“BIM+装配式”建筑实训课程改革研究★

马维尼

(河南经贸职业学院,河南 郑州 450000)

装配式建筑的需求,是现代工业化发展的产物,给建筑行业带来了新的变革和发展。不仅建筑施工速度被大幅度提高,也实现了建筑行业构配件一体化、规模化生产。但随之而来的是新问题的产生。例如,从技术和管理层面来看,设计、生产制造和现场安装三个阶段是分开的,一旦出现设计结果不合理,或者生产部件不精确的情况,那么在安装过程中就会发现不能使用构配件,这样势必会产生工程变更和人力与物力的浪费,加大经济投入,甚至对质量安全造成影响;另外工厂统一批量生产、客户难以兼顾个性化需求和成本等[1]。

然而,BIM技术的出现,赋予了将建筑进行信息化的功能,使建筑构配件的结构设计、机电管线设计、工厂加工、现场安装等环节,通过预先建立和管理建筑模型(主要是预制构配件),生成图表,设计精确度和效率大大提高。“BIM+装配式”建筑的结合,为装配式建筑的发展提供了强有力的数据支持。

经调研,截止目前,高校虽已开设了许多与BIM技术相关的课程,但BIM技术在装配式建筑实训课程方面的研究还相对匮乏。本文以真实案例为基础,就如何将BIM技术用于装配式建筑建造过程,更新实训内容,增强学习者的实训效果,促进装配式建筑的发展,以某装配式建筑施工项目为例进行探讨。

1 装配式项目简介

该项目位于某综合实验区内,建设内容包含住宅8栋,建筑面积13.7万m2,地下建筑面积7.2万m2;主体部分1层—4层承重墙为现浇钢筋混凝土剪力墙,5层—31层外墙为装配式混凝土墙,内承重墙为现浇钢筋混凝土剪力墙,预制构件类型包含预制外墙板、叠合楼板、楼梯、空调板、阳台板、叠合梁;预制率为40%,装配率50%以上。由于本项目采用EPC项目管理模式,同时工期要求紧、任务重、环境管制较多,周围已有建筑较多,人工、材料投入需合理安排,对项目质量安全管理要求高,管理任务复杂。

2 “BIM+装配式”建筑综合实训设计与实施

在学生实训过程中,以某装配式建筑施工案例为基础,依据已有CAD图纸,先进行构件拆分,再完成土建、装配式和机电模型的创建,依次进行碰撞分析、施工场布模拟、管综深化,到装配式构件的制作、施工、堆场模拟等各个环节的应用,对BIM在装配式建筑中的应用技巧进行了详细的讲解。

2.1 建立团队、协同作业

根据项目需求,实现BIM项目工程信息协同化、管理精细化、建设高效化、运维科学化的目标。实训项目以小组为单位,每组6名学生,组建BIM项目小组,确定各角色人员职责与权限,开展阶段性考核与评价,团队组织及分工如表1所示。

表1 BIM项目团队及分工

2.2 确定工作流程、有据可依

到目前为止,BIM技术与装配式建筑中的结合,不仅仅是简单的构件碰撞分析,而是对整个项目在全生命周期的应用[2]。在BIM模型中包含了大量工程信息模型,如设计信息、施工任务信息、资产管理信息等,这些数据才是BIM应用的核心价值所在。在具体案例实施中,要针对Revit模型产生的数据通过BIM平台实现与施工方之间的BIM数据传递与共享。

为此,根据实训目的和项目内容,将实训过程划分为前期策划、模型创建、综合优化和施工模拟四个阶段,制定BIM技术在各阶段的实施细则,运用BIM技术充分沟通、解决、记录,展开各专业的深化设计;另外,利用工程算量软件,依据BIM模型完成各阶段相应的工作量计算,图1为项目实施的总体流程。

2.3 方案实施、提升技能

1)依据建模标准完成模型搭建。通过BIM标准的制定将BIM模型从创建到应用过程中的流程标准化,做到一个标准、一套规范,从而提高项目BIM应用的可复制性。同时实现多用户在同一项目上同时工作,节省时间,提高大型项目的操作效率,不同专业之间的协作,便于培养和造就一支结构合理、充满创新活力的BIM技术团队,使学生能够快速适应真实工作模式。

2)依据图纸完成装配式构件信息集成。根据真实案例,1层—4层主体完成后,进入标准层准备化施工环节,根据设计图纸,采用预制构件专业设计BIM软件进行预制构件的拆分和优化设计,预制构件设计如图2所示,从而实现钢筋、混凝土、管线等主要材料的统计,完成连接件、吊点、预留预埋件的布置。后期可以将所有构件信息直接传递到工厂生产环节,指导自动划线、摆模、布筋、布料等工序。

3)依据设计完成工厂化生产模拟。本实训项目采用EPC五化一体(即设计标准化、生产工厂化、施工装配化、结构机电装饰一体化、管理信息化)的工程总承包管理模式,以绿色发展理念进行产业化建设。

以标准化模数模块为设计理念,学生在实训中对标准化、系列化的模具进行相应设计,使作业标准化程度得到提高;将工厂操作搬到实训室,采用装配式建筑虚拟仿真实训,结合实操建筑模型,按照构件生产企业的岗位需求,进一步划分模块,实现完整的操作流程。装配式构件实训内容包括:原材料预算、建筑材料试验、模具准备、钢筋操作、混凝土制作、构件浇筑、拉毛收光、构件蒸养、起板入库等9个实训内容。

