BIM技術在高預制率工程項目中的應用

王曉旻

上海建工五建集團有限公司 上海 200063

1 工程概況

新建星河灣中學工程位于上海市閔行區，總用地面積43 290 m2，總建筑面積49 193.07 m2。工程包括1#～3#教學樓、多功能綜合樓、風雨走廊、學生公寓、開關站、10 kV變電站、門衛值班室、鐘樓等建筑（圖1）。其中，主體建筑為裝配式建筑，最高裝配率達到47%。

圖1 新建星河灣中學BIM整體模型

2 工程難特點

2.1 預制率高，預制構件多，管理復雜

本工程裝配構件分別有預制柱、疊合梁、疊合板、樓梯、空調板等，綜合樓、教學樓和宿舍樓的預制率分別為17%、44.2%和47%。

高預制率對預制構件的生產、運輸、堆放、吊裝、疊合構件的二次澆筑、養護及質量驗收等提出了更高的要求，也使總承包商在預制構件管理上的難度隨著項目預制構件數量的增加而增加。

2.2 裝配節點復雜、鋼筋密集

本工程施工質量要求高，梁柱節點、鋼筋排布、PC埋件等關鍵工序施工難度大；預制柱、疊合梁、疊合板交會處需進行二次鋼筋安裝及混凝土澆筑，此部位鋼筋密集，施工難度較大，應對測量放線、鋼筋綁扎、埋件施工、模板制作、支撐搭設及混凝土澆筑等內容進行更嚴格的施工交底，確保施工質量。

2.3 綜合樓等管線綜合，凈空優化

本工程地下室區域機電管線復雜，走道降板多、走道狹窄，對地下室凈空要求高。快速進行管綜優化、及時擬定管線排布和預留預埋等深化設計問題是本項目安裝工程的重中之重。

2.4 對總體工序、場布規劃要求高

本工程待建單體裝配率高，預制構件種類繁多，預制構件的進場路線、分類堆放與吊裝，便成了亟需解決的問題，因此對施工前期的現場總平面布置提出了更高的要求。

3 BIM技術的應用成果

裝配式建筑與現澆式建筑的不同之處在于構件的預制與安裝。

區別于現澆式建筑在施工現場的整體澆筑，裝配式建筑將施工構件模塊化，預先生產、現場組裝，從而達到環保、節約成本、縮短工期的目的。

但裝配式建筑施工也有著不可避免的施工難點，即預制構件尺寸要求更加準確、現場測量要求更加精確、灌漿勾縫質量要求更高，同時還面臨預制構件的生產、運輸、堆場、吊裝等管理困難[1-6]。

針對本工程項目裝配難特點，引入裝配＋BIM相結合的技術，可以在項目前期進行圖紙深化設計、模型建立、場地布置和部署策劃；在施工過程中進行施工模擬、進度匯報、預制構件信息管理、安裝管線碰撞檢查及質量驗收等操作，有效地為裝配式建筑施工提供更大的助力。

3.1 施工現場的三維總平面布置

三維場布較二維場布的優勢在于空間可視化的碰撞排查。之前采用CAD繪制二維場布圖，可以準確地測量各個分區、場地、臨建等之間的間距，卻還是不可避免地發生空間上的沖突，如塔吊與加工棚在工作時發生沖突、塔吊在安拆階段與垂直升降機碰撞、PC構件堆放及吊裝不合理等，諸如此類的問題都可以在三維場布圖中及時發現，避免安裝后發現問題而造成返工事宜（圖2）。

圖2 項目動態場地規劃模擬

依據施工現場三維可視化布圖，合理安排預制構件的進場、行車路線、堆放場地，利用BIM相關軟件加入塔吊、汽車吊等進行構件吊裝演示，提前發現問題、解決問題。引入時間流的動態管理，合理安排不同單體預制構件的進場與吊裝，為施工現場的有序施工打下堅實的基礎（圖3）。

3.2 基于BIM的現場預覽

BIM的可視化特點是現階段較為突出的使用功能，三維模型建立完畢后，可依據相關軟件的漫游、相機、錄像等功能對其內部空間進行檢查及展示（圖4）。

3.3 PC構件的全信息管控

BIM與RFID的完美結合，輔助施工現場PC構件的全信息掌控。

所謂RFID（Radio Frequency Identification）技術，又稱無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電信號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需在識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。

圖3 項目PC施工吊裝工序模擬

圖4 綜合樓一層機電管線綜合模擬

本工程為裝配式建筑，預制率最大達到了47%，預制構件種類多、數量多，這都對預制構件的生產、運輸、進場、堆放、吊裝、養護、運維等各個階段提出了更高的管理要求。對此，BIM＋RFID技術的引入起到了關鍵作用。BIM＋RFID技術的具體實現步驟如下：

1）將建立好的建筑模型上傳至云平臺。

2）PC構件在生產時植入RFID芯片并與模型構件統一編號。

3）在加工廠堆場大門、施工現場大門、構件堆放場地及構件使用部位安裝有源芯片接收器，當掛有芯片的PC構件通過接收器接收范圍時，構件信息自動采集并上傳至云平臺，通過云平臺的信息交匯，實時在建筑模型上顯示構件的位置信息。

4）可通過電腦端、手機端等實時跟蹤、掌握PC構件的信息及動態。

此項技術，通過云平臺對PC預制構件流程的管控，減少了管理人員對構件進度管理的精力投入；解決了構件堆場多導致的構件堆場管理困難的問題；PC預制構件具體信息和資料與圖紙的查看保障了PC預制構件的準確安裝；手機端的方便應用也提高了現場問題反饋的效率（圖5）。

圖5 PC全過程管理平臺系統

3.4 輔助施工現場模擬

利用Revit建立的三維模型中，各個構件在被賦予建筑信息的同時，結合如Navisworks等其他軟件可以做到施工動畫、漫游視頻等展示效果，這對施工過程中的復雜節點可以實現更透徹的技術方案研究與交底工作（圖6）。

圖6 施工現場VR交底技術

例如預制柱、疊合梁、疊合板的交匯節點、其上現澆部分的鋼筋二次綁扎、垂直構件的孔道灌漿、高支模、大跨梁等施工節點，交底人與被交底人之間往往采用“手畫”的交底方式，溝通效率低下；而引入直觀、生動的三維動畫，可以讓被交底人迅速而準確地明白交底人的思想意圖，不但節省時間，而且可以最大可能地避免錯誤返工，從而節約成本。

3.5 輔助構件管控及質量驗收

裝配式建筑施工的預制構件通常是場外生產廠家進行加工生產，預制構件運至施工現場安裝后，其構件內預埋管線和安裝預留孔洞不可避免地會有偏差，給后續的機電水暖安裝等造成困擾。利用BIM技術，提前模擬安裝后的成品效果，再逆推驗算構件預埋預留的具體位置，可有效降低類似問題發生的頻率，并反饋給業主及設計單位進行合理優化。

4 結語

近年來，國家大力推進裝配式建筑和BIM技術的研究應用，相繼頒布了鼓勵新技術發展的多項政策、規范和標準，因此，建筑行業由勞動密集型轉向科技密集型的發展趨勢不可逆轉[7-13]。

建筑不僅要在前期策劃、設計、運營等階段采用BIM技術，更要在建造施工階段探索采用BIM及信息化的建造方式，通過數據化、標準化、制度化的建造信息，實現流水線式項目管理和傳承施工企業一體化集成管理，將施工現場真正打造成為自動化流水線式的建造大工廠，實現進度、安全、質量和成本的高效精細化管理。