技術加持 推動建筑行業變革發展

文｜本刊記者 汪莉莉

2014年3月16日，國務院印發《國家新型城鎮化規劃(2014-2020年)》，在“加快綠色城市建設”一節中提及“大力發展綠色建材，強力推進建筑工業化”。2015年2月15日，住房和城鄉建設部發布了《預制混凝土剪力墻外墻板》等9項國家建筑設計標準，自2015年3月1日起實施，這將有力推動信息技術在裝配式施工的應用。

2016年2月6日，國務院發布《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》，提出要大力推廣裝配式建筑，建設國家級裝配式建筑生產基地。加大政策支持力度，力爭用10年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%。2016年9月14日，李克強總理在國務院常務會議中提出“決定大力發展裝配式建筑，推動產業結構調整升級”。2016年9月27日，國務院辦公廳印發《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》，《意見》提出，要以京津冀、長三角、珠三角三大城市群為重點推進地區，常住人口超過300萬的其他城市為積極推進地區，其余城市為鼓勵推進地區，因地制宜發展裝配式混凝土結構、鋼結構和現代木結構等裝配式建筑。

全國各地也相繼出臺相關政策措施，目前已有30多個省市出臺了裝配式建筑專門的指導意見和相關配套措施，不少地方更是對裝配式建筑的發展提出了明確要求。越多越多的市場主體開始加入到裝配式建筑的建設大軍中。在各方共同推動下，2015年全國新開工的裝配式建筑面積達到3500萬平方米—4500萬平方米，近3年新建預制構件廠數量達到100個左右。

發展裝配式建筑是建造方式的重大變革，也是推進建筑業供給側結構性改革的重要舉措，有利于節約資源能源、減少施工污染、提升勞動生產效率和質量安全水平，促進建筑業與信息化工業化深度融合、培育新產業新動能、推動化解過剩產能。裝配式施工則可以進一步提高建筑品質、降低資源消耗和環境污染，是建筑行業實現轉型升級，可持續發展的必然之路。

裝配式施工是采用工業化生產的方式，在工廠內完成構件或部品部件的生產，運輸到施工現場后，進行現場安裝的施工方式。建筑結構從構成材料進行分類，可以分為木結構、砌體結構、混凝土結構、鋼結構以及混合結構，在這些結構形式中，除了砌體結構外，其他結構都適合采用裝配式施工進行建造。建筑物建造的施工順序一般劃分為基礎工程、主體結構工程、機電安裝工程和裝飾工程四個子階段。在這四個子階段中，除了基礎工程子階段，主體結構、機電安裝、裝飾等子階段都可以采用裝配式施工。近幾年來，隨著國家大力推進綠色建筑以及住宅產業化，在混凝土結構住宅建設中采用裝配式施工方式的項目越來越多。

混凝土結構住宅裝配式施工是在工廠中通過標準化、機械化方式加工生產混凝土預制件（以下簡稱PC構件），然后運送到施工現場后，通過機械設備進行吊裝的施工方式。例如近年國內首棟采用裝配式施工的上海萬科新里程20、21號樓，采用框-剪結構，外墻、樓梯、陽臺、疊合樓板在工廠預制加工。在施工時梁、柱、剪力墻現澆，樓板進行裝配并進行部分現澆混凝土，其中20號樓外墻采用先裝法（香港預制技術），21號樓外墻采用后裝法。相比傳統的施工方式，裝配式施工減少了建筑垃圾的產生、污水的排放、噪音的干擾、有害氣體及粉塵的排放，使建筑過程更加環保，并可以提高生產效率和建筑質量，促使建筑業實現可持續的健康發展。

高效環保 促進產業健康發展

裝配式施工在解決傳統施工方式問題的同時，對施工管理和施工技術也提出了要求和挑戰。采用裝配式施工的住宅，建設過程不同于傳統方式，增加了深化設計、構件生產、物流運輸階段，施工階段的主體結構施工由現場澆注轉變為以裝配式施工為主。

裝配式施工的工作過程一般劃分為施工準備、施工和交付階段。在現場裝配時，為了避免PC構件的二次搬運，提高安裝效率，需要提前對PC構件的堆放位置及堆放順序進行合理安排。通過三維場地布置軟件對施工現場的道路、臨設、大型設備、各生產操作區域、PC構件的堆放區域等進行可視化的布置，利用PC構件模型中的施工時間、施工順序、安裝位置等信息，結合吊裝設備的吊裝半徑、吊裝能力，通過3D模型以動態的方式進行PC構件堆放位置、順序的模擬，對構件的吊裝路徑進行模擬，實現吊裝路徑優化，避免二次搬運。通過模擬分析，可以選擇最佳方案確定塔吊位置、PC構件堆放位置及順序，為后續施工奠定基礎，提高施工質量及效率。

