BIM 技术在装配式房屋建筑工程中的应用*

王占猛

(中铁十二局集团华南工程有限公司 广东 中山 528400)

结合我国当前的防务建设工程发展水平来看,通过工厂预制打造模块化的工程体系已经成为了多方关注的重点,这也让装配式建筑成功走进了大众视野,装配式建筑的施工效率较高、集中生产有助于实现工程管理,也可以实现成本控制。同时装配式施工体系的成熟也催生了一系列技术和管理模式。比如BIM 技术便是装配式房屋建筑施工期间常见的施工技术体系,不仅可以实现构件拆分设计,还能够为装配式工程提供专项施工方案。笔者针对BIM 技术的应用现状进行分析,有助于掌握我国装配式建筑的发展体系,对于后续的技术体系优化有一定促进作用。

1 理论分析

1.1 装配式房屋建筑工程

装配式房屋主要以工业化生产为主,将房屋的主体结构、部分基础构件拆分成单元体系,利用工厂预制的方式实现集中生产、运输、组装,装配式房屋工程在当前的产业化住宅以及工业化住宅建设领域有着较高的应用效果,不仅可以提升工程施工的速度和质量,也可以满足不同工程的具体优化需求。

1.2 装配式房屋工程的优势

装配式房屋工程改变了传统的房建施工模式,让常规的土建结构施工,有了更强的效率,同时也可以实现房建工程的标准化建设,是迎合新时期社会快节奏发展规律的重点成果。其中方案设计阶段是装配式工程施工的重点阶段,通过前期的信息化模型以及可视化数据分析,能够了解建筑工程的整体结构问题,通过前期的调整和优化,降低后续施工变更的概率,这对于提升工程质量有极强促进作用,更可以显著增强工程的社会效益和经济效益。

但也正是由于装配式工程的集中生产体系,在施工规划的过程中,对于数据信息的重视程度更高,只有确保各项生产参数真实有效,才可以避免出现生产预制出错的现象。

1.3 BIM 技术

BIM 技术被称为建筑信息模型,是新时期建筑学以及工程学繁荣发展,并且与信息技术融合之后打造的新工具。作为一种建筑学相关的信息辅助技术,BIM 技术在当前的建筑工程设计、规划、管理领域都有较强的应用价值。而随着新时期建筑体系的不断发展和创新,BIM 技术已经能够深入融入到建筑的设计施工乃至全寿命周期管理领域,打造具备整合性的三维模型信息数据库,实现各方主体的协同施工。从应用特征的层面来讲,BIM 技术的应用优势体现在以下几个方面。

首先,该项技术可以应用在工程设计领域,用于建设工程的全寿命周期管理。具备较强的可视化特点,依托数据信息提取以及相应模型的建立,能够让大量不可视的信息以及细节呈现出来,借助该技术可有助于打造具象化的施工管控体系,从而更好地解决工程规划过程中存在的各项矛盾问题。

其次,BIM 技术具备较强的动态性,在应用期间需要结合工程规划的具体需求,不断进行细节上的调整和创新,因此需要有较为丰富的数据库以及数据信息链条,能够实现自动化的数据信息提取和转换。

最后,BIM 技术在应用期间能够为各方主体提供协同运作的平台,比如打造共享知识资源库,构建信息交流互通平台,各方主体在施工期间可以结合装配式建筑的施工需求进行信息共享。让整个工程从概念到成果,都形成透明化、可视化的管理体系,使不同班组以及人员都可以结合自身的工作需求,在平台上插入、提取、修改、更新信息,以支持和反映各自职责的协同作业[1]。

由此可见,在当前的装配式工程施工规划过程中,通过BIM 技术实现工程全过程管理,不仅可以降低施工难度,还可以有效解决一部分遗留问题,提升各方主体的协作质量,从而满足工程社会效益提升的目的。

2 BIM 技术在装配式工程建筑中的应用方向

综合我国装配式建筑施工的发展状态来看,受到工程自身需求的影响,在实际施工过程中,对于建筑结构和空间的要求也有较大差异,为了提升BIM 技术的应用质量,满足装配式工程精细化管理的需求,笔者依托具体的案例展开分析,选择其中具备典型性和普适性的问题,强化BIM 技术的应用质量。

