數(shù)字技術(shù)鑄就建造新未來

文｜本刊記者 王景

信息化系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)了該項目中預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、質(zhì)檢、發(fā)貨、運輸、進場和安裝等關(guān)鍵節(jié)點信息的實時更新，使項目參與方能夠及時掌握預(yù)制構(gòu)件的狀態(tài)，進而提升了預(yù)制構(gòu)件的管理水平，提高了施工效率。

發(fā)展裝配式建筑是落實黨中央、國務(wù)院決策部署的重要舉措，對降低環(huán)境污染、節(jié)能環(huán)保、提升住房品質(zhì)、推進生態(tài)文明建設(shè)具有重大意義。然而，裝配式建筑各類預(yù)制構(gòu)件部品部件在設(shè)計、施工、運維全過程管理中產(chǎn)生的信息量巨大、格式各異，設(shè)計單位、構(gòu)件生產(chǎn)單位及施工單位之間信息傳遞效率低，各階段頻繁出現(xiàn)設(shè)計錯誤、碰撞沖突、安裝精度等問題，對裝配式建筑的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)。

對此，在裝配式建筑各階段信息分類匯總的基礎(chǔ)上，需要通過數(shù)字技術(shù)的自身價值特性，建立基于裝配式建筑全過程的信息共享管理模型，搭建全過程數(shù)據(jù)信息管理平臺。利用數(shù)字技術(shù)控制項目過程中的質(zhì)量、安全、工期、成本等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

以北京市臺湖工程二期項目為例，該項目由北京城建集團承建。項目主要應(yīng)用Autodesk Rewit、Tekla、Rhino 等系列軟件建立構(gòu)件模型，應(yīng)用Navisworks、3DMAX 等系列軟件進行施工模擬，應(yīng)用5D 協(xié)作平臺進行現(xiàn)場進度、安全、質(zhì)量、成本管控。

在方案設(shè)計期，項目團隊統(tǒng)一各項協(xié)同設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)團隊配置，實現(xiàn)全專業(yè)在三維環(huán)境下協(xié)同設(shè)計；建立完整的工程項目三維模型與信息數(shù)據(jù)庫，僅標(biāo)準(zhǔn)層PC 構(gòu)件族庫建模達196 個，建筑、結(jié)構(gòu)、裝修、機電建模面積達217621.7m2。結(jié)合可視化應(yīng)用的不同需求，例如向業(yè)主匯報交流、技術(shù)協(xié)調(diào)、專項設(shè)計，實現(xiàn)較好的可視化展示和溝通協(xié)調(diào)效果，并根據(jù)反饋信息進行修正，為后續(xù)設(shè)計交付、協(xié)同管理、運維管理等夯實基礎(chǔ)，保證了“全專業(yè)、全過程、全員”的三全BIM 應(yīng)用目標(biāo)的實現(xiàn)。以標(biāo)準(zhǔn)層為例，每一個構(gòu)件都包括圖紙信息、物理數(shù)據(jù)、鋼筋信息、預(yù)埋件信息、預(yù)留孔洞信息等參數(shù)信息。通過構(gòu)件庫的建立和維護，為今后類似項目提供了很好的素材支撐，提高了建模效率及BIM 應(yīng)用能力。

裝配式建筑對前期設(shè)計的要求很高，構(gòu)造節(jié)點及連接方式繁雜，且為批量化生產(chǎn)加工，這就需要通過深化設(shè)計來確定節(jié)點、預(yù)留孔等這些細節(jié)問題，允許出錯的概率很低，否則會為小的細節(jié)問題耽誤施工進度，影響工期，進而增加費用。

該項目在已建立完整工程項目的三維模型與信息數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，借助于物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)將RFID 技術(shù)、BIM 模型、BIM 5D 與構(gòu)件管理進行整合，從而實現(xiàn)構(gòu)件從生產(chǎn)至安裝的信息化、可視化管理模式。基于BIM5D 技術(shù)可以實時掌握構(gòu)件庫存狀態(tài)、吊裝信息、安裝情況、成品檢驗等情況，使項目管理人員對進度安排有了精確的數(shù)據(jù)支持，數(shù)據(jù)化構(gòu)件的整個生命周期信息，從而達到精細化管理的目的。

裝配式結(jié)構(gòu)施工中構(gòu)件材料的堆放是比較重要的環(huán)節(jié)，其中牽涉到車輛運輸路線規(guī)劃、塔吊旋轉(zhuǎn)半徑范圍、堆放場地規(guī)劃等問題，同時需要考慮與其他施工環(huán)節(jié)相聯(lián)系。該項目因場地環(huán)境復(fù)雜，堆場面積狹小，交叉作業(yè)頻繁，同時為保障施工進度，確定施工現(xiàn)場PC 構(gòu)件堆放存量保持在1 ～1.5 層，需要控制好構(gòu)件進場數(shù)量。

