基于裝配式鋼結構住宅的水泥基復合夾芯墻板生產安裝過程BIM技術應用研究

王 軍，王鑫琦

（甘肅建投住宅產業新型材料有限公司，甘肅 蘭州 730300）

0 引 言

BIM 技術狹義上即指建筑信息模型技術，根據項目設計條件，建立三維可視化模型，利用數字化技術，搭建工程項目建筑信息平臺［1］。BIM 模型不僅集成項目建構筑物的各專業設計信息，還包含了各種構件的狀態屬性，例如規格尺寸、材料組成等，能夠直觀地指導項目設計、施工等過程。隨著近幾年國家政策導向的支持，以及 BIM 技術理念的更新發展，BIM 技術已經從建立建筑信息模型，構建工程信息共享平臺的基礎上，發展到從建筑設計、施工、運行直至建筑全壽命周期的終結，將各種信息始終整合于一個三維模型信息數據庫［2-5］。建設單位、設計單位、施工單位、設施運營部門和業主等各方人員基于 BIM 平臺進行協同工作，可有效提高工作效率、節省資源、降低成本、以實現可持續發展。

甘肅建投為認真落實黨中央國務院決策部署，按照“適用、經濟、安全、綠色、美觀”的要求，大力發展裝配式鋼結構住宅建筑。裝配式建筑核心理念為建筑各部分的集成裝配，這需要堅持建筑設計標準化、建筑構件生產工業化、建筑施工裝配化、裝修一體化，從而實現信息化管理。BIM 技術因其信息技術能夠共享利用的獨特優勢、能夠完成建筑壽命全過程的信息管理，是實現裝配式建筑有序發展的技術核心。本文根據甘肅建投蘭州新區裝配式鋼結構保障房內墻隔板安裝項目實踐，主要探討水泥基復合夾芯墻板生產安裝過程 BIM 技術的應用。

1 工程概況與水泥基復合夾芯墻板材料特點

1.1 工程項目概況

項目工程名稱為“甘肅建投蘭州新區保障性住房項目（二期）工程”，位于蘭州新區秦王川盆地。結構設計地下部分采用群樁+構造板基礎及剪力墻結構，正負零以上部分為鋼框架結構。其中地上 11 層，地下 1 層。其中戶內隔墻主要使用水泥基復合夾芯墻板。

1.2 水泥基復合夾芯墻板材料特點

水泥基復合夾芯墻板（以下簡稱“墻板”）是一種新型復合夾芯墻板材料，與普通復合夾芯墻板相比，該墻板具有輕質、高強、防潮、防火性能良好等優點。墻板采用先進平模工藝制作，在生產階段即將電氣管線預埋進墻板內部，實現內墻構件功能集成化，能夠滿足裝配式建筑發展需要。

2 BIM 技術在水泥基復合夾芯墻板各階段應用中的研究

裝配式建筑要求內隔墻板產品“設計標準化、功能集成化、生產工業化、施工裝配化”，為滿足工程需要，在墻板前期深化設計階段即利用 BIM 技術進行墻板排板模型參數化設計，依照模型自動統計生產規格數量，安排生產計劃。墻板安裝施工過程中，結合 BIM 模型進行安裝工序可視化交底和施工進度 4D 模擬，并生成“分部分項工程量清單”“定額匯總表”等用于指導工程計量。

根據甘肅建投蘭州新區裝配式鋼結構保障房項目對內隔墻板產品“標準化、集成化、工業化、裝配化”的總體要求，從接到墻板生產安裝任務開始，便確定了從墻板深化設計、墻板生產到墻板安裝施工的全過程 BIM 技術應用模式。

2.1 深化設計階段

為滿足項目裝配式設計施工要求，內隔墻產品部件需要在生產階段就將電氣管線進行預埋設計，避免現場二次切割，造成環境污染。自墻板排板設計開始，就利用 BIM 信息模型可視化、直觀化的優勢，進行墻板深化設計。根據項目設計圖紙建立建筑物結構模型，確定墻板凈高尺寸和墻體的長度及位置；同時與總包單位和設計單位對圖紙內容及時進行溝通，綜合考慮電氣管線布置圖紙和墻板安裝施工規程要求，進行墻板排板設計；充分利用 BIM 的信息化管理優勢，對墻板部件進行參數化設計，建立墻板構件的部品部件庫，方便墻板排板工作的順利進行（墻板參數化設計情況如圖1所示）。同時基于各專業建立墻板安裝信息模型平臺，進行墻板安裝碰撞檢查，及時發現墻板排板設計中的“錯、漏、碰、缺”問題。

