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1. 引言


BIM(建筑信息模型,Building Information Model),是以建筑模型为载体,集成建筑项目的各类真实数据及信息,并通过信息化的应用来协助及指导建筑工程项目管理,是一种建筑工程项目管理的信息化手段。BIM技术自2002年进入我国,起步阶段发展缓慢;近几年国家、省、市相关部门相继出台利好政策推动BIM的应用与发展。例如,2016年住建部颁发了《2016~2020年建筑业信息化发展纲要》,明确提出应加强BIM技术集成应用能力,并应当注重BIM技术专业人才的引进及培养。

而装配式建筑是将建筑拆分成墙体、梁、柱、楼板、楼梯等构件,在工厂或工地上生产,再运送至施工现场,利用拼装技术进行装配化施工的建造过程。现阶段,随着国家对BIM技术的大力推进,BIM技术在装配式建筑中的应用已经有很多方面的研究。但是,针对BIM技术应用于装配式建筑安装中的应用,国内的研究甚少。现阶段装配式建筑在安装过程中,由于构件的生产精度及现场的安装精度不足,导致在现场安装的过程中会出现各种问题,从而造成返工、延误工期进而增加造价等一系列问题。装配式建筑全产业链各环节的信息交流与存储存在着庞大的数据需求,而BIM技术恰恰可以在装配式建筑全产业链,特别是施工安装装配化方面,提供大量可靠、准确的信息。应用BIM技术已成为实现装配式建筑全生命期关键数据共享及协同的一种必然趋势。

2、BIM技术在装配式建筑安装中的优势


装配式建筑的核心是“集成”,BIM技术是“集成”的重要手段。对装配式建筑而言,BIM技术可以有效实现装配式建筑全生命期的管理和控制,包括辅助完成设计方案优化、构配件深化设计、构件生产运输、施工现场装配模拟、运营维护等;有效提高装配式建筑设计、生产、及施工的效率,从而促进装配式建筑的进一步发展和建筑工业化进程。

2.1优化施工进度和流程

在装配式建筑实际生产施工中,应用BIM技术能有效地控制及协调材料的运输进场时间;通过BIM技术与无线射频(Radio Frequency Identification, RFID)技术的结合可以实时把控材料的运输及进场时间、安装状态;从而优化施工进度安排,及时规避因生产、运输等因素造成的施工进度滞后等问题。

2.2保证施工安全和质量

利用BIM技术能有效保证装配式建筑施工安全及施工质量。通过BIM技术实现现场协同管理与可视化施工工艺交底,可有效降低沟通时间和成本,确保施工质量;在施工现场中利用BIM协同软件进行质量安全问题的反馈追溯,实现工程项目安全及质量问题的闭环,有效控制建设项目质量。

2.3提高施工效率和精度

以BIM模型为载体将施工过程数据进行收集、采纳、存储,再配合相关的BIM软件对项目进行施工工艺模拟,合理制定施工组织管理方案、精确掌握施工工艺流程,可以提高施工效率及施工精度,避免返工和成本的增加,加快施工进度。

3、国内外技术应用比较

BIM技术在国外装配式建筑施工过程中的应用主要集中在预制构件高精度安装、施工进度模拟、现场管理等方面。英国剑桥大学的Min-Koo Kim等人将3D激光扫描和BIM技术结合,开发一种非接触预制构件质量检测方法,以保证装配式建筑的高精度安装;英国哥伦比亚大学T.Sri-Kalyan等人借助BIM技术的高维度模块分析,找到了一种保障预制构件安装施工质量的方法;美国伊利诺伊大学的Golparvar-Fard等人结合BIM和摄像技术,将图像信息输入至模型中,实现了3D施工模拟,合理安排施工进度;Chau等人研究了基于BIM的4D施工进度模拟,并根据进度模拟指导现场施工材料的供应;Marshall-Ponting等人研究了基于BIM技术的可视化施工进度模拟及现场管理。

目前国内装配式建筑BIM应用研究多集中在设计阶段,处于建筑全寿命周期下游的施工阶段,BIM技术应用潜力巨大。中国建筑科学研究院许杰峰等人开展了“基于BIM的装配式建筑建造过程关键技术研究”的课题,研发了基于BIM平台的装配式建筑智能施工安装系统,开展装配式建筑的运输、安装的示范应用。山东建筑大学苏杨月等基于物联网、3D激光扫描、信息处理等技术的装配式建筑BIM自动化质量管理平台,解决构件尺寸、构件强度、灌浆饱满度、安装尺寸偏差等高精度安装问题。沈阳建筑大学常春光等提出将BIM技术与RFID技术结合应用在装配式建筑施工中,探讨了BIM-RFID系统的应用过程及可行性。上海建工马跃强等以实际工程为例,采用BIM技术模拟装配式建筑施工全过程,并阐述了如何将BIM技术应用于装配式建筑施工中,为工业化施工提供模拟和分析。

4、BIM技术在装配式建筑安装中的应用

BIM技术在建筑业中的应用越来越广泛,涉及建筑全生命期各个阶段。将BIM技术应用在装配式建筑中,能够有效提高装配式建筑施工的信息化程度,提升施工吊装效率、提前规避问题、缩短工期等。

本文研究了BIM技术在装配式建筑安装中的具体应用,其中包括预制构件检测、施工场地布置管理和预制构件吊装模拟三个方面的应用。

4.1预制构件检测

装配式建筑预制构件因是在工厂中预制再运输至现场吊装,对构件的生产精度及现场的安装精度的要求高,通常达到毫米级别。因此,预制构件生产和安装过程中的生产精度及安装精度的控制就显得格外重要。然而,在实际生产过程中采用一般的测量工具来控制构件的生产精度的方式难以达到毫米级的精度要求;所以,需要借助BIM技术等精确、高效的技术或者工具来控制构件精度。