在相關軟件中建成建筑模型以及場地模型后，根據項目施工組織計劃方案對項目進行動態的施工仿真模擬，實現在虛擬模型中未建先試。在施工方案模擬的過程中通過查看任一時間段的施工狀態，發現施工組織過程中的紕漏，及時調整施工進度計劃，避免在實際施工過程中由于時間安排的不合理而導致的各工種、各專業、各工序配合上的沖突，避免由此引起的怠工、窩工現象，影響項目工期。

施工開始時，將建筑信息模型與施工進度計劃相關聯，形成可視化的4D模型。在施工過程中，可以將實際進度錄入建筑信息模型中，并與計劃進度進行關聯，隨時通過模型展現實際進度與計劃進度的對比，隨時隨地監控項目進展與計劃的偏差，直觀、精確的反映整個建筑的施工進度，提前發現計劃偏差，提高進度管控的科學性和及時性，保證項目工期。在施工過程中，還可以根據PC構件計劃安裝時間提前進行訂購，并可以將PC構件的實際生產、運輸、在場、安裝等不同的狀態信息錄入建筑信息模型中，從而直觀地了解不同構件的運轉情況，實現便捷的訂購、生產、運輸、現場裝配的管理工作。

利用信息化手段破解難題

采用傳統的二維設計方法在深化設計階段進行PC構件拆分時，由于裝配式體系的差異以及工程規模的大小不同，會產生數量不等的各種形式的PC構件。每個PC構件預留的管線、孔洞、連接節點、吊裝工藝等都會有所不同，外觀一樣的PC構件也要設置唯一的編碼，標明其規格型號、安裝樓層、安裝部位等詳細信息，因此一般的住宅項目會產生上百種型號的PC構件，設計及管理工作量很大。

由于PC構件是整個建筑中不可缺少的一部分，PC構件的生產管理及物流運輸對工程進度有著直接影響，構件按計劃正常的生產、質量合格并運送到施工現場是保證工程進度的關鍵因素，需要進行有效的管理。在現場裝配施工時，采用傳統的二維圖紙及文字方案進行構件吊裝、構件節點連接等技術交底時，工人不容易理解吊裝工藝及節點連接工藝，交底難度大，對施工安全、進度、質量有著很大的影響。

裝配式施工采用傳統的管理方法和技術，工作量大、管理難度大、效率低，通過使用建筑信息模型可以很好的解決上述這些問題。在深化設計階段，利用建筑信息模型創建建筑、結構、管線BIM模型后，可以利用軟件的相關功能高效地進行PC構件的拆分設計，通過碰撞檢查，預先排除PC構件之間、PC構件與現澆部分、設備、管線之間的各種問題，避免今后的設計變更等，減少不必要的浪費，降低成本。同時還可以出構件詳圖，提高圖紙的準確性和完整性。構件生產階段，建筑信息模型中的PC構件信息也可以直接傳遞到生產設備，進行構件的數字化生產與加工，極大地提高生產效率。

在施工準備階段，可以直接利用建筑信息模型，進行施工場地布置模擬，優化場地布局，提高構件的安裝效率。通過進行施工方案模擬、提前發現吊裝中可能發生的碰撞等問題，優化施工方案和施工計劃。在施工過程中通過進行專項吊裝方案模擬，優化吊裝方案以及進行方案的可視化交底；通過對構件的生產與配送進行全過程管理，優化構件生產及運輸計劃，合理安排施工進度。還可以通過可視化技術交底，使工人充分理解設計及安裝要求，提高構件安裝、連接的正確性及精度；通過現場質量檢查與建筑信息模型關聯實現數據的對比，提高質量管理水平。

管控進度 提高質量 降低成本

近幾年，在裝配式施工中應用BIM技術的項目越來越多，例如沈陽南科大廈、北京萬科金域緹香、住總萬科金域華府·尚華嘉園、郭公莊公租房、馬駒橋物流B東地塊公租房等項目。

以馬駒橋物流B東地塊公租房項目為例，該項目位于北京市通州區臺湖鎮水南村，工程總建筑面積210902.96 平方米。工程共有10個單體工程，地下1-2層，樓體地上均為16層，建筑高度45米。住宅總建筑面積150500平方米，住房套數3004套。

該項目在施工初期圖紙并不完善，施工標準不完善，缺乏施工經驗，施工難度大、困難多，其中，預制構件涉及幾百種裝配式構件型號，過程管理復雜，對于工程的生產管理與成本控制是個挑戰。同時，設計施工無縫對接難度大，設計單位在設計時只考慮結構選型，力學計算等問題，對實際施工過程考慮不足，在實際建造過程中會發生構件修改、返廠、增加構造等情況，工程工期、成本難控制。此外，專業化施工能力培養難度大，相關施工隊伍對于裝配式混凝土結構施工無相關施工經驗，對于專項施工技術存在施工能力不足的現象。采用常規的技術交底，對于施工及管理人員的培養效率較低，不利于工程質量的控制，同時也不利于建立專業化施工隊伍。

