基于BIM的綠色裝配式建筑施工研究

陶曉星（南京地鐵集團有限公司，江蘇 南京 210000）

長期以來，建筑行業總耗能居高不下，但隨著綠色低碳協調發展理念的不斷深入人心，傳統現澆建筑模式材料浪費、高耗能、影響建筑周邊環境等問題逐漸被行業各方重視起來。預制裝配式建筑與傳統現澆建筑模式相比，具有節約物料、綠色環保、提升效率等明顯應用優勢[1-2]，可有效促進建筑行業降耗減排、綠色建筑的總體目標的實現，預制裝配式建筑施工技術正逐漸發展為各建筑企業的首要選擇。近年來，建筑信息模型（BIM）在建筑行業的推廣應用范圍不斷提升，其參數化、可視化、協同化的顯著優勢得到了建筑施工單位的廣泛認可[3-4]。

本文結合某建筑住宅項目施工實踐，系統介紹了BIM技術在綠色裝配式建筑施工中的應用過程和應用成效，并就預制裝配式建筑施工管理過程的控制要點進行了簡要論述。

1 BIM與裝配式建筑施工融合概述

1.1 BIM技術

BIM（Building Information Modeling）技術，即建筑信息模型[5]。BIM技術通過在平臺輸入相關建筑參數，在軟件虛擬平臺建立起3D可視化的建筑模型，同時，可在3D模型基礎上添加時間、材料、人力物力等內容，構建BIM 4D、BIM 5D等模型，各參建方均可在模型中實時篩選和調取有關數據信息，可實現建筑施工全過程數據共享和管理協同，各BIM模型與可實現功能詳見表1。

表1 BIM模型與可實現功能

1.2 BIM與裝配式建筑施工融合應用分析

與傳統現澆模式相比，裝配式建筑具有特殊的預制構件的設計，以及預制構件的工廠加工、運輸、吊裝等環節，建筑協調溝通環節增多，與此同時，一些高層預制裝配式建筑需要傳統現澆與裝配式建筑模式相結合，施工整體難度較大。基于BIM 技術輔助裝配式建筑施工全過程，利用BIM 技術及其他輔助軟件的建筑參數集成、可視化施工模擬以及施工管理協同等優勢[6]，對裝配式建筑的施工管理過程進行預先模擬、提前研判和優化控制，對裝配式建筑施工實現降本提質增效、減少安全事故和后期使用故障有明顯效果。

2 預制裝配式建筑工程案例

2.1 項目概況

某建筑住宅工程案例，由6棟10層住宅和3棟18層住宅構成，均為裝配式住宅，總占地面積13.43 萬m2，其中，地上建筑面積8.36萬m2。以8#住宅樓為例，地上18層，地下1層，主體結構為裝配整體式框架-現澆剪力墻結構。該項目1～5層采用現澆剪力墻，6～18層采用預制裝配式混凝土墻板，整體裝配率為54%，預制構件包括保溫內外墻板、預制陽臺、預制樓梯、空調板等。為提升建設質量和效率，降低施工成本，該裝配式住宅項目采用了BIM技術以及其他輔助軟件配合施工管理全過程。8#住宅樓BIM模型效果如圖1所示。

圖1 8#住宅樓BIM模型效果圖

2.2 基于BIM的施工組織團隊構建

為保證該項目的順利開展，開工前項目部明確了預制裝配式建筑BIM 技術應用團隊的組織架構，包括施工項目部成員、BIM 技術方、預制構件生產廠家等。基于BIM的施工組織團隊架構及分工見表2。