在這樣的要求下，項目通過BIM 技術(shù)建立完整的場地模型，真實模擬現(xiàn)場施工時的構(gòu)件堆放狀態(tài)，最終確定構(gòu)件堆場的擺放方案，確定了構(gòu)件堆場的硬化面積。同時分析施工計劃與實際現(xiàn)場施工信息，考慮平板式運輸車進行構(gòu)件的運輸，這就需要合理規(guī)劃場地內(nèi)的運輸?shù)缆罚肂IM 技術(shù)對構(gòu)件運輸進場進行真實模擬，針對模擬情況，調(diào)整規(guī)劃路線，調(diào)整路寬，回轉(zhuǎn)半徑等信息，并最終確定了合理的堆放場地及其他施工用料場地，保證了各施工環(huán)節(jié)用料順利進行。

可視化施工模擬 優(yōu)化施工方案

在裝配式建筑中碰撞檢查的應(yīng)用相較于常規(guī)建筑中更加廣泛和重要。在裝配式建筑設(shè)計中，除管線綜合等專業(yè)間的碰撞檢查，預(yù)制構(gòu)件之間的輪廓碰撞以及預(yù)制構(gòu)件內(nèi)部鋼筋與鋼筋之間、鋼筋與預(yù)埋件之間也是碰撞檢查的重點。

北京市臺湖工程二期項目基于Revit 軟件建立高精度的BIM 構(gòu)件模型，以及各專業(yè)的BIM 模型，將所有專業(yè)的模型鏈接導(dǎo)入Revit 軟件中。利用Revit 自帶的碰撞檢查功能，可以方便直觀的查看構(gòu)件之間的空間位置關(guān)系，是否有碰撞。主要針對構(gòu)件里面的鋼筋、預(yù)埋件、預(yù)留洞、斜支撐、機電管線、連接件等是否與自身及其他構(gòu)件存在碰撞問題。

針對檢查出的碰撞問題，進行匯總評審、協(xié)調(diào)設(shè)計，甲方、分包方召開BIM 協(xié)調(diào)會，由協(xié)調(diào)會確認(rèn)碰撞問題的解決方案，并形成深化設(shè)計的最終方案。

本工程共檢查出碰撞點200 多處，其中預(yù)制構(gòu)件碰撞點30 多處，調(diào)整構(gòu)件圖紙10 張，達到了優(yōu)化施工方案、減少后期圖紙更改造成的返工的目的，確保了施工的有效進行。

傳統(tǒng)施工方案制定大多采用文字描述結(jié)合平、立、剖面等二維形式展現(xiàn)，基于規(guī)范、施工經(jīng)驗、實際工程特點等進行布置，缺少三維效果及方案可行性直觀模擬，對于方案的技術(shù)可行性、擬用機械設(shè)備及施工方法的合理性缺少有效的驗證。

對此，裝配式建筑充分利用BIM 相關(guān)軟件特性精準(zhǔn)建模，精準(zhǔn)模型建立后根據(jù)具體施工方案并結(jié)合3DS MAX 等技術(shù)進行3D 可視化施工模擬，可整合進度信息進行4D 施工模擬，再整合成本信息進行5D 施工模擬，方案具體實施過程中還可以結(jié)合相關(guān)管控系統(tǒng)實現(xiàn)方案從設(shè)計到實施的整體智能管控。目前，基于BIM、Navisworks、3DMAX等技術(shù)可實現(xiàn)模擬施工方案的重要過程，通過三維動態(tài)的方式直觀展現(xiàn)出來，實現(xiàn)對方案的可行性進行檢驗，優(yōu)化施工方案，并對方案實施全過程進行智能化管理。

本工程陽臺掛板等裝飾構(gòu)件連接包含螺栓連接、焊接連接等，涉及連接件多達30 余種，相較于傳統(tǒng)工程，其工藝復(fù)雜，施工技術(shù)尚不成熟，經(jīng)驗不足，為質(zhì)量控制帶來較大困難。該項目為了解決這一難題，在施工前借助AutoDesk NavisWorks軟件，將各個構(gòu)件的安裝工藝進行模擬施工，并對操作工人進行三維可視化的動態(tài)技術(shù)交底，讓施工操作人員更為直觀的了解施工工藝，提前掌握施工細節(jié)，保證了后續(xù)實際施工的順利進行。