BIM技术可与三维激光扫描技术相结合,实现对构件的精度控制。首先,对装配式预制构件进行三维扫描后,生成预制构件的三维模型,再转化为BIM模型数据,并通过与原深化设计模型对比,从而检测预制工厂生产的预制构件是否符合设计要求。同样,对施工现场和施工塔吊进行上述操作,可实现对构件精度的控制和精度检测。三维激光扫描技术,是一种先进的高精度全自动的点云立体扫描技术。作为一项新的测绘技术,三维激光扫描技术已成为当前获取空间数据的一种重要手段。它主要通过三维扫描仪获取物体表面各点的空间坐标并形成点云数据,再利用这些点云数据构成相应的物体三维模型。目前通过BIM技术与三维激光扫描技术的结合,已实现在工程实际中以此技术检测墙面的平整度、预制构件的精度等应用。

4.2施工场地布置管理

实现装配式建筑的高精度安装,不仅需要控制构件精度,同时实现施工现场的信息化管理和施工现场的精细化吊装也具重要意义,特别是在施工组织管理、施工场地布置等方面。施工场地的管理涉及构件的堆放位置、塔吊位置、起吊角度等因素。首先运用Revit 软件对整个施工现场的构筑物按照1∶1 的比例进行建模,随后根据现场场地尺寸并结合现场施工手册的要求,对现场临建、道路、材料加工区、塔吊等进行场地布置模拟。最后运用Navisworks软件对整个场地生成漫游动画,从而核实临建布置的位置、道路的宽度、转弯处的弯度是否合理,材料加工区是否在塔臂覆盖范围之内,塔吊连墙件的设置、塔臂是否有碰撞的可能等情况;及时调整施工漫游中发现的问题,从而优化施工现场布置,保证各施工环节能够顺利进行。总之,BIM技术的漫游功能与可视化特性可以辅助分析施工场地布置的合理性,提前规避问题,优化施工场地布置方案,避免施工延误和成本的增加,进而保障装配式建筑的高效安装。

4.3预制构件吊装模拟

预制构件因其体积、重量往往比较大,无法靠人力进行施工安装,所以常需借助施工机械来完成。然而,施工机械的安装精度通常无法满足要求,并且在安装过程也不能灵活地控制、安装效率也较低。因此,借助BIM技术来提高构件的安装精度以及安装效率成为一种必然的选择。

通过采用BIM技术模拟预制构件的吊装过程,能够提前发现问题,校核吊装参数、吊装位置等,以优化吊装方案。如今装配式建筑预制构件拆分的数量较多,安装工艺较复杂,导致预制构件在吊装过程中问题频出,比如精度不准确或者吊装位置不准确,导致构件安装不成功,从而造成返工和造价的增加。而利用BIM技术可以提前规划起吊机位置及路径,利用吊装模型可以预演吊装过程,确定吊装的最佳角度以保证装配式建筑的高精度安装,形象地展现构件吊装的施工工艺及流程,从而提前发现问题及安全隐患,进而对方案进行调整。并且可以针对不同的预制率及不同的吊装方案进行模拟比较,及时、合理地调整方案,从而得到最优的施工方案,避免后续可能产生的工期延误及成本浪费。

首先通过BIM软件创建信息模型,包括建筑物、构件、塔吊以及材料堆放位置之间的位置关系等;其次,依据施工方案通过BIM模拟软件设定起吊位置、起吊路径等,从而模拟构件吊装的流程;最后,输出成果视频,并通过视频展示模拟吊装过程,分析可能出现的问题及方案的合理性并及时调整;同时,借助视频进行吊装方案的可视化交底,优化沟通效率与效果。

5、项目实例应用场布管理

某工业化住宅楼项目采用了BIM技术与装配式建筑结合的形式,取得了良好的经济效益。

该项目利用了BIM技术及相关BIM软件对施工现场进行三维虚拟排布,对施工现场的生产资料进行合理的规划管理,提前模拟及分析现场场地布置的合理性以及进出场的路线规划等;避免施工现场的生产资料浪费和空间浪费现象的发生,并且有效直观地对施工人员进行技术讲解,提高整个团队的生产效率。

鉴于本项目施工现场空间狭小,为使得预制构件的安装具备充足空间,现场材料堆放量的合理管控就显得格外重要,而装配式建筑构件的堆放量通常在1~1.5层左右。基于BIM现场模型,可深入分析已有的现场施工信息与施工计划,在构件入场前调查现场材料的存放情况,以达到控制现场材料数量的目的。对于长度大于13m的挂车,需要对运输现场进行合理规划,预制构件进场后,应连同运输架一起堆放在塔吊有效范围的施工空地上;本项目采ST60/15 塔吊,其回转半径为40~55m,借助BIM施工场布模型,制定合理的布置堆放方案,防止超出塔吊的最大起重力矩,保证了各施工环境用料的顺利进行。

6、 结束语

实现BIM技术在装配式建筑中的应用能最大化装配式建筑的优势,弥补装配式建筑的不足。针对装配式建筑施工安装中的应用,借助BIM技术可以实现构件生产精度的控制、施工场地布置的优化以及施工吊装方案的比选、吊装路径和位置的合理规划、从而达到对施工吊装的精度控制。BIM技术在装配式建筑中的应用价值巨大,发展前景广阔,还包括4D进度计划模拟、材料追溯、5D成本管理等应用。针对BIM技术与装配式建筑技术的结合开展研究和应用,将更好地发挥两者的叠加效应,促进装配式建筑和BIM技术在我国建筑行业中的发展。


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