表2 基于BIM的施工組織團隊分工

3 裝配式建筑施工技術控制

3.1 預制剪力墻吊裝

首先在樓板位置放出預制墻體控制線，然后利用專門的鋼筋定位卡具，對預留鋼筋的定位、垂直度進行準確控制，用水準儀復核標高并及時調整鋼墊片厚度。完成墻板定位后，進行座漿料攪拌，測量高度并鋪設座漿料。待座漿料鋪設均勻后，進行墻板的安裝。剪力墻吊至距樓面1m 時，人工手扶緩慢下降，以誘導鋼筋輔助對孔，準確對孔后，手扶墻體緩慢落地就位；待預制墻體就位后，以七字碼調節墻體，實現精準平面定位，安裝斜支撐，確保墻體垂直度調整到位。上述步驟完成后，摘除吊具，繼續按照順序安裝其他墻板。剪力墻吊裝完成后，對套筒逐一灌漿前，先均勻攪拌灌漿料并進行流動性檢測，達到標準后，將專用注漿機插入預制墻下部注漿孔注漿，待漿料呈柱狀從上部出漿孔流出時，用橡膠塞封堵，抽出注漿槍封堵下部注漿孔，其他墻體重復該流程，逐一完成注漿；灌漿完成后進行漿料清理，如圖2所示。

圖2 預制剪力墻吊裝及鋼筋對孔

3.2 現澆部分鋼筋綁扎及支模

墻體裝配過程中，穿插現澆部分核心筒部位的鋼筋綁扎及鋁模安裝[6]。

3.3 疊合梁、疊合板安裝

墻體安裝的同時，對疊合梁、疊合樓板的獨立支撐進行定位放線，并安裝支撐及木工字梁，待灌漿料達到設計強度后，依次吊裝疊合梁至指定位置；疊合梁安裝完成后吊裝疊合樓板，并同時穿插梁面和板面鋼筋綁扎以及水電管線的預留預埋。

3.4 預制陽臺安裝

安裝陽臺板支撐，然后采用專用吊具起吊陽臺，調整預制陽臺構件起吊姿態，在起吊至距離安裝位置上方30cm～50cm時，安裝人員分辨鋼筋位置關系、邊線以及控制線位置，人工輔助預制陽臺緩慢下落，施工現場人員對陽臺進行調整就位安裝；重復吊裝過程，待標準層預制陽臺統一吊裝就位后，施工人員對陽臺板上部鋼筋進行統一綁扎；上述工序全部完成后，對鋼筋綁扎及鋁模安裝進行驗收，待合格后統一澆筑混凝土。

3.5 預制樓梯安裝

通過定位放線，標高調整，吊裝就位以及灌漿封堵等一系列工序，完成預制樓梯的吊裝。

4 基于BIM的裝配式建筑施工管理控制

4.1 基于BIM的施工場地優化布置

正式施工前，BIM技術人員和項目部技術人員結合施工平面圖和現場的實際情況，通過Fuzor和Revit軟件進行了場地環境模擬，對施工場地設備安裝擺放、塔吊吊距、施工車輛、道路布置等場地因素進行了優化布置。通過前期施工場地模擬和沖突研判分析發現，某區域施工道路與建材堆放區域存在視野盲區，施工車輛經過時存在安全隱患，現場管理人員對建材擺放區域進行了重新調整規劃，消除了車輛安全隱患；另外模擬發現塔吊吊距不合理，又對塔吊的安裝位置進行了位置優化，降低了正式施工時發生安全事故的概率。

4.2 基于BIM的施工進度過程控制

由于本建筑工程項目既有傳統現澆施工模式，又有預制裝配式建筑施工，涉及施工過程環節復雜，因此，基于BIM 技術進行施工輔助管理尤為必要。項目組BIM 工程師利用Revit 構建起建筑3D 模型，同時，在3D 建筑模型的基礎上增添時間因素，即施工進度控制計劃，生成BIM 4D 建筑信息模型，利用BIM 協同化的特性，相關施工管理人員、BIM技術人員、施工管理人員等各方可在平臺上實現對建筑模型和數據的實時共享協作：①可視化施工過程模擬。項目組技術人員和BIM工程師通過Revit、Lumion、Navisworks 軟件對預制裝配式建筑施工剪力墻吊裝、鋼筋綁扎支模、陽臺吊裝等施工環節進行模擬，一方面增強了項目組技術人員對預制裝配式建筑施工過程的宏觀理解，另一方面可在施工前進行提前研判，根據裝配式建筑重點施工環節模擬過程，提早發現了設計缺陷、施工風險以及施工重點難點問題，項目組施工管理人員對發現的問題在施工進度控制計劃中進行了重點標注，并制定了預防和處理措施，有效保障了施工的順利進行，預制裝配式建筑部分施工環節模擬如圖3所示；②在裝配式建筑的施工過程中，技術人員將實際施工執行進度與BIM 模擬施工進行對照分析，發現該棟樓疊合梁、板吊裝施工節點進度滯后，項目組及時分析了進度滯后原因，并采取了趕工、增加人力、機械等補救措施，避免了工期延誤。