數(shù)字化施工管理 提高施工效率

與傳統(tǒng)現(xiàn)澆建造方式相比，裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸、安裝是在不同的時間、地點由不同的項目參與者完成的，而最終的建筑則要將所有信息進行集成。采用傳統(tǒng)方式進行信息傳遞，項目人員難以獲得構(gòu)件的實時狀態(tài)，增加了溝通成本和決策錯誤率，不利于成本管理、工期管理和構(gòu)件質(zhì)量追溯。為解決這些問題，射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，簡稱RFID）已在大量工程中進行應(yīng)用，取得了良好的效果。RFID 是一種非接觸式識別特定目標(biāo)并顯示其包含信息的無線通信技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機械或光學(xué)接觸，可方便地記錄和讀取構(gòu)件信息。融入RFID 技術(shù)的數(shù)字化施工信息管理系統(tǒng)可很好地實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件從生產(chǎn)、運輸?shù)桨惭b、運維各階段的數(shù)據(jù)信息傳遞、交換、共享和集成。

該項目通過利用BIM 技術(shù)結(jié)合RFID 技術(shù)、協(xié)同管理平臺的信息處理優(yōu)勢，對于數(shù)量巨大的預(yù)制構(gòu)件進行有序高效管理；減少在傳統(tǒng)的人工驗收和物流模式下出現(xiàn)的驗收數(shù)量偏差、構(gòu)件堆放位置偏差、出庫記錄不準(zhǔn)確等問題的發(fā)生，可以明顯地節(jié)約時間和成本。

在預(yù)制構(gòu)件的工業(yè)化生產(chǎn)中，采用BIM 平臺通過項目自定義編碼，對單個構(gòu)件實現(xiàn)唯一編碼，在平臺方便導(dǎo)出二維碼，通過施工現(xiàn)場掃描可查看對應(yīng)的構(gòu)件信息、圖紙、設(shè)計變更，同時對構(gòu)件生產(chǎn)、驗收、運輸、安裝過程進行跟蹤，實現(xiàn)數(shù)字化施工管理。

在建造過程中，相關(guān)人員通過藍牙模塊，可實現(xiàn)與藍牙RFID 讀卡器的連接，實現(xiàn)RFID 標(biāo)簽掃描。利用數(shù)字化施工管理完成預(yù)制構(gòu)件從生產(chǎn)、運輸、進場、吊裝全過程質(zhì)量跟蹤的數(shù)據(jù)管理。預(yù)制構(gòu)件的信息存放于遠程服務(wù)器，基于移動互聯(lián)網(wǎng)，在對應(yīng)的權(quán)限下可以隨時對構(gòu)件的質(zhì)量信息進行溯源查詢。同時可以依次對預(yù)制構(gòu)件出廠、運輸、進場、吊裝所有環(huán)節(jié)進行跟蹤管理。

例如在出廠環(huán)節(jié)，通過RFID 掃描識別，完成預(yù)制構(gòu)件基本信息的錄入，包括構(gòu)件類型、安裝位置、質(zhì)檢結(jié)果等。所有信息錄入完成后，上傳至遠程服務(wù)器。在運輸環(huán)節(jié)，通過車輛芯片的識別添加運輸汽車的信息，包括車牌號、司機等信息。確認(rèn)車輛信息后，對準(zhǔn)備出廠的預(yù)制構(gòu)件進行掃描添加，自動完成預(yù)制構(gòu)件與車輛的關(guān)聯(lián)及出廠登記。GPS定位模塊實時對運輸車輛位置進行跟蹤，運輸途中可隨時對車輛位置、車輛信息及所載預(yù)制構(gòu)件信息進行查詢。在進場環(huán)節(jié)，通過掃描識別車輛信息，由進場管理員進行核實，驗證通過即可對車載的預(yù)制構(gòu)件進行掃描，自動完成進場登記。進場掃描結(jié)束，系統(tǒng)自動對車載構(gòu)件進行清點，確認(rèn)全部進場登記。最后在吊裝環(huán)節(jié)，通過掃描獲取構(gòu)件信息，包括預(yù)制構(gòu)件安裝位置及要求等屬性，吊裝完成后由吊裝管理員進行質(zhì)量檢查，并將結(jié)果上傳服務(wù)器。

信息化系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)了該項目中預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、質(zhì)檢、發(fā)貨、運輸、進場和安裝等關(guān)鍵節(jié)點信息的實時更新，使項目參與方能夠及時掌握預(yù)制構(gòu)件的狀態(tài)，進而提升了預(yù)制構(gòu)件管理的水平，明顯提高了施工效率，達到綠色、安全、文明施工的目的。

