基于BIM的裝配式建筑施工管理系統(tǒng)研究

唐繼華

(四川天一學(xué)院，四川 綿竹 618200)

建筑行業(yè)存在施工高能耗、建筑資源緊缺、對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞較大等問(wèn)題，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)管理常采取粗線條的管理方式。基于建筑施工管理理念，將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑中，對(duì)裝配構(gòu)件的制造、設(shè)備運(yùn)輸、構(gòu)件入場(chǎng)及儲(chǔ)藏與塔吊安裝進(jìn)行模擬，提升了施工效率。批量化的構(gòu)件制造與工業(yè)化的建設(shè)流程，應(yīng)重視施工現(xiàn)場(chǎng)管理，避免因建設(shè)信息不對(duì)等而出現(xiàn)建設(shè)問(wèn)題。針對(duì)裝配式建筑常見(jiàn)的現(xiàn)場(chǎng)管理問(wèn)題，基于建筑信息模型，提出了現(xiàn)場(chǎng)管理策略，以期找到優(yōu)化裝配式建筑現(xiàn)場(chǎng)管理的可行方法，發(fā)揮建筑信息模型的可視與模擬功能，做好構(gòu)件制造與現(xiàn)場(chǎng)管理安排，解決施工現(xiàn)場(chǎng)的信息管理問(wèn)題。

1 緒論

1.1 研究背景

綠色建筑、智能建筑、裝配式建筑是近年來(lái)建筑行業(yè)發(fā)展的重要方向，尤其是裝配式建筑在施工方案上不斷創(chuàng)新，將傳統(tǒng)建筑行業(yè)混凝土澆灌轉(zhuǎn)換為構(gòu)件預(yù)制作，而后現(xiàn)場(chǎng)拼裝的形式，相應(yīng)的，施工管理的重點(diǎn)應(yīng)隨之調(diào)整。建筑行業(yè)存在高能耗、資源浪費(fèi)問(wèn)題，以建筑行業(yè)發(fā)展為研究背景，以BIM技術(shù)的高效運(yùn)用為途徑，解決裝配式建筑施工環(huán)節(jié)中存在的問(wèn)題，發(fā)揮裝配式建筑的優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)施工管理的重要性。

1.2 研究意義

為解決裝配式建筑施工環(huán)節(jié)中存在的管理問(wèn)題，依托于BIM技術(shù)與建筑信息模型內(nèi)部綜合系統(tǒng)的應(yīng)用，提高工程管理的效果與可協(xié)調(diào)性，將提升收益與質(zhì)量保障為核心目標(biāo)，促進(jìn)我國(guó)裝配式建筑行業(yè)的發(fā)展。重視理論與實(shí)踐的綜合探究，以實(shí)際案例驗(yàn)證方案是否具有可實(shí)踐價(jià)值，彌補(bǔ)過(guò)往工作環(huán)節(jié)存在的理論充足但實(shí)踐不明的問(wèn)題。

1.3 邏輯框圖

以技術(shù)路線總結(jié)為邏輯框圖的主要內(nèi)容，分為若干重點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。提出問(wèn)題，根據(jù)文獻(xiàn)記錄與切實(shí)存在的問(wèn)題，保證問(wèn)題的客觀性與重大性，突顯策略探究?jī)r(jià)值。理論研究，理論層面依據(jù)可分為兩個(gè)層級(jí)，即裝配式施工管理與BIM信息化管理，依據(jù)上述兩個(gè)理論保證施工環(huán)節(jié)和管理工作的可協(xié)調(diào)性。技術(shù)分析，分析案例，結(jié)合學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，保證科學(xué)性。體系構(gòu)建側(cè)重于進(jìn)度、成本、質(zhì)量及布場(chǎng)四個(gè)層面，初步形成體系。展望未來(lái)裝配式建筑管理工作的發(fā)展路徑。