圖3 現澆部分核心筒部位鋼筋綁扎和支模、預制陽臺吊裝Fuzor施工模擬

4.3 基于BIM的施工質量過程控制

本項目裝配式建筑施工中，基于BIM的質量控制，依照施工階段分為了施工前的BIM 技術控制、施工過程中的BIM技術控制、施工完成后的BIM質量控制3個階段：①正式施工階段開始前，項目技術人員和BIM團隊對施工全過程關鍵工藝、環節反復模擬，尋找設計漏洞，并進行了及時糾偏處理。項目技術人員基于Navisworks對裝配式建筑的管線排布、預制構件和設備位置等進行了碰撞檢測（如圖4所示），檢測結果顯示管線與預制墻、梁沖突152 處、預制構件與現澆部位沖突74處、施工設備作業沖突4 處，項目部將這些碰撞檢測結果及時反饋給了設計部門，設計部門對設計方案和圖紙進行了優化設計后，根據變更結果，對模型進行了調整，并將調整后的預制構件需求變更結果反饋給了項目部與構件加工方，避免了因返工造成質量和成本問題；②施工過程中，基于BIM技術和建筑外接監控和傳感設備，對裝配式建筑施工過程中質量控制點定位、狀態實時記錄和反饋，實現了質量控制點數據的動態更新和收集分析，項目管理人員及時發現和處理施工過程中的質量問題，提高了質量檢查的效率和準確性；③施工完成后，基于BIM 平臺的數據集成和信息儲存功能，將施工全過程的問題和處理過程以數據的形式進行儲存，建立起裝配式建筑施工質量控制數據庫，形成項目管理組織過程資產，為企業后續類似建筑工程的施工質量管理過程提供了參照，積累了寶貴經驗。

圖4 Navisworks碰撞檢測

4.4 基于BIM的施工成本和資源控制

基于BIM技術進行預制裝配式建筑成本和資源管理，可從建模和數據準備、進度計劃、BIM應用、數據分析和BIM 4D這五個階段著手：①根據圖紙建立商務算量模型，實現建筑工程工程量計算、歸納設計圖紙問題，協助圖紙會審；②進度計劃和資源配置計劃的編制，進度計劃分級編制，滿足合同和項目建設里程碑節點的要求，同步資源配置，基于項目總控制進度計劃和計算所得的總資源體量進行項目資源管理；③基于BIM技術，對商務算量模型進行深度優化設計，比如腳手架、鋁模、模板設計，并導出材料表，制定材料流水方案；④對需要進行現場協調的如鋼筋工、架子工等人工資源和鋼筋、鋼管等材料進行資源掛接，把初始計劃作為參照對象，做好實際施工進度的記錄，以前鋒線對施工進度情況進行展示，并以此為依據進行資源配置；⑤利用BIM 建筑模型和進度計劃，將施工過程可視化展現，4D 演示能使管理者對建筑工程全過程資源曲線有清晰的認識，明確資源投入峰值、勞務撤場和索賠發生的時間節點，協助企業和工程管理者高質量開展資源管理工作。

5 結語

隨著我國建筑行業信息化、低碳化的不斷推進，預制裝配式建筑在建筑工程實踐中的應用占比將越來越高。基于BIM技術的同時，結合其他信息化、數字化技術手段，優化施工管理和資源配置，可有效減少建筑中的材料資源浪費，助力行業節能減排。與此同時，基于BIM 技術的可視化施工過程可顯著提升裝配式建筑施工的效率和質量。本文以某裝配式建筑住宅融合BIM技術進行施工控制為案例，分析了BIM 在裝配式建筑施工中的應用方式和可實現的效果，該項目建設實踐結果顯示，BIM 技術對裝配式建筑施工提質增效、降低成本具有顯著效果。在未來，BIM技術與裝配式建筑融合發展將進一步促進建筑行業整體向數字化、智能化、綠色發展方向不斷走深、走實。