BIM 技術在裝配式混凝土建筑中的應用研究

陳躍剛

（上海建工五建集團有限公司，上海 200063）

0 引言

近年來，裝配式混凝土建筑由于其顯著的優勢而越發受到重視，2016 年發布的《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》更是奠定了裝配式混凝土建筑迅猛發展的基礎，全國各地也都出臺了相應的推廣政策。2013 年－ 2020 年，裝配式建筑市場規模由 3 億元增長到 290 億元。但是，伴隨著這種迅猛發展而來的，是裝配式混凝土建筑施工過程中出現的眾多質量問題以及施工困難點。例如圖 1 所示的徐州市農科院項目中，疊合板尺寸以及預留線盒的點位錯誤等問題，圖 2 中綠地博覽中心項目預制疊合板底部產生裂紋，而此類問題勢必會對建筑安全性產生影響。因此面對發展迅猛的裝配式建筑，找出對預制構件全套生產流程進行更好地管控的手段是非常必要的［1］。

圖1 疊合板尺寸問題

運用 BIM 技術可以將建筑施工過程中的各個相關聯的信息作為基礎，實現整體建筑模型的細致建模，以數字信息模擬建筑物的全部實際細節，讓管理人員能夠以信息化手段對整個項目進行管理。BIM 技術不僅具備完整性、一致性、相互關聯性的特點，它的仿真模擬、協調、優化能力、可視化特點以及出圖功能都與裝配式建筑高度契合，因此利用 BIM 手段對裝配式混凝土建筑施工進行指導，對更好地管控裝配式混凝土建筑有很高的實用價值［2］。

1 BIM 在裝配式混凝土建筑預制構件中的應用

1.1 BIM 在預制外墻板設計階段的應用

在沈陽市惠生新城公租房項目中，采用了 BIM 技術對外墻板的制作與施工進行了全面的方案優化以及質量管控。

由于 BIM 模型高度參數化的特點，對于同樣類型的預制構件只需進行一次建模，若想得到其他同類型的預制構件則只需要對參數進行相應的修改，因此非常適用于大部分構件類型相一致的裝配式建筑。只需要建立項目所涉及的不同類型的預制構件族便可以通過組合拼接，得到整體的工程模型。同時還可以將已經建立好的預制構件族上傳至數據庫，經過長時間的積累后便可得到龐大的預制構件族庫，方便日后找出適用于相應裝配式混凝土建筑的預制構件模型。

在預制構件設計階段引入 BIM 技術進行深化設計，還可以對預制過程中出現的錯誤進行預防。在混凝土構件施工時，鋼筋施工極容易出現錯誤，僅依賴平面圖紙對施工過程進行管控很容易導致預制構件成品出現質量問題。在該公租房項目中，采用套筒連接的方式對上下層的裝配式外墻板進行連接，若下層鋼筋與上層套筒無法精確對接，會導致返工以及破除的情況，不僅打亂后續生產計劃，還會影響現場的施工進度。BIM 的三維可視化模擬功能便可以很好地解決這一問題，利用 BIM 對預制構件安裝過程進行模擬，便能夠提前發現設計上不合理的地方，以提高后期的安裝效率。

不僅如此，進行深化設計時，遇到例如結構鋼筋與預留孔洞的碰撞問題，都可以利用 BIM 手段，在設計階段將問題全部解決。如圖 3 所示，在圖中可以非常清楚地看到電器預留孔以及預埋件等精確的位置，并從多角度進行展示。若發現了鋼筋碰撞情況，可及時進行調整，避免碰撞問題的發生，同時也避免了工人在施工時，遇到鋼筋碰撞而對結構鋼筋進行扭曲，留下質量隱患的情況。

