裝配式混凝土結構工程建設中BI M技術的應用

劉琨

（中交第四公路工程局有限公司，北京100022）

1 工程概況

本項目為河南省省直青年人才公寓航港南苑項目，總建筑面積約2.570×105m2，其中，地上建筑面積約1.620×105m2，地下建筑面積約9.50×104m2。本項目由12個單體工程組成，包括9個高層住宅、1個幼兒園和2套獨立的配套住宅。住宅主體結構采用現澆混凝土組合拼裝整體鋼筋混凝土剪力墻結構（采用單獨核心筒結構），包括1層及以上樓層采用預制復合板，地面5層以上及豎向構件采用預制混凝土（Precast Concrete，PC）墻板，總合同要求PC組件裝配率為≥50%，實際設計裝配率為≥53%，滿足合同要求。

2 裝配式建筑運用BI M技術的必要性

2.1 建立建筑數字資源庫

BIM技術是積累建筑設計和施工數字資源庫的重要途徑。自BIM技術發展以來，相關人員根據BIM技術在建筑工程建設過程中使用的資源建立了數字資源庫，并利用數字模型信息輔助生產及項目管理，可以有效提升資源信息的管理價值和利用功效。

2.2 深化圖紙的生成并指導預制構件加工與生產

裝配式建筑需要嚴密設計構件拆分、預埋構件和與預留孔洞，所以各專業的溝通及協調深化尤為重要。針對此，通過BIM技術進行設計裝配式構件，可以精細化地設計出構件尺寸、鋼筋直徑、間距以及保護層厚度。

此外，BIM三維模型還可以判斷出相鄰構件之間的連接情況，并通過碰撞檢測發現構件之間的沖突并提前優化，同時輸出圖紙指導預制構件加工，以避免設計粗糙造成吊裝拼裝的過程中出現問題，影響工期并造成經濟損失。

3 BI M技術在裝配式混凝土結構工程中的應用

3.1 建筑設計階段

3.1.1 預制構件深化設計

預制構件深化設計基本流程為：組織開始深化設計工作→編制深化設計方案→創建深化設計模型→全專業深化設計模型協調→繪制深化設計施工詳圖。預制構件深化設計流程如圖1所示。

圖1 預制構件深化設計流程

作為裝配式混凝土結構工程中BIM技術應用的重要環節，預制構件在深化設計前，需以原有設計方案及條件為基礎，依據構件拆分原則，并充分考慮預制加工、塔吊吊運能力、施工操作等因素，同時利用BIM設計模型進行構件拆分及專業性深化設計，以確定拆分構件位置、尺寸及拆分方向，形成構件拆分BIM模型。

不僅如此，BIM技術還可以通過整合土建、機電、精裝等專業圖紙進行協同設計，并結合鋁膜、爬架、塔吊等技術方案，深化豎向構件、疊合板預埋件及預留洞口位置，從而對鋼筋進行優化排布來深化設計出圖，以進一步指導構件廠預制加工。

3.1.2 復雜節點深化設計

本項目地下車庫管線錯綜復雜，是現場施工中的重難點。若采用傳統的施工方法，則往往只關注于避免錯誤與減少返工，而降低成本、追求美觀等額外的要求通常都會被忽略。本項目整合了全專業的BIM設計模型，可以讓每個區域的情況一目了然，從而方便詳細分析車庫內專業多、管線密集、空間小的重點控制的復雜節點；將BIM設計模型通過以“以點帶線、以線帶面”的方式逐步深化模型，并依據深化后的管線綜合模型來優化預留洞口，在經參建各方同意后，可根據簽署文件的實施保證項目的順利進行，從而進一步提高工程質量。

以地下車庫節點1為例。該節點位于地下車庫M～N軸交匯處21～23軸，柱間最大跨度為4 500 mm，樓層高度4 000 mm，剔除實際結構梁可用高度3 100 mm；區域管道多達14條，其中水管9條、橋梁3條、風管2條，風道1（排風630 mm×320 mm）與風道2（排煙1250 mm×400 mm）位置沖突，相互轉彎會影響車庫高度。該地下車庫則選擇此處來對復雜節點進行整體布局優化。具體優化思路如下：

1）在距梁底300 mm處敷設風道，將局部風管1（排風630 mm×320 mm）排氣管移至N～P軸，將1 200 mm×100 mm弱橋架移至L～M軸。

2）橋架距梁底100 m處敷設風管，自噴支管通過風管與橋梁之間。

3）其他管道遠離供熱管道，供熱管道布置在風管道上方。

4）消火栓管與供熱管鋪裝高程相同，管底高程2 400 mm。

5）保證養護空間在≥350 mm水平高度綜合布置。經過優化后，該節點水平高度達到維修空間標準，縱向凈空高度為2 400 mm（風道底部高度），符合一般車庫凈高標準。