2 基于BIM的裝配式建筑施工管理的重要意義

基于BIM的裝配式建筑施工管理，可解決建筑與制造領(lǐng)域中存在的問(wèn)題，促進(jìn)構(gòu)件組裝型建筑與建筑信息模型的發(fā)展。目前，建筑領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行構(gòu)件組裝，借助于建筑信息模型強(qiáng)大的模擬功能，將裝配式建筑進(jìn)行系統(tǒng)分析，系統(tǒng)設(shè)計(jì)出現(xiàn)場(chǎng)管理方法，具有重要意義。裝配式建筑以制造業(yè)模式完成建筑構(gòu)架生產(chǎn)，大大節(jié)約了建筑資源，具有節(jié)能環(huán)保、施工周期短的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)建筑施工相比，裝配式建筑不僅提升了施工效率，還縮減了工程成本。BIM技術(shù)以立體多維形式模擬建筑物設(shè)計(jì)階段、施工階段及管理過(guò)程，通過(guò)強(qiáng)大的場(chǎng)景模擬工程，為管理人員分析裝配現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)模型，將現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)模型與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)管理相關(guān)聯(lián)，展現(xiàn)出實(shí)際施工狀況。由數(shù)據(jù)與信息處理搭建的建筑信息模型應(yīng)用于施工管理中，可全面監(jiān)管裝配式建筑的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。

3 裝配式建筑施工的優(yōu)點(diǎn)與不足

3.1 優(yōu)點(diǎn)

裝配式建筑是將傳統(tǒng)的建筑現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)集中制造方式完成，將構(gòu)件運(yùn)送到工程現(xiàn)場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行配件組裝即可。其施工優(yōu)點(diǎn)是占用場(chǎng)地面積小，相較于傳統(tǒng)建筑施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，混凝土、機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)才可完成作業(yè)，而裝配式建筑將建筑物各配件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化制造，如混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等，制造完成后運(yùn)送至工程現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行吊裝安裝即可，大大縮減了施工用地。構(gòu)件制造生產(chǎn)過(guò)程中，全部進(jìn)行規(guī)范化、精確化材料配比，相較于傳統(tǒng)建筑施工，各類材料使用量均減少，如鋼材、混凝土、砂漿、保溫材料等。裝配施工現(xiàn)場(chǎng)僅需對(duì)進(jìn)場(chǎng)構(gòu)件進(jìn)行安裝，施工效率更高，采取吊裝機(jī)械安裝，降低了施工強(qiáng)度。

3.2 不足

目前，裝配式建筑現(xiàn)場(chǎng)組裝仍存在一些問(wèn)題。裝配進(jìn)度受構(gòu)件制造的影響，現(xiàn)場(chǎng)管理人員如果未跟進(jìn)構(gòu)件生產(chǎn)管理，將導(dǎo)致構(gòu)件生產(chǎn)不及時(shí)，影響裝配建筑效率。對(duì)于混凝土超大構(gòu)件的運(yùn)輸不合理，將延誤施工，影響構(gòu)件安裝效率。方案調(diào)整具有一定的限制，若出現(xiàn)裝配作業(yè)方案調(diào)整，已經(jīng)制造出的構(gòu)件則無(wú)法應(yīng)用組裝，或是吊裝過(guò)程中出現(xiàn)漏裝、錯(cuò)裝問(wèn)題，將影響裝配式建筑的整體發(fā)展。需要對(duì)裝配式建筑進(jìn)行深入研究，培養(yǎng)構(gòu)件制造及現(xiàn)場(chǎng)組裝方面的專業(yè)人才。

4 BIM在構(gòu)件、配件中的應(yīng)用

4.1 在生產(chǎn)制造中的應(yīng)用

為發(fā)揮裝配式建筑的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)重視構(gòu)件、配件生產(chǎn)，保證生產(chǎn)質(zhì)量，利用BIM平臺(tái)完成編號(hào)，保證現(xiàn)場(chǎng)組裝效率。流程分析是利用傳統(tǒng)二維軟件完成構(gòu)件、配件平面圖的繪制，在建筑信息模型中轉(zhuǎn)換為可視立體圖，完成轉(zhuǎn)化后由專業(yè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行圖紙深度處理，利用可視功能對(duì)內(nèi)部尺寸誤差進(jìn)行二次調(diào)整。構(gòu)件生產(chǎn)應(yīng)重視構(gòu)件、配件質(zhì)量表單，利用三維掃描系統(tǒng)對(duì)構(gòu)件、配件進(jìn)行無(wú)損檢查，再進(jìn)行運(yùn)輸。三維設(shè)計(jì)模型是技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)，需在傳統(tǒng)軟件中增加可視分析，保證裝配式構(gòu)件、配件的尺寸精度。

