上海南翔陳翔路站綜合體裝配式混凝土（PC）結構建造全過程BIM應用

張明正 余芳強 曹 強 高 尚

（上海建工四建集團有限工程，上海 200000）

1 引言

近年來，國務院及各地政府相繼出臺了一系列支持和鼓勵裝配式建筑快速發展的政策。2017年3月23日，住房和城鄉建設部印發《十三五裝配式建筑行動方案》明確提出“到2020年，全國裝配式建筑占新建建筑的比例達到15%以上，其中重點推進地區達到20%以上，積極推進地區達到 15%以上，鼓勵推進地區達到10%以上。” 與此同時，各地政府對BIM技術的推行力度，建筑行業內對BIM技術運用的程度和深度也越來越高。裝配式混凝土（Precast Concrete，PC）構件模塊化的生產、加工、運輸、安裝方式，與BIM技術“像搭積木一樣造房子”的理念不謀而合。基于 BIM的鋼筋數字化加工、信息平臺等技術又恰恰能解決裝配式項目中出現的質量精度要求高、堆場資源緊張、進度難把控、管理難度大等問題，二者具有天然的結合優勢。因此，本文以上海南翔陳翔路站綜合體項目為例，介紹了BIM技術在裝配式項目上的整體應用解決方案。

2 工程概況

2.1 項目簡介

上海南翔陳翔路站綜合體項目位于上海市嘉定區南翔鎮，總建筑面積10 ㎡萬余 ，擬建六棟高層住宅，全部為裝配式混凝土建筑。采用雙面疊合板式混凝土剪力墻體系，地上三層到十七層部分為預制部分，預制部分由預制梁、預制墻板、預制樓梯、預制陽臺、預制空調板組成，PC率近20%。

由于采用裝配式PC技術，本項目參建方眾多，包括建設單位、設計單位、施工總承包管理單位、深化設計單位、預制工廠、鋼筋加工廠等眾多單位，協調工作復雜。項目效果圖如所示。

圖1 項目效果圖

2.2 工程難點與BIM應用需求

本項目建造難點與BIM技術應用需求，主要有如下三個方面：

（1）預制構件加工偏差誤差要求控制5mm以內，精度要求高，傳統的加工方式難以滿足要求；

（2）本項目采用雙板剪力墻體系，現澆與預制節點復雜，現場溝通協調工作量大，對施工隊伍的施工水平要求高；

（3）本項目位于城區，施工場地有限，PC構件的吊裝時間受塔吊約束，吊裝時間長，對構件廠、施工總包、吊裝單位之間的進度協作要求高。

針對這些難點和需求，本項目結合BIM技術在預制構件深化設計、鋼筋數字化加工、吊裝施工方案模擬、基于BIM技術的質量、安全、進度管理等方面進行了一系列的應用和探索[2]。

3 BIM應用

本項目在深化設計、鋼筋數字化加工、方案模擬、進度、質量、安全、商務等方面進行了全方位應用，由于篇幅有限，這里重點介紹其中7個方面。

3.1 深化設計

在 PC構件生產之前，本項目首先采用 Autodesk Revit創建預制墻板、空調板、陽臺板、樓梯的BIM模型，包含鋼筋型號、直徑、形狀、長度等詳細信息，并包括各構件的預埋件、吊點等模塊位置參數信息。

隨后在Navisworks中檢測鋼筋碰撞、保護層厚度、搭接長度等問題并導出鋼筋翻樣問題總結單。將問題總結向負責單位反饋并依次對照修改，在Revit原始模型中對鋼筋的位置長度參數進行調整，使之滿足規范要求，從而達到機械可直接加工的加工級別模型。如所示。

圖4 模型深化設計

3.2 鋼筋數字化加工

將模型中導出的 BVBS格式鋼筋數據信息轉化為二維碼，通過PDA掃碼機自動錄入鋼筋加工機械，加工機械自動根據其中的彎剪等信息自動選料、自動彎折、自動剪切，生產出符合綁扎要求的鋼筋，實現數字化、批量化加工，并將加工過程信息自動集成到BIM，支持原材料使用追蹤[3]。

3.3 吊裝施工方案模擬

裝配式建筑的預制現澆交接處的施工節點往往比較復雜，在現場交底時，二維圖紙難以描述清楚。本項目在PC構件進場施工前，針對預制現澆交接處復雜的施工節點和復雜施工工序，進行4D-BIM模擬和BIM現場交底，減少了施工過程中施工錯誤導致返工等現象，提高工作效率。如圖5所示。

圖6 智慧建造信息平臺界面

3.4 基于物聯網的進度管理

在PC構件施工過程中，為了實現預制構件進度全過程管控、質量管理、安全管理等功能，本項目開發了智慧建造信息平臺，系統界面如圖6所示。

3.4.1 基于二維碼的預制構件進度全過程信息采集

首先，信息平臺為每個預制構件生成一個二維碼[4]，然后在構件生產加工階段，管理班組將二維碼身份牌張貼在預制構件成品上，作為倉儲和運輸的身份標識。在構件進場時，現場質量員接收進場的構件，錄入構件進場質量驗收信息；在構件吊裝時，施工員錄入構件吊裝狀態[5]。如圖7所示。

