶段都是系统性工程，设计也需从整体考虑，整体拆分成模块，单独看某一模块是看不出问题的，审核人多张图纸对比，靠想象整合到一起也难以发现问题。

3.3 构件类型多，相似度大

不同户型构件存在区别，相同户型左右对称构件也是不同的。

3.4 设计工作重复多，影响进度

不同专业针对不同阶段，规范要求也不一样，造成设计工作重复，比如，住宅内部灯的设计，主体设计院设计时，一个房间只能一个灯，否则节能规范通不过，但装配式建筑中，室内专业需提前介入，但介入后室内专业还要重复设计。弱电智能化、暖通空调、新风系统等专业同样如此，这就造成了工作的重复，同样也制约了设计进度。

3.5 设计先行，问题提前，涉及专业多

装配式建筑各专业设计从边设计边施工的形式改变成设计阶段全部整合后再施工，对设计师提出了更高的要求。设计师必须有丰富的经验将各种施工问题一同考虑。

①室内专业。最容易出现点位开槽错落；手孔位置和线盒高度冲突的问题。

②机电安装专业。预留洞难处理，楼层间容易出现偏差，造成现场无法安装；预留洞一般都是靠近板块边不能放大。

③幕墙专业。幕墙有其固有的体系埋件位置，需要避开套筒线盒及板块边缘，并预留容错空间，给幕墙设计造成巨大困难。

④专业交叉影响。传统的设计都是各专业做自己的，最后整合到一起，这就造成了各专业相互影响，既费时又费力。

4 结合项目构件基于BIM的一体化协同设计施工体系

4.1 组织协同设计，构建BIM基础模型。

目标实现的第一步是协同设计，协同正向设计是解决此问题的最优方案。只是正向设计目前也就是小部分设计院试点和尝试，现有的建设进度首先不允许，其次现有的设计软件与出图规范和审图体系不匹配，除非设计师二次调整，但工作量巨大。这两点造就了正向设计在发展过程中遇到了巨大调整。现在是设计变革的过度时期，结合目前建筑设计行业发展的实际情况，最合适的解决方案是二维平面协同设计结合BⅠM三维论证。

目标实现的第二步是构建BⅠM基础模型。在主体设计的基础上构建BⅠM模型，模型从结构专业开始。在没有打通结构计算模型和PC设计模型时，只能分开建立两套模型，现在对接PC模块化设计最好的软件是planba，设计的模型可以直接用于工厂半自动化生产。

4.2 组织构件厂和施工单位讨论板块划分的可行性

设计的板块划分并不一定符合生产标准化、合理性，结合BⅠM模型可以简单直观分析板块划分的可行性（见图1）。针对复杂节点，利用BⅠM模型进行模拟施工，为后期施工交底提供技术支撑（见图2）[2]。

图1 PC板块划分BIM模型

图2 PC关键节点施工模拟

4.3 梳理设计工作界面，整合各专业模型，分析讨论布置合理性

现在二维协同设计还停留在主体各专业之间，因而各专项设计前梳理实施界面，确定衔接点是同步开展工作的关键。

考虑到整体实施进度，在政府规范流程调整前各专业协同设计，能很好减少重复工作。以住宅装配式设计为例，可以约定入户门为边界，室内部分以装饰图为准，总体图仅用于审图。由此，精装修可以在户型方案确定后和主体设计同时开展（智能化、幕墙、暖通也可类似考虑）。

BⅠM也可同时介入，在板块划分模型的基础上整合其他各专业，分析并解决机电和土建本身的碰撞问题。针对冲突不合理的板块划分和机电线路以及幕墙埋件等点位进行调整，以便于更好地标准化生产和施工。

4.4 结合BIM模型建立PC施工项目管理平台，跟踪每一块构件的实施情况

在装配式建筑施工中，构件到达现场后，发现问题，其错误成本就会十分高，特别是当构件安装以后发现问题更是难以挽回。因此，利用BⅠM模型建立PC施工项目管理平台十分必要。只有跟踪好每一块构件的生产、运输、吊装，保证其准确性才是精益施工的关键。星江湾项目利用二维码并结合“一件一档”的思路找平台公司为项目专门打造一套全过程的PC施工项目管理平台（见图3）。二维码是目前现场最常用的构件跟踪识别方法，其优点是简单、便宜、易操作。根据每一块构件的参数，最终在平台BⅠM模型中显示，并利用颜色进行标识（黄色代表构件出厂，褐色代表构件进场，蓝色代表正在灌浆，绿色代表正在吊装（见图4）。

图3 构件管理平台

图4 构件管理平台状态界面

4.5 专项培训，提高施工人员素质

装配式施工工人基本都是原来传统施工人员，故而大多都是第一次参与装配式施工，欠缺实操经验，也增加了项目质量的不可控因素。因此，实操培训是必不可少的程序。提高施工人员素质是精益施工管理中“人”控制的关键一环。

4.6 实时检测，保证灌浆合格率

装配式施工最关键的工序就是灌浆，但因为灌浆是隐蔽工程，无法靠人员观察检查，且后期出现不合格也无法返工。因而，可通过传感器实时检测，即使检测不合格也能及时补灌。

5 总结与展望

装配式项目的质量控制是装配式项目的关键，本文从精益协同设计施工的角度，结合BⅠM技术研究PC项目“一步到位”的可行性，其管理流程关系见图5，为以后装配式建筑实施提供技术参考。

图5 PC项目管理流程关系图

要真正实现“一步到位”，有三点必不可少。

①政府政策支持，优化审图和报建流程。

②软件技术端口打通。BⅠM推广困难很大的原因是各设计软件接口难以对接，每一个专项设计必须重新建模，大大增加了建模的重复工作。打通软件接口，最初方案设计的模型就能一直沿用到项目竣工，既减少了信息在各阶段的丢失，又提高了工作效率。

③推动正向设计。正向设计是解决各种问题的最优方案。