BIM技术在装配式混凝土结构工程中的应用

公租房项目住宅结构产业化技术体系中，预制构件有叠合楼板、叠合阳台板、空调机搁板、楼梯梯段、夹心保温外墙板、内墙板、女儿墙板、PCF板、装饰板等。
采用BIM技术的主要目的是解决因设计、施工、构件加工对接不足造成的能源、资源浪费。通过建立BIM技术的参数化构件族，深化施工模型的设计，利用三维施工模拟、提取构件工程信息等手段，将装配式产业化工程从现场粗放的“土建工程”转变为细致的“安装工程”，在建造过程中，体现其缩短工期、合理利用劳动力、提高工程质量、降低能耗和控制成本等优势。
本工程施工过程中，充分发挥了BIM参数化优势建立高精度符合模数要求的族模型，分析、测算构件指标含量，提供工程过程结算依据；将设计及施工意图引入BIM应用，使施工更完美的地实现设计蓝图（如预设塔式起重机锚固点等），提高工程质量；利用BIM可视化的特点，充分论证装配式构件安装与现浇组合的施工方案施工；采用多种软件综合应用与自主研发软件相结合的BIM软件策略，辅助工程管理。
1 产业化施工的难点
1.1 预制构件精细化管理难度大
本工程涉及上百种装配式构件型号且采用结构保温一体化外墙技术，施工单位面临着进场构件型号与数量难以提取、施工现场物资分配码放难以控制、施工过程中构件指标含量难以统计等问题，不利于生产管理与成本控制。
1.2 设计与施工无缝对接难度大
在传统设计中，只考虑结构选型及计算，较少思考涉及施工中可能出现的问题。本工程建造过程中，由于建筑物主体和大型机械设备发生支撑、锚固等关系，会导致构件修改、返厂、增加构造做法等情况，造成人力物力和时间的消耗，增加工程成本。
1.3 专业化施工能力培养难度大
目前施工单位对装配式混凝土结构施工尚无经验，专项施工技术能力不足。采用常规的技术交底，对施工及管理人员的培养效率较低，不利于工程质量的控制，也不利于建立专业化施工队伍。
2 BIM技术解决方案
2.1 制订符合本工程的BIM实施标准
依据《企业级BIM实施标准》制订《马驹桥物流B东地块公租房装配式混凝土结构产业化项目标准》，在遵循企业标准的前提下，规定了本工程的BIM实施原则和目标、BIM应用范围和软件的选择；规范了装配式混凝土结构工程的BIM模型标准，如参数信息要求、建模注意事项及交付定制族的说明、构件库和装配式混凝土结构知识库的使用说明等，形成了装配式混凝土结构产业化工程设计-施工一体化工作流程。
2.2 建立参数化构件族
装配式混凝土结构工程与常规现浇混凝土工程的BIM模型存在差异，主要体现为构件族的参数化建立。通过BIM模型，实现构件加工图纸与构件模型双向的参数化信息连接，包括图纸编号、构件ID码、物理数据、保温层、钢筋信息和外架体系预留孔等。
在创建构件族中，发现族文件在创建混凝土浇筑板时，由于混凝土板为实心板，因绑扎的钢筋占用了空间（板内为空心板），会多出相当于钢筋体积部分的混凝土量，导致板的混凝土用量增加。对此采用参数化族的方式，通过修改预留位的参数信息解决了混凝土、保温材料等工程量的精确性问题。本工程共建立水平构件参数化族310个，垂直构件参数化族609个。
2.3 构件模型管理
采用BIM结合物联网技术实现了通过信息管理系统查看模型资料，指导施工人员吊装定位；实现构件参数属性查询，将竣工信息上传到数据库，做到施工质量记录可追溯。
2.4 构件模型库管理
通过建立BIM构件，搭建完成了CSI构件族库管理系统平台；并通过内网/ 外网环境，实现了快捷的项目管理和对族、组件、模块的平台化管理。
构件库创新点包括：（1）系统采用C/S 与B/S 混合结构，实现Revit嵌入式运用和web远程使用；（2）系统不仅支持Revit工具还可支持其他文件类型的BIM工具，实现多种软件CSI构件在一个统一平台集中管理；（3）支持通过上传新的自定义私有族文件，获取在一定时间内下载公共族或下载一定量族文件的权限，实现族库的自我更新。
企业内部BIM实施规范性族构件的统一管理和共享，加快了BIM建模的效率，有利于BIM 的实施推广。族库中定额信息的关联和利用，提升了BIM数据对施工管理的价值。
2.5 构件模族资料管理
（1）PC端：通过CSI构件库中的BIM模型将构件的试验报告、进场外观检查和构件图纸等信息相关联，可更好地管理项目，提高施工质量、安全水平，把控施工进度。