圖3 預制外墻板深化模型

1.2 BIM 在預制板件安裝質量控制中的應用

裝配式建筑中，預制構件與結構之間存在大量復雜的節點，節點接縫的處理一旦出現差錯，容易導致滲水以及結構強度降低的情況，影響建筑質量，遺留安全隱患。因此惠生新城公租房項目引用 BIM 手段對現澆節點進行 BIM 建模，通過可視化模擬對現場施工進行教學，實現施工工序的系統控制。圖 4 為 L 形節點的平面設計圖與 BIM 三維視圖的對比圖，可以明顯看出 BIM 三維視圖具備更高的可視化程度，非常清晰地展示出了鋼筋間的空間位置關系，利用這樣的三維視圖進行技術交底，便可以最大程度減少錯誤施工，提高施工質量。除了復雜節點的可視化三維建模外，該公租房項目還利用 BIM 技術來解決預制轉角板容易出現保溫層脫落的問題，在利用 BIM 軟件進行設計后，決定在邊緣位置將連接件的數量增加 10 % 左右，同時采用在脆弱的連接點附加豎向邊條的方式來保護保溫層。

2 BIM 在裝配式混凝土建筑質量管理中的應用

2.1 BIM 安全信息模型

由于裝配式混凝土建筑在深化設計階段有非常大的工作量，導致有較多的問題出現在設計階段，如鋼筋碰撞，板件的尺寸問題以及線盒點位出錯等，而引用BIM 技術后，其獨特的建筑空間模型化，最大程度地減少了出錯的可能性，提升了各專業間的協調性。

徐州市安置房項目 F 地塊便采用了 BIM 技術對整個項目的建筑質量進行管控，以 BIM 的安全信息模型為基礎，實現該項目各參建單位較為良好的協同工作，大大減少了專業與專業之間的沖突，提前對項目設計以及施工過程中可能出現的問題與風險進行預測，以零安全事故為底線，以 BIM 應用示范項目為目標，提升項目整體的管理水平。

采用 BIM 手段對裝配式混凝土建筑的施工過程進行安全管控，建立安全信息模型是必不可少的。在圖 5 所示的安全信息模型中，將預制構件歸納為多個族，如預制剪力墻族、預制板族等。在安全信息模型的創建過程中，設計圖紙中的一些細節問題便會被暴露出來，例如圖例缺失，尺寸出錯等。建立好完整的安全信息模型后，再利用 BIM 進行碰撞檢測，按照實際情況合理調整設計圖紙，以達到既保證預制構件質量又不影響施工節點進度的目的。還可以通過該模型的可視化功能，對負責現場施工的相關人員進行安全教育，以達到安全零隱患的施工底線［3］。

圖5 BIM 安全信息模型

2.2 BIM 在裝配式混凝土建筑施工場地布置中的應用

徐州市安置房項目施工時，共有 20 棟建筑的單體同時施工，涉及到數臺塔吊以及車輛同時進行作業，這就導致現場布置非常緊湊，若無法合理安排車輛行進路線以及作業區域范圍，很容易出現時間以及空間上的沖突。而利用 BIM 技術，在 Fuzor 軟件進行施工模擬，提前判斷出可能出現的沖突點，改良現場布置方案的同時也不斷進行模擬過程，直至得出最優方案。

在預制構件運輸前，項目管理人員采用 BIM 技術制定了詳細的方案，利用大噸位卡車運送預制構件，以平躺式運輸的方式運送預制剪力墻等預制構件。在利用 BIM 模擬施工材料運輸車輛的行進路線時，發現了兩處問題易發生事故。

1）發現兩條運輸路線中路程較短的一條，道路寬度相對較小，導致車輛轉彎半徑過小，車輛自重較大時易發生側翻事故，因此決定選用第二條轉彎較緩的運輸路線，保證運輸車輛安全運輸。

2）車輛行駛過程中存在與路口鋼筋堆放區發生碰撞的風險，因此提前與施工單位做好溝通協調，改變鋼筋堆放位置，就可以在事故發生前及時避免。

材料到場后，施工單位按照 BIM 模擬優化后的方案將預制構件運送到專用的堆放場地，消除了潛在問題以及安全隱患。

同樣的，利用 Fuzor 軟件對塔吊進行模擬作業時，發現兩棟樓體 F3# 與 F9# 的兩座塔吊會出現高度相同，作業過程中相互碰撞的情況，如圖 6 所示。因此需要對塔吊位置進行調整，以避免類似沖突的發生。在實際施工時，調整塔吊位置過于麻煩，且現場找到合適的調整位置也會耗費一定的時間，而利用 Fuzor 以及 Revit 事先進行模擬分析，則可以及時發現大型機械設備的碰撞風險，避免材料堆放場地安排不合理以及面積過大的情況，以達到對施工現場更好地進行管控的目的。