学生实训中以标准化的模数模块设计为前提,相应设计了标准化、系列化模具,提高标准化作业程度;利用装配式建筑虚拟仿真实训把工厂操作搬到实训室,结合实操建筑模型来实现完整的操作过程,根据混凝土构件生产企业岗位需求对模块进行进一步划分,混凝土构件生产虚拟仿真实训软件包括:原料预算、建筑材料试验、模具准备、钢筋操作、混凝土制作、构件浇筑、拉毛收光、构件蒸养、起板入库9个实训内容。让学生模拟一线操作人员,获得将自己设计的构件进行生产组装的亲身体验,使其走出校门就能适应多个岗位的工作,既能制作组装又能进行施工安装装配式建筑,迅速成为行业精尖人才。

4)依据施工方案与现场实际情况完成施工模拟。一项工程从进场施工开始,首先面临的就是整个工程的建设场地如何合理安排的问题。合理的场地布置可以使大型机械和临时设施尽量合理安排,降低施工现场材料和机械反复调整的几率,使大型机械设施的性能发挥到最大限度。在实训过程中,BIM项目组建立施工现场布置模型,将现场施工方案交底可视化,根据施工方案和现场实际情况制作施工模拟视频,改善施工工人对方案的理解;以便发现模拟中的问题,能够及时交流,避免类似问题在建设中发生,造成工期和经济损失。利用BIM技术对将建筑模型的建设全过程映射为虚拟环境,通过操作这个虚拟环境,最终实现验证、优化、调整、优选建筑方案的目的,从而达到观察、跟踪、控制和指导整个建筑过程的目的。

5)依据BIM5D平台完成数据管理。在施工过程中,项目经理如果按照传统的方法费时费力,信息难以记录、查询和统计的问题,需要一套有效的工具来帮助轻松完成这些工作,需要了解工程进度,关键部位的制作流程的质量控制,现场设备的维护和管理。该实训案例基于BIM5D平台对项目成本、进度、安全、质量、环境保护和文明施工等方面进行了有效化管理。通过BIM模型整合和共享建设过程中的数据信息,获得实时可视化的建设进度信息,并将已完成工作的工程量进行输出,从而提供精确的实时计量数据,用于对进度的监控;实现有效控制工程建设进度[3]。

比如项目各方能够随时查看计划进度以及实际完成情况,及时作出对项目进度的调整,缩短项目施工工期。实训学生主要通过以下几个步骤来完成进度计划的管理:一是将BIM模型和资料上传到BIM平台上,以便参与项目的各方都能及时掌握项目信息;再结合时间进度,借助BIM相关软件编制工程进度表;此外,在后期项目实施过程中,采取实时跟踪检查;最终,根据实际数据识别偏差,进行实施过程诊断。

2.4 过程化考核、综合训练

针对综合实训考核评价方面,坚持“过程化、项目化、双师化、合理化”原则,实现以装配式建筑真实案例为载体,依据项目内容及进度进行合理分工,避免团队成员“空窗期”;企业导师与校内导师相互配合,利用BIM平台适时查看学生实训开展情况,完成过程化考核评价。学生最终实训成果主要由过程考核(涵盖前期策划10%、模型创建10%、综合优化15%、施工仿真15%四个阶段)、作品展示(涵盖三维模型、图纸深化设计、问题记录报告、工程量清单、构件堆场仿真、制作仿真、施工仿真视频等)、项目汇报与总结三部分组成,分别占比50%,30%和20%。

3 实训成效分析

3.1 多课程交叉融合,学生综合素养显著改善

装配式建筑综合实训以BIM技术为基础,涉及多门课程的交叉融合,如建筑识图与构造、施工、造价、工程管理等,不仅对学生的团队协作能力进行考查,同时强化学生多门课程的融合。经过实训练习,使学生的专业知识、技能、应变、创新、交流与协作等综合素养显著改善,有助于学生快速适应工作岗位需求。

3.2 双导师协作深入,教师团队能力明显提高

企业导师与校内导师相互配合,利用BIM平台适时查看学生实训开展情况,增加了校企双导师交流机会,使实训过程最大程度符合工作过程,同时将行业新技术引入到教学中,整体提升了教师教学能力。

3.3 校企协作增加,项目实战机会增强

坚实的专业能力吸引了大量的校企合作单位。如装配式构件生产公司、BIM研究中心、咨询公司、施工企业的BIM中心等[4],将部分工作量交由学生完成,既加强了学生工作能力,又提升了企业工作效率,为学生就业奠定了良好基础。

4 “BIM+装配式”建筑综合实训推广

“BIM+装配式”建筑综合实训对装配式建筑的实现起到重要的支撑作用,特别是在预制构件布设、管线综合布设、专业协同等都能起到一定的指导作用。本实训项目通过BIM技术深化预制构件,模拟预制构件安装过程,提前发现并解决多处图纸问题及构件碰撞问题,减少了二次返工。在模型中虚拟施工,既为企业开拓市场增加亮点,提高施工技术管理,节约管理成本;又能充分体现高职教育特色,使学生在知识、技能、素质等方面得到全面发展,帮助学生快速适应岗位需求,有效提升企业满意度,提高专业对口就业率。