圖7 重點監控工序

3.4.2 4D-BIM進度展示

由于二維碼身份牌的唯一性，預制構件通過掃碼錄入進度之后，在信息平臺上會有一個與之對應的BIM模型構件改變顏色，不同的顏色代表該構件處于不同的工序狀態。如圖8所示。管理人員可以隨時隨地通過查看信息平臺上BIM模型快速了解施工現場所有預制構件所處狀態。

圖8 4D-BIM進度展示

圖9 現場掃描二維碼

3.4.3 堆場管理

在預制構件進場驗收狀態掃碼時，系統應用藍牙等技術自動記錄位置信息，根據堆場區域和構件狀態，自動判斷構件所屬堆場，實現堆場管理與預警。如圖9所示。

3.4.4 遇到的問題與解決方案

雖然掃描二維碼看起來很容易，但是在本項目深入實施過程中，也遇到了一些問題，比如二維碼掃不到，構件和二維碼張貼錯誤導致個別構件飛在天上的現象。針對掃不到的問題，本項目通過確定各類型構件二維碼張貼位置和數量，并發明一種特殊的二維碼標簽來解決二維碼破損、丟失的問題。

針對二維碼張貼錯誤的問題，本項目首先在制度上，對預制工廠、施工現場掃碼人員進行掃碼權限分工，責任落實到人，通過項目經理監督和在工程會議用平臺BIM模型展示進度的措施來保證張貼二維碼準確、掃碼及時。并且針對同類型構件現場誰先到誰先安裝的問題，研究了一種算法機制，完美解決“構件飛在天上”的問題。通過以上種種措施，保證了系統實際進度的準確性，在這個基礎上，本項目以實際進度為驅動，又進行了質量、安全方面的管理。

3.5 基于移動端的質量、安全問題管理

建筑施工的質量管理都是現場管理。質量員現場巡視發現質量問題，通知相關負責人進行處理，并且由于工序的連續性和關聯性，一個工程質量問題往往需要多個參建方之間進行協調處理。因此，考慮到建筑施工質量管理現場管理為主、多參建方協同、整體信息化知識水平低這些特點，本項目開發了基于信息平臺微信端的質量問題管理方式。

智慧建造信息平臺支持管理人員應用智能移動端，發起、處理、追蹤和審核質量安全問題，通過掃描二維碼將質量問題與BIM關聯，支持語言、圖片、視頻等多媒體的問題描述，自動生成質量安全整改單，節省資料歸檔工作，助力依法合格建造。如圖所示。

3.6 基于BIM的商務管理

本項目基于Revit和算量插件，計算出每個構件的工程量，通過合同清單，獲得每個構件的價，自動匹配每個構件的工程量和價。基于信息平臺錄入的實際進度自動生成每月產值計報，在這個基礎上進行分包實物量統計等工作，減少50%的人工算量和統計工作。

4 項目應用效果

（1）本項目通過共享BIM中工程信息，實現數字化加工和網絡化協作，節省鋼筋工 50%，提升加工效率30%以上；

（2）通過基于物聯網的進度管理，及時掌握預制構件進度狀況，合理安排資源，實現預制構件零錯漏，避免預制改現澆現象，保障工期；

（3）通過基于BIM的質量、安全在線管理，實現隨時隨地掌握工程狀態，提升項目管理人員管理水平，從而提高項目質量水平、減少安全隱患10%以上。

5 總結

5.1 創新點

（1）研發了一種特殊的二維碼標簽，制定了二維碼張貼、審核和掃碼制度，實現了預制構件全過程監控，減少了二維碼丟失、磨損、張貼錯誤等問題發生頻率；

（2）研發了以 BIM為統一數據源，以進度為驅動，自動發起質量驗收、安全檢查、成本計報、工料機統計等工作的管理技術，讓BIM平臺成為可靠的“管理秘書”；

（3）針對預制工程現澆和預制部分的交接處，模擬和分析施工工序，支持方案優化和技術交底，減少施工錯誤和返工問題，節約成本；

圖10 質量、安全問題在線管理

（4）基于BIM的鋼筋數字化加工技術，打通BIM與生產設備的信息互通，實現數字加工，提高效率，減少人工。

5.2 經驗教訓

通過本項目的BIM應用，針對目前BIM與實際管理脫節的不落地、兩層皮、只能看的問題[6]，有以下幾點心得：

（1）工業化建造模式，管理標準化程度高，BIM應用需求和價值大，仍是BIM深度應用的絕佳突破口；

（2）BIM應用初期，流程重塑阻力大。基于BIM的管理與傳統管理兩條路走，應用價值往往達不到預期，通過人性化的功能設計，為項目管理人員提供便利，減少負擔，讓更多的項目管理人員參與進來，降低BIM應用阻力，是BIM應用成功的必經之路；

（3）BIM技術應用的效果很大程度上取決于BIM數據是否實時有效,通過制定明確的管理制度，各項工作落實到人,確保及時得到BIM技術應用依托的必要數據，是BIM應用成功的關鍵。