圖6 BIM 塔吊作業模擬

2.3 BIM 對裝配式混凝土建筑施工方案的優化

運用 BIM 技術可以對各專業綜合管線的排布進行碰撞檢測，在設計階段最大程度降低發生碰撞的可能性，避免施工過程中的圖紙修改以及返工，消除安全隱患，避免事故發生。碰撞分析主要利用 Navisworks 軟件進行，對各預制構件間的碰撞、預制構件與外露鋼筋間的碰撞、機電專業與預制構件間的碰撞情況進行模擬檢測。在檢測結果中能夠清楚地看出碰撞點的名稱編號、軸網交點以所處狀態等詳細信息，如圖 7 所示。管理人員可以將結果打印為 Excel 表格，依據此結果保證圖紙會審時不出現漏審、錯審等情況。設計單位則根據此結果對圖紙進行優化，避免施工過程中出錯。設計人員則根據此結果進行圖紙優化，直至所有碰撞點修改完畢。徐州市安置房項目便利用 BIM 技術，發現了大量的碰撞點，分別為大約 22 % 的預制構件碰撞點、大約為 30 % 的鋼筋碰撞點以及大約為 48 % 的機電專業碰撞點。在建設、施工、設計單位與 BIM 咨詢單位的共同溝通下，對出現問題的圖紙進行深化，解決了所有碰撞問題后，提升了預制構件的生產質量，減少了返工，消除了安全隱患。

圖7 碰撞檢測結果

在徐州市安置房項目中，管理人員利用 BIM 技術，對預制構件的吊裝方案進行了多次的仿真模擬，以達到優化施工方案的目的。在 Fuzor 軟件內導入安全信息模型以及場地布置模型，對現場的預制構件吊裝方案進行仿真模擬，利用 Fuzor 軟件進行施工進度的修改與導出同樣非常方便。Fuzor 擁有著豐富的機械車輛庫，將車輛的運行參數與行進路線設置好后，便可以讓相應車輛按照制定的功能運作。Fuzor 的抓取釋放功能可以令數量機械設備之間相互配合，以實現預制構件吊裝的模擬安裝。利用該模擬過程便可以對施工時潛在的空間沖突等安全隱患進行全面的篩查，這一可視化的施工模擬，可以讓設計人員對預制構件進行更加合理的優化，同時可以讓管理人員進行施工交底以及安全教育，能夠有效避免盲目作業，幫助施工單位預先熟悉施工工序，避免發生安全事故。

3 BIM在裝配式混凝土建筑后期運維階段的應用

為方便項目完工后物業對項目的管理以及維護，將 BIM 技術與物聯網技術結合，運用于項目后期的運維管理系統，以設計階段以及施工階段所建立的 BIM 數據庫為基礎，便可以將復雜的項目運維管理信息化、精細化，提高管理質量。例如公用設備出現質量問題時，管理人員便可以進行在線的設備保修申請，而該申請則會被反饋到 BIM 模型中，由保修人員查看問題出現點并進行相應的維修工作，維修結束后再通過 BIM 軟件進行標記，由相關工作人員進行維修后的定期檢查，以確保維修質量。同樣的，將 BIM 加入到運維管理系統，對項目后期住戶能源分配是否合理進行管控，出現火災等意外事故時可以及時發現事故發生地點等，均可以讓管理人員更加精確高效地對項目進行管理。

4 結語

本文結合了多個實際的工程項目，對BIM在裝配式混凝土建筑中的應用情況進行了較為細致的分析。項目的設計階段利用 BIM 技術提升預制構件制作的精確度，為確保施工能夠順利進行對設計方案進行合理修改；項目施工過程中，利用 BIM 的模擬技術確保場地布置合理以及車輛的安全運輸，利用 BIM 的可視化技術對工人進行施工交底以及安全教育；項目后期的運維階段讓管理人員能夠更高效地對項目完工后出現的各種問題進行精確定位，高效地管理整個項目，可以說整個項目從開始到結束都在運用 BIM 解決各種問題。而隨著裝配式混凝土建筑在我國的不斷發展，BIM 技術也必將逐漸成為此類建筑項目中不可缺少的重要角色。Q