2.1 具体案例分析

某建筑工程项目的总面积约为23万m2,地上建筑面积达到了143 800 m2,标准层高为2.9 m,建筑共28层,使用年限为50年。由于建筑整体规模较大,在实际施工的过程中考虑到多方影响因素,经过详细进行性价比分析,最终确定选择利用装配式混凝土结构作为主要的施工结构,其中涉及了多种预制构件,包括阳台、叠合板、楼梯等。但由于建筑工程的外部结构为Y 型,有较多特殊点位,施工难度较大,且较为复杂。为了进一步提升施工效果,明确各项施工盲区,做到精准计算工程量和细节,需要充分应用BIM 技术以及其他的辅助软件进行施工全过程管理。

2.2 BIM 技术在装配式建筑工程中的应用方向

施工设计环节涉及的业务较多,为了进一步提升工程的整体质量,需要做到事不巨细,因此可以结合以下几个方面进行施工设计的分析。

2.2.1 多专业协同设计

多专业协同设计的核心目的在于提升建筑工程设计的全面性和整体性,避免出现施工盲区,也可以为后续的施工现场管理以及优化提供根本保障,而多专业协同设计的落实还需要划分成多个分支[2],详细分析如下:

(1)工程总体设计。结合当地的具体施工需求,围绕着山水城市建设的核心观念,本次工程的整体布局为南北朝向,由于涉及不同户型,在整体规划设计的过程中,需要通过Revit软件以及BIM 技术打造三维建筑模型,能够直观地展示建筑工程的总体设计理念,同时也可以呈现出工程的核心特点,有助于设计人员通过观察三维建筑模型,判断空间设置情况,是否能够满足施工标准以及施工要求;三维建筑模型设计结束之后导出CAD 图纸,便于相关人员进行细节复核[3]。

3#楼的3层以上结构属于装配式混凝土结构,该种结构主要包含12 种单元模板,预计3 420 块预制件,在施工的过程中,需要通过BIM 技术清晰的将这些预制件拼接成立体模型,并且在Revit软件中打造构建族库,不仅便于后期进行建模,还可以省去重复建模的工作,节省大量的时间。由于Revit软件中自带数据信息统计的功能,在建立三维模型的过程中,便可以了解不同预制构件的安装位置、几何尺寸以及材料构成等各项信息。本工程的装配式混凝土外墙主要包含了保温层、钢筋混凝土、石墨聚苯板等结构,通过可视化模型,还可以分析不同结构的施工参数,有助于后续工程的顺利开展。

(2)结构设计分析。本次工程中的装配式建筑为剪力墙结构体系,所使用的叠合楼梯板以及内部核心筒,在设计的过程中必须要关注其综合质量,才可以为工程后续的落实奠定稳定基础。在结构设计方面利用Revit软件来构建三维建筑结构模型,并且将所有的构架数据信息导入系统形成构件族库,然后进行构件拼接,最终完成整体结构的设计。

除此之外,还需要通过其他的附属性软件进行工程量计算,可以在Revit界面安装补丁,通过匹配建筑信息模型的方式,让两个模型之间构建关联,然后实现工程量计算。比如当前市面上较为常见的盈建科软件,能够精准进行建筑数据的提取和分析,导入模型之后可以自动实现模型匹配。由于本次工程的建筑外形结构较为特殊,包含了复杂的钢筋绑扎环节以及预制构件连接点设计,通过常规的二维平面图纸进行处理,必然存在较大的难题,而以三维建筑模型为依托打造的建筑结构设计方案,不仅可以制定合理的结构优化方案,还可以帮助设计人员分析不同节点中存在的问题,从而提升结构设计的合理性和规范性。