4.2 在物流運(yùn)輸中的應(yīng)用

相較于傳統(tǒng)建筑施工，裝配式建筑構(gòu)件、配件運(yùn)輸是重點(diǎn)，其影響因素包括運(yùn)輸成本，如構(gòu)件、配件的無(wú)損壞運(yùn)輸，如果做不好調(diào)度與規(guī)劃，將無(wú)法進(jìn)行成本的控制。運(yùn)輸速度，途中如果出現(xiàn)問(wèn)題，將影響現(xiàn)場(chǎng)組裝效率。應(yīng)利用BIM技術(shù)的模擬功能，將構(gòu)件、配件等進(jìn)行運(yùn)輸模擬，尤其是要將構(gòu)件、配件尺寸與進(jìn)場(chǎng)場(chǎng)地的最大路徑進(jìn)行模擬，避免延誤。利用虛擬環(huán)境對(duì)配件運(yùn)輸進(jìn)行模擬，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，將運(yùn)輸路線做好規(guī)劃，發(fā)揮建筑信息模型的規(guī)劃與模擬功能。

4.3 在現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)中的應(yīng)用

裝配式建筑構(gòu)件的存儲(chǔ)不同于傳統(tǒng)建筑施工材料，應(yīng)保證標(biāo)號(hào)一一對(duì)應(yīng)，避免混亂存放導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)困難。影響因素包括位置規(guī)劃，應(yīng)根據(jù)標(biāo)號(hào)安裝時(shí)間劃分出不同的存放位置，若劃分不清將會(huì)給管理造成困難。存放環(huán)境應(yīng)做好防潮處理，避免因環(huán)境因素造成尺寸誤差。可利用預(yù)演功能完成組裝分析，做好存放處理。

5 基于BIM的裝配式建筑施工管理實(shí)踐

5.1 案例概況

ZD市某高級(jí)中學(xué)因?qū)W生住校難，擬定在校區(qū)東北角進(jìn)行學(xué)生公寓的建設(shè)工作。該學(xué)生公寓的建設(shè)應(yīng)考慮周邊環(huán)境條件，采用傳統(tǒng)施工工藝場(chǎng)地空間不允許，因此采取裝配式建筑結(jié)構(gòu)建設(shè)。該公寓共分為6層，無(wú)地下室結(jié)構(gòu)，建筑面積9 800 m2，高度24 m，可解決1 000名學(xué)生的住宿問(wèn)題。本項(xiàng)目作為裝配整體式混凝土框架建筑，全樓除衛(wèi)生間及屋頂構(gòu)件現(xiàn)澆外，所有構(gòu)件均為預(yù)制構(gòu)件，現(xiàn)場(chǎng)管理需重視BIM技術(shù)的應(yīng)用，保質(zhì)保量在規(guī)定時(shí)間內(nèi)竣工。