集成多專業(yè)信息 提高項目管理水平

基于BIM 5D 的施工項目精細化管理，為項目的進度、成本、物料管控及時提供準(zhǔn)確信息，便于項目管理人員基于數(shù)據(jù)進行有效決策。在項目施工過程中，采用BIM 信息集成平臺，實現(xiàn)以進度管理為主線，以質(zhì)量管理、安全文明綠色施工管理、成本管理、總平面管理、文檔管理為主要內(nèi)容的施工過程綜合管理。通過將項目管理信息與BIM 信息集成，實現(xiàn)海量施工信息的集成和三維可視化查詢，輔助施工過程管理，提高工程管理水平，保證工程的高效優(yōu)質(zhì)完成。

BIM 5D 平臺集成土建、機電、幕墻等多專業(yè)信息模型，承接Revit、MagiCAD 等國際主流建模軟件模型，無縫對接廣聯(lián)達BIM 算量系列軟件。現(xiàn)場的質(zhì)量、安全從發(fā)現(xiàn)問題到最終的問題解決，實現(xiàn)了整個流程的閉環(huán)。同時，還可以根據(jù)工藝工法庫的檢測標(biāo)準(zhǔn)進行質(zhì)量控制。

該項目通過工藝工法庫及時查看與應(yīng)用，實現(xiàn)項目施工統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，保證施工質(zhì)量、減少返工。同時企業(yè)可根據(jù)積累的施工經(jīng)驗，形成企業(yè)內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)庫。

針對變更模型維護管理，該項目將施工圖紙文檔、BIM 模型統(tǒng)一納入到BIM 集成管理平臺進行統(tǒng)一管理；將變更內(nèi)容及時的反應(yīng)到各類工程資料及BIM 模型中，確保施工變更BIM 模型與施工圖紙文檔的一致性。

提升管理效益 培養(yǎng)專業(yè)人才

北京市臺湖工程二期項目通過應(yīng)用BIM 技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)計階段對施工階段勞動力的綜合分析，在對住宅產(chǎn)業(yè)化虛擬三維建造的過程中引入勞動力、物資和場地的概念，從而提高設(shè)計對施工的指導(dǎo)，減少勞務(wù)選擇風(fēng)險及因設(shè)計不合理而造成的施工進度滯后等問題，可有效控制并縮短工期。

項目利用BIM 技術(shù)的特性，采用合適的協(xié)同管理平臺，實現(xiàn)了對現(xiàn)場施工的信息化管理，對預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)施工起到了很好的促進作用，使得施工過程的管控更為精細化。利用BIM 技術(shù)能有效提高裝配式建筑的生產(chǎn)效率和工程質(zhì)量，將生產(chǎn)過程各階段參與人員和信息聯(lián)系起來，真正實現(xiàn)以信息化促進產(chǎn)業(yè)化。

此外，該項目利用BIM 可視化、參數(shù)化的特性，改善傳統(tǒng)交底手段，使得技術(shù)交底更為精準(zhǔn)高效，利于提升現(xiàn)場工人操作水平，方便了施工現(xiàn)場對分包工程質(zhì)量的控制。項目采用三維技術(shù)交底的方式，建立了產(chǎn)業(yè)化施工標(biāo)準(zhǔn)，擁有了產(chǎn)業(yè)化設(shè)計施工團隊，一方面培養(yǎng)了專業(yè)化人才，另一方面提高了對工程質(zhì)量的控制水平。

利用BIM 技術(shù)能有效提高裝配式建筑的生產(chǎn)效率和工程質(zhì)量，將生產(chǎn)過程中的上下游企業(yè)聯(lián)系起來，真正實現(xiàn)以信息化促進產(chǎn)業(yè)化。借助BIM技術(shù)三維模型的參數(shù)化設(shè)計，使得圖紙生成修改的效率有了很大幅度的提高，克服了傳統(tǒng)拆分設(shè)計中圖紙量大、修改困難的難題；鋼筋的參數(shù)化設(shè)計提高了鋼筋設(shè)計精確性，提升了可施工性。加上時間進度的5D 模擬，進行虛擬化施工，提高了現(xiàn)場施工管理的水平，降低了施工工期，減少了圖紙變更和施工現(xiàn)場的返工，節(jié)約投資。

總結(jié)而言，BIM 技術(shù)的使用能夠為裝配式建筑的設(shè)計、施工、運維提供有效幫助，使得裝配式建筑精細化這一特點更為容易實現(xiàn)，進而推動現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，促進建筑業(yè)發(fā)展模式的轉(zhuǎn)型。