(3)建筑机电设计。在传统的建筑工程设计领域,建筑专业设计、结构设计以及机电设计往往是独立展开,但是在BIM 技术的影响下,这三项工程可以通过信息共享的方式实现协同设计。比如在BIM 平台上可以建立建筑工程模型,以建筑工程模型为共享载体,打造机电模型、结构模型。有关机电设计的人员可以结合土建工程的建设情况,围绕机电安装以及走线等各项细节,清晰地表达自身的想法,并且实现各个班组之间的协调和沟通,提升机电设计的合理性,也能够及时更新各项信息,避免工程冲突带来的影响。

(4)工程拆分设计。由于本工程的施工规模较大,为了进一步满足不同结构施工需求,在设计的过程中可以通过建筑构件拆分设计的方案实现分模块、分区域的设计和组装。比如本工程中涉及常规的平面建筑,也说企业异形建筑,可以将其划分成两个不同的结构进行单独设计,从而提升设计效率。

2.2.2 建筑管线以及预埋构件设计

建筑工程施工期间的各类管线以及预埋点的设计,通过BIM 技术实现优化之后可以打造可视化的体系,比如建立BIM5D 平台,通过拆分定位的方式了解预制构件的前期预埋位置,从中插入Revit模型数据档,便可以在立体模型中查看各管线、预埋构件的位置,从而实现碰撞检查、冲突分析以及预留孔洞参数的负荷。该种方式能够提升管线设计的科学性,避免与土建工程实现较大冲突,从而保证工程顺利完工。

2.2.3 施工环节的现场管理

施工环节落实现场管理,主要依托BIM 技术的信息共享以及实时数据更新和动态性管控,以实现现场管理。

(1)落实场地布设。工程开展之前,针对施工现场的整体环境进行分析,综合不同区域的功能以及对环境的要求,合理地设置办公区、施工区、放料区、宿舍区,确保人身安全,同时能够让工程顺利进行。由于本工程是高层建筑群,在施工期间需要配备至少7台塔吊同时进行工作,对于施工场地的要求较高。通过BIM 技术实现施工现场的立体模型创建,直观分析不同塔吊的工作范围以及需求,合理设置施工现场的场地位置以及通道位置,能够确保工程顺利开展[4]。

(2)施工过程的模拟分析。为了确保预制构件能够顺利安装,避免出现二次搬运以及二次生产等问题,通过BIM 技术实现施工过程模拟,尤其针对较为复杂的施工环节,通过线上模拟可以发现其中存在的核心问题,并且做好重难点施工工序的前期管控,规避一部分施工风险,也可以实现各方人员的技术交底。如图1为常见的施工现场模拟情况,了解不同区域的施工构件编号以及详细信息,在施工构件吊装时,能够快速前往施工场地进行安装。

(3)施工吊装环节的现场管理。本工程涉及大量的预制构件,在安装期间需要进行高层吊装,为了提升吊装施工的科学性和安全性,依托信息技术进行工程管理,在每一个墙体预制构件中设置RFID 芯片,其中储存了墙体的各项信息,比如位置、型号、尺寸、编码,现场扫描编码可以了解其具体的施工工序和环境,信号工会和塔吊司机进行信号共享,结合预制结构的详细信息,快速指定吊装路线[5]。预制构件到达指定位置之后,可以安装预制外墙,施工单位提前预埋好控制螺栓,确保其标高具备精准性,然后结合斜撑合理调整预制外墙的垂直度以及位置。另外,在构件吊装的过程中,也可以通过可视化模型,判断具体的吊装结构和吊装方式(见图2),避免出现脱落等问题。该种类型的施工工序还包含了钢筋绑扎、防渗漏施工等,结合具体的施工需求,依托BIM 平台进行工序分析,做好施工过程的各项信息数据的提取和更新,能够快速掌握施工进度,做好施工现场的应急调控和处理,从而提高装配式施工的整体施工质量。

图2 预制构件吊装模拟

3 结语

综上所述,在当前的建筑体系发展环境下,依托信息技术打造高质量的施工管控体系至关重要,笔者通过实际工程在装配式工程中的应用重点以及价值。以此来作为BIM 技术的工程推广依据,同时也可以为我国装配式建筑的施工和发展提供良好保障。