圖1 墻板參數化設計（單位：mm）

2.2 墻板生產階段

通過 BIM 技術搭建信息平臺，可以實現生產全過程的參數共享，實現設計與生產過程的無縫對接。生產工作開始前便統籌規劃墻板設計與生產過程中各種要求。采用 BIM 技術設計建筑構件區別于傳統的二維圖形表示方法，實現三維、可視化出圖，更好地指導生產，從而達到提高生產效率，改進生產質量，降低生產錯誤的目的。

2.2.1 生產統計應用

BIM技術可以極大地提高生產統計工作的效率和準確性，利用 BIM 軟件，可以提取統計墻板的規格、型號、數量、墻板材料用量等參數信息，自動生成各種信息表格用以指導墻板生產工作。

2.2.2 生產進度指導

根據項目施工進度，安排相應的墻板生產計劃，通過 BIM 信息共享平臺，材料采購部門可以提取相關信息，編制材料計劃，確保材料采購工作有序進行。在保證生產滿足施工進度要求的同時，盡可能保證生產計劃安排的合理性，保證生產企業資金的正常流動，提高生產工作的準確性，實現生產過程的標準化、工業化。

2.2.3 生產技術交底以及質量控制追溯

BIM 構件模型參數化設計，墻板構件在項目應用過程中形成自己的標準構件庫，所有墻板構件可以實現 BIM 三維化出圖，直觀清晰進行生產交底，有效提高工作效率。墻板構件生產過程中，利用手持噴碼設備（見圖2），編制墻板構件狀態信息，包括構件的規格型號、生產日期、生產人員、質檢人員、安裝位置等參數，在墻板出廠之時噴涂于產品表面。安裝施工時可以根據墻板構件狀態信息，及時進行產品質量回溯追查，實現產品生產全過程可追溯控制。

圖2 手持噴碼設備

2.3 墻板安裝施工階段

2.3.1 墻板堆放場地布置與作業面交叉分配

根據項目實際情況，使用 Revit 軟件對墻板的堆放場地進行布置，充分考慮材料進場時間，優化墻板運輸流線，減少墻板在施工現場的二次運輸，最大程度利用場地，保證施工進度不受影響。施工安裝時，通過 BIM 技術的 4D 模擬功能，反饋作業面各施工工序順序，安排流水作業。要精確控制墻板進入作業面的時間、墻板搬運的型號和時間，并且按照就近原則和相關規范要求堆放墻板，避免墻板集中堆放造成荷載過大影響結構安全。

2.3.2 墻板安裝節點

BIM 軟件具有強大建模能力，在模型建立過程中，本著適用、高效的原則，將建模工作分為兩個層次：①依托建筑結構模型，進行墻體整體排板建模，明確墻板安裝的高度、墻體長度以及預埋電氣管線墻板的布置等（見圖3）；②在墻板排板模型的基礎上，針對項目各個戶型墻板安裝節點進行細節模型化設計（見圖4）。對施工過程中的技術難點、四新技術應用等通過三維表示方式，直觀明確工藝做法、材料要求等，達到解決技術問題、提高施工質量的目的。例如，按照一般做法，墻板與主體結構連接一般采用剛性連接方式，墻板通過 U 型卡件與主體結構固定，兩者之間縫隙涂抹墻板專用砂漿進行粘結，將墻板與主體結構連接為一個整體。但是由于結構材料特性，鋼結構住宅的結構變形相對較大，剛性固定方式無法較好釋放結構與墻板變形產生的應力，容易產生裂縫。因此墻板與主體結構連接方式宜采用柔性連接，針對墻板柔性連接工藝，使用 Revit 軟件對墻板連接節點進行詳細建模（見圖5、圖6），明確柔性連接使用的材料種類、連接部位位置、具體做法等信息。