5.2 裝配場(chǎng)地管理

根據(jù)裝配式建筑實(shí)際工程需求及建筑構(gòu)件尺寸，選擇配套的吊裝機(jī)械設(shè)備，借助建筑信息模型的可視功能與三維模擬功能，協(xié)同設(shè)計(jì)部門(mén)規(guī)劃吊裝機(jī)械設(shè)備的場(chǎng)地位置，避免后期因構(gòu)件尺寸組裝失敗導(dǎo)致吊裝設(shè)備拆除，避免不必要的浪費(fèi)。吊裝設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)規(guī)劃可在一定程度減少設(shè)備進(jìn)場(chǎng)數(shù)量，節(jié)省費(fèi)用。對(duì)于裝配場(chǎng)地、吊裝設(shè)備、內(nèi)部結(jié)構(gòu)組裝、砌體施工等都應(yīng)進(jìn)行建筑信息模型動(dòng)態(tài)模擬，及時(shí)發(fā)現(xiàn)構(gòu)件組裝中存在的問(wèn)題。安裝人員與砌體施工人員通過(guò)觀看現(xiàn)場(chǎng)模擬施工，可了解建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提升施工效率。對(duì)裝配現(xiàn)場(chǎng)的建筑施工模擬，可實(shí)現(xiàn)可視化現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管，避免出現(xiàn)構(gòu)件組裝現(xiàn)場(chǎng)空間不足的問(wèn)題。建筑信息模型具有模擬與管理的雙重作用，應(yīng)加以利用。

5.3 裝配進(jìn)度管理

裝配式建筑施工完成組裝進(jìn)度管理，應(yīng)建立在建筑信息模型平臺(tái)上，通過(guò)構(gòu)件組裝模式與砌體施工，計(jì)算出裝配工作的具體進(jìn)度，根據(jù)建筑信息模型計(jì)算出裝配進(jìn)度，結(jié)合實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)情況做好構(gòu)件組裝管理計(jì)劃。借助平臺(tái)將構(gòu)件進(jìn)行編號(hào)，模擬組裝，針對(duì)模擬組裝過(guò)程中的施工問(wèn)題，調(diào)整構(gòu)件組裝管理方案。利用平臺(tái)的三維立體預(yù)演形式，令現(xiàn)場(chǎng)管理人員直觀找到構(gòu)件建設(shè)問(wèn)題，當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)構(gòu)件吊裝進(jìn)程偏差時(shí)，可利用BIM 技術(shù)進(jìn)行偏差問(wèn)題分析，重新做好構(gòu)件組裝校正工作。與此同時(shí)，管理人員還可進(jìn)行多個(gè)校正方案比對(duì)，篩選出較為合理的工作方案。構(gòu)件組裝過(guò)程中，可將每日構(gòu)件組裝數(shù)據(jù)在建筑信息模型中進(jìn)行組裝進(jìn)度分析，通過(guò)組裝數(shù)據(jù)分析模擬出工程周期，當(dāng)與組裝進(jìn)度出現(xiàn)偏差時(shí)，應(yīng)在建筑信息模型中利用差異顏色進(jìn)行記錄，方便后續(xù)管理。對(duì)裝配進(jìn)度進(jìn)行跟進(jìn)管理，將裝配進(jìn)度與資金利用管理相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的動(dòng)態(tài)模式現(xiàn)場(chǎng)管理。

5.4 裝配成本管理

裝配式建筑的成本管理重點(diǎn)應(yīng)落實(shí)在構(gòu)件組裝上，構(gòu)件制造是程序化、標(biāo)準(zhǔn)化的制造流程，一旦簽訂構(gòu)件制造合同則無(wú)法更改，應(yīng)利用建筑信息建筑模型，對(duì)構(gòu)建裝配施工量進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，對(duì)不同構(gòu)件或配件組裝成本進(jìn)行計(jì)算，為現(xiàn)場(chǎng)管理提供數(shù)據(jù)參考。利用BIM技術(shù)計(jì)算裝配成本，對(duì)構(gòu)件、裝配、資金進(jìn)行對(duì)比，利用線上函數(shù)計(jì)算完成系統(tǒng)計(jì)劃與實(shí)際工程投入分析。施工管理應(yīng)結(jié)合裝配現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況，系統(tǒng)化完成成本管理，對(duì)裝配效率與砌體施工效率進(jìn)行監(jiān)管，高質(zhì)量地完成管理任務(wù)。

6 結(jié)語(yǔ)

建筑領(lǐng)域中已廣泛應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行構(gòu)件組裝，借助于建筑信息模型強(qiáng)大的模擬功能，對(duì)裝配式建筑進(jìn)行系統(tǒng)分析，制定現(xiàn)場(chǎng)管理方法，具有重要的意義。