3.2 預制加工階段

根據預制構件生產廠的實際生產力水平，本項目選擇了自動化機械與人工的半自動化加工方式。在預制構件加工過程中，由于模具的精度會決定預制構件的生產精度，因此，要在建立好的預制構件拆分BIM模型基礎上，提取精確的構件尺寸信息，從而為模具設計精度提供保障。具體實施要點為：

1）利用構件拆分BIM模型建立PC構件數據庫，以實現PC構件加工圖紙與PC構件三維模型的雙向參數化信息連接，包括PC構件編號、混凝土用量和預埋件等信息。

2）將構件拆分BIM模型同PC構件生產廠流水線對接，在加工過程中準確讀取預留預埋、鋼筋空間與參數的準確信息，從而自動形成構件生產數據；與此同時，還可以生成人工施工部分對應的動畫及圖紙，以更好地指導相關生產人員正確施工，減少施工誤差[1]。

3.3 施工管理階段

3.3.1 預制構件智能管控

構件拆分BIM模型可以為每一塊預制構件進行唯一的標號，并結合二維碼及射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID），對預制構件的生產、出場、運輸、進場的整個流程進行跟蹤管理：

1）生產時，在讀取RFID標簽信息的基礎上，根據生產進度來快速采集預制構件材料信息，以輔助材料的精確管理。

2）出廠時，通過RFID讀寫器寫入出場驗收信息來錄入運輸車輛信息，從而實現對構件運輸情況的實時定位與跟蹤。

3）進場時，通過寫入進場驗收信息，輔助現場的預制構件管理。

當以上各個流程的信息錄入都上傳至服務器時，可達到對預制構件的全過程動態管控，進而提高現場的精細化管理能力。

3.3.2 場地布置管理

裝配式混凝土結構工程的施工現場布置與現澆混凝土結構工程有很大的區別。為了滿足安裝以及保證日常工作生產的順利進行，場內的交通、塔吊選型及布置、堆場布置、地下室頂板承載力等都被提出了極高要求。

針對此，本項目利用BIM模仿場地布置，將塔吊的高度、臂長等信息進行仿真模擬，并與地下主體結構模型進行位置沖突模擬，讓塔吊方案安全、經濟、高效。裝配式混凝土結構工程在進行主體施工時，都可利用BIM技術來對施工場區的交通規劃、各類施工機械布置以及預制構件堆場位置進行可視化模擬，使其科學合理，減少二次搬運，從而提高場地的利用率。

3.3.3 施工方案優化

BIM技術具有超強的可視化與模擬功能。本項目在施工過程中，為了充分發揮其可視化與模擬性的特點，采取的方式有3種：

1）外掛架施工方案。創建外掛架BIM模型與主體深化模型協調，并模擬外掛架方案，優化節點和排布方案17處，以避免在施工中出現外掛架安裝沖突及未閉合等問題。

2）現澆節點模板施工方案。裝配式混凝土結構工程在現澆節點模板優化完成后，可利用BIM模型生成現澆節點模板布置圖及鋼背楞加工圖；本項目共生成5種戶型平面布置圖，253種型號鋼背楞加工大樣圖，可以有效指導現場施工。

3）標準層內支撐施工方案。在深化設計BIM技術模型的基礎上創建支撐體系模型，并對內支撐體系施工方案進行三維模擬及優化，從而形成可視化的成果輔助技術交底工作。

3.4 后期運營維護及拆除階段

3.4.1 運營維護

利用“BIM+RFID”技術可以實現裝配式建筑在運行壽命內的綠色運維管理。與預制構件的智能管控相似，其在運營維護階段可以通過RFID讀寫器掃描設備上的RFID標簽，快速讀取設備的生產廠家、尺寸、安裝日期等信息，便于維修工人進行施工。

同時，通過掃描RFID標簽，還可以遠程快速定位計算機BIM模型中的構件位置，便于快速查看維修位置周圍的設備信息，避免安全事故的發生。

概言之，基于“BIM+RFID”技術的運維管理平臺，可以自動檢索項目數據庫，制定維護工作計劃與添加維修記錄，從而高效開展維護工作。

3.4.2 拆除

對于所有的建筑物來說，拆除是必然存在的問題。為了提升裝配式建筑拆除的安全性及效率，拆除人員可以通過BIM模型來查閱工程的特點、幾何尺寸、隱蔽設施、施工記錄等數據信息，再根據構件的使用年限、材料規格、參數性能等制定可靠的拆除方案，并通過BIM技術模擬拆除方案，以排除各種安全隱患。

在拆除現場，拆除人員可以根據裝配式建筑BIM模型了解拆除的時間、位置、方法以及數量，并將拆除后的材料合理擺放歸類，從而確保拆除現場的干凈整潔，以有效提高拆除效率及廢物的回收利用率。

4 結語

現階段，有效利用BIM技術進行設計管理、生產管理、施工管理、運營管理，已成為一種趨勢。有效使用BIM技術來加強裝配式混凝土結構工程的標準化和常態化，可以在提高項目施工質量的同時，推動建筑行業的綠色可持續發展。