圖3 墻板安裝整體模型

圖4 墻板細化設計模型

圖5 樣板間排板模型

圖6 具體細部做法示意

2.3.3 施工進度 4D 模擬和安裝工序可視化模擬

Revit和Navisworks 軟件相結合，為 BIM 模型賦予時間維度參數，可以實現工程項目的 4D 化模擬［6］。將施工進度信息導入到軟件與 BIM 模型相關聯，就可以顯示 BIM 模型依據施工進度建立的情況，從而達到 4D 模擬的效果［7］。施工人員可以根據模擬反饋結果，了解墻板的安裝情況和進度要求。施工過程中，隨時根據實際情況進行進度控制和調整，并且項目施工進度計劃需要調整時，可隨時反饋到 BIM 模型，修改模擬時間，調整施工進度模擬。

利用 BIM 技術的 4D 模擬特性，將墻板安裝定位放線、卡件安裝、定位板安裝等工序集成到戶型墻板安裝細化設計模型中，導出墻板安裝工序視頻（見圖7）。可配合傳統的安全技術交底工作，向施工安裝作業人員進行施工工序、施工節點做法、施工技術難點、安全技術措施、注意事項等的可視化交底，使施工及安全技術交底更易于接受吸收。

圖7 墻板安裝工序模擬

2.3.4 墻板安裝施工工程量計算和統計

BIM 技術具有數據化的特點，可以通過墻板排板模型的數據關聯實現施工項目工程量精確的統計和計算。統計后的工作量可以按照預算要求，生成“分部分項工程量清單”“定額匯總表”等用于指導工程計量，各種工程統計信息通過 BIM 平臺在工程人員之間實現信息共享，方便傳閱和核對。

3 BIM 工作方向展望

依托甘肅建投蘭州新區裝配式鋼結構保障房內墻隔板安裝項目，針對水泥基復合夾芯墻板生產安裝工作特點進行 BIM 技術的應用，利用 BIM 技術數據化、信息化、可視化、模型化的特點，提高產品質量、增加生產效率、協助墻板生產裝配安裝工作高質量進行。但在應用過程中，發現諸多不足之處，后期的 BIM 工作主要在以下幾個方面進行優化。

3.1 建立協同工作平臺

依托 BIM 技術信息共享的優勢和水泥基復合夾芯墻板裝配式生產安裝特點，在設計階段生產廠家就應介入項目，及時與設計單位進行溝通，修改完善 BIM 信息模型。避免設計方案與墻板的材料特性和生產安裝規范相沖突，影響項目的技術經濟性。在條件允許的情況下，可以考慮建立包括建設單位、設計單位、施工單位、墻板生產安裝單位等項目參與方的 BIM 協同工作平臺，通過平臺共享各種工程信息，相關方可以共同解決問題，改變項目中各參與方溝通不便、變更困難的現狀。

3.2 實現墻板的信息化生產

基于 BIM 信息模型，可以為墻板生產全自動信息化生產提供技術解決手段。通過墻板生產線設備改進，增加相應 BIM 信息端口，生產階段能夠提取 BIM 模型中的墻板規格型號等生產信息直接輸入設備，并據此進行全自動信息化生產。

3.3 建立墻板的全方位質量追溯系統

在現有墻板構件噴碼信息標識的基礎上，利用 BIM 技術建立更加全面的質量追溯系統。在墻板生產階段，將墻板 BIM 模型、規格型號、生產人員、入庫驗證、安裝位置等生產安裝信息集成到二維碼或芯片之中，墻板生產時噴涂二維碼或埋入芯片，相關人員可通過手機掃描的方式讀取各種信息，對墻板質量做到全過程追溯，避免工程返工損失。

4 結 語

裝配式建筑構件工業化、標準化的生產安裝方式，要求信息化管理應覆蓋整個墻板安裝生產階段。甘肅建投蘭州新區裝配式鋼結構保障房內墻隔板安裝項目的實踐證明，利用 BIM 技術模型化、信息化、數據化、模擬化的優勢，能夠達到提升墻板生產自動化信息化水平、提高生產效率、保證安裝施工進度和質量的目的。通過項目 BIM 應用實踐，建立項目參與方協同工作平臺，提高墻板生產安裝信息化程度，是下一步墻板BIM應用工作發展的方向。