為了有效應對項目的難點和挑戰，本項目使用BIM技術解決住宅產業化的新問題。在項目建造過程中，進行了施工方案模擬、可視化交底、施工進度管理等操作。根據項目的實際需求，在Revit 2014上開發了場地布置插件，解決PC構件堆放問題；通過開發構件質量跟蹤系統，解決了構件的生產管理及質量管理問題。

該項目依據《企業級BIM實施標準》建立了《馬駒橋物流B東地塊公租房裝配式混凝土結構產業化項目標準》，在遵循企業標準的前提下規定了本工程的BIM實施原則和目標，BIM應用范圍和軟件的選擇。同時規范裝配式混凝土結構工程BIM模型標準，例如參數信息要求、建模注意事項等，以及交付定制族的說明，構件庫和裝配式混凝土結構知識庫的使用說明等，形成了馬駒橋公租房裝配式混凝土結構產業化工程設計-施工一體化工作流程。

馬駒橋物流B東地塊公租房項目為設計-施工一體化工程，設計單位在設計階段通過使用Revit 2014建立了工程的BIM模型。裝配式混凝土結構工程與常規現澆混凝土工程的BIM模型之間存在差異，主要體現在構件族的參數化方面。通過建立構件BIM模型，實現構件加工圖紙與構件模型雙向的參數化信息連接，包括圖紙編號、構件ID碼、物理數據、保溫層、鋼筋信息和外架體系預留孔等。

為了實現更好的場地布置功能以及構件放置順序的優化，項目團隊在Revit 2014基礎上開發了場地布置插件，通過該插件分析出預制構件存放區設置在靠近樓體且在塔吊回轉半徑之內，便于構件的吊裝。通過對單層的預制構件吊裝順序進行統計分析，合理規劃不同構件的存放區，實現構件吊裝的路徑優化，提高吊裝效率。

通過開發基于BIM的構件管理及質量跟蹤平臺，將構件信息導入系統，建立模具與生產班組的綁定關系。構件生產前，按樓層供貨計劃將構件依次選入待產池內并指定成品庫位，根據待產池里的構件自動生成材料、埋件、半成品的備料計劃。根據綁定關系自動生成每個臺班的生產任務單，制作模臺運行記錄單，下發生產班組。在施工過程中，可以查詢構件的相關信息，錄入構件的現場質量檢查數據，實現構件的質量可跟蹤。

在施工準備階段，可以進行施工方案模擬，優化施工方案、施工計劃和資源配置。在施工階段，可以進行吊裝方案模擬，優化吊裝方案，同時實現了可視化的方案交底，對提高安裝效率和安裝質量有很大的作用。

通過使用BIM方案模擬軟件，對構件拼裝順序、構件套筒灌漿連接方式及質量要求進行可視化的交底，降低了交底難度，對提高安裝質量和效率有極大的幫助。現場的勞務隊伍對產業化施工要求了解不夠，技術水平不足，也通過BIM技術進行可視化的交底，形象的模擬施工做法，提高交底的質量。

馬駒橋物流B東地塊公租房項目通過利用裝配式施工，使工期得到有效控制，施工效率大大提高。本項目的設計方案采用BIM技術建立標準構件庫，提升了設計、構件廠、施工企業的可視化協同能力，實現了將生產工藝集中在工業流水線上，現場以構件安裝為主的住宅產業化目標，保證了工期，避免了建筑材料浪費，減少人力勞動，提高了生產效率，降低了建造成本。

該項目采用了基于BIM的CSI住宅設計體系，主要特點是精度高，覆蓋設計、構件加工、現場施工等住宅產業化的關鍵環節，解決了以往的住宅設計圖紙控制寬泛，對現場施工指導性差的問題。同時，實現了專業隊伍的培養。通過使用BIM技術進行三維直觀展示，模擬現場構件安裝過程和周邊環境，提高了交底的效率和質量，培養了一批專業隊伍。同時也建立了產業化施工標準，擁有了產業化設計施工團隊，為承接新的產業化項目做好了準備。

通過馬駒橋物流B東地塊公租房項目的實踐可以發現，相對于傳統方式，在裝配式施工中應用BIM技術，可以更有效地管控項目進度，提高質量管理水平，降低項目成本。在進度方面，通過施工方案模擬，可以優化施工計劃；通過構件管理，可以及時下達、跟蹤構件狀態，避免因構件生產運輸等問題影響進度；通過施工進度管理，可以形象直觀地發現實際進度與計劃進度的偏差，及時進行計劃及相關資源調整，保證進度在可控范圍內。

在質量方面，通過吊裝模擬，進行形象化的交底，保證吊裝的精度；通過可視化的技術交底，保證構件的節點連接質量；通過構件質量管理，實現質量數據可追溯，提高了質量管理水平。

在成本方面，通過場地布置，避免了構件的二次運輸；通過施工方案模擬，優化了資源配置，避免了窩工、怠工等現象的發生；通過吊裝模擬及可視化的技術交底，提高了工作效率和安裝質量，降低項目成本。