（2）手机APP端：通过手机端将图片、视频、音频、文字等信息发送至网页端指定位置，方便项目部时刻查看并记录施工进度、质量、安全情况；还可将上述信息与图纸的相关位置关联，更精准地把控项目，通过实时语音或视频对话，快捷地展现施工现场问题，快速查出变更位置，为施工提供便利，也为后期的施工索赔及洽商变更提供依据。
2.6 构件可视化安装模拟
2.6.1 建立高精度模型，表现各阶段构件安装
分离每一个步骤的模型并加以组合，实现用模型反映构件安装过程的不同阶段。
2.6.2 通过施工过程模拟，论证施工方案
现阶段住宅产业化基础数据缺乏，尚无有效的可指导施工的基础数据（如机械设备的分配、场地物资的堆放承受能力等）。本工程建造阶段，首先遇到一次运输构件施工现场码放不开；寻找指定安装构件困难；二次搬运增加构件破损，损耗大量人力及时间等问题。通过BIM4D预测施工进度，结合构件厂产能与场地条件控制，可控制构件到货量；通过BIM技术进行吊装测算，调整构件的码放顺序和位置；通过BIM模型，依据塔式起重机工作半径范围，统计构件型号，模拟验证构件码放位置的合理性和吊装顺序，合理布置构件码放区的放置顺序（高层构件在下，底层构件在上）。
2.6.3 模拟构件及机械的空间关系制订施工方案
通过引入构件参数与人及机械设备、施工材料的关系，可提前发现问题；通过BIM 技术管理构件进场、堆放与搬运，分离每步骤模型并加以组合，用模型反映构件不同阶段的安装过程，模拟构件吊装时与工人的空间关系，制订吊装方案。
2.6.4 构件可视化安装模拟
目前工人对构件拼装顺序和三维空间坐标准确性操作尚存在难度，主要表现在：构件的钢筋与现浇部分的钢筋穿筋节点不清；安装垂直构件时，工人对垂直构件找平及找标高缺少数据支撑。
对构件拼装顺序和三维空间坐标准确性操作有难度的问题，在现场通过三维可视化模拟模板构件拼接，实现同类构件不同公差的安装方案。通过质检测量数据录入BIM 模型，实现构件还原实际构件条件，用于指导选择安装方案，减少了返工率。
2.7 基于BIM 技术的装配式混凝土结构三维技术交底
一般劳务队伍对产业化施工要求了解不够，技术水平不足，可通过借用BIM 技术模拟施工做法，采用三维演示向劳务交底，并形成知识库。
2.8 构建构件质量跟踪平台
结合物联网技术，质量跟踪平台在构件中设置RFID芯片。对构建不同周期的质量和运维情况进行实时跟踪.
3 应用BIM的主要效果
3.1 产业化建造工期可控，效率提高
本工程设计方案采用BIM技术建立标准构件库，提升了设计单位、构件厂和施工企业的可视化协同能力，实现了将生产工艺集中在工业流水线上，现场以安装构件为主的住宅产业化目标，避免了建筑材料浪费，可减少人力劳动，增加机械生产，提高生产效率，降低建造成本。
通过研究，实现设计阶段对施工阶段劳动力的综合分析，在引用BIM技术对CSI住宅产业化虚拟三维模拟建造的过程中引入劳动力、物资和场地的概念，从而提高设计对施工的指导，减少劳务选择风险及因设计不合理而造成的施工进度滞后等问题，可有效控制并缩短工期。
3.2 实现设计、施工一体化建造
本工程基于BIM的CSI设计主要特点是精度高，覆盖设计、构件加工、现场施工等住宅产业化的关键环节，解决了以往住宅设计图纸控制宽泛、对现场施工指导性差的问题。通过强化设计与施工的联系，搭建基于BIM技术预制装配式设计施工一体化协同平台。该平台根据设计阶段完成的施工图，搭建预制装配式BIM模型，包括构件模板图、预埋预留件图，模型等级定为LOD400等级标准，并进行拆分模拟。根据设计阶段的BIM成果，完成PC运输、施工过程中各种工况的相关深化设计计算；通过结构计算确定脱模、存放时的吊装和支撑位置。根据PC的BIM模型搭建及深化设计，生成完整的BIM信息模型，形成深化设计图纸，用于指导后期生产和施工。
3.3 培养专业队伍
目前施工企业对装配式混凝土结构施工尚缺少经验，对此现场依据工程特点和技术的难易程度选择不同的技术交底形式，例如套筒灌浆、叠合板支撑、各种构件（外墙板、内墙板、叠合板、楼梯等）的吊装等施工方案通过BIM技术三维直观展示，模拟现场构件安装过程和周边环境。对劳务队伍则采用三维技术交底，指导工人安装。交底内容明确直观，方便了施工现场对分包工程质量的控制。
本工程采用三维技术交底的方式，建立了产业化施工标准，拥有了产业化设计施工团队，培养了专业化人才，提高了对工程质量的控制水平。
4 结束语
目前，装配式混凝土结构住宅产业化工程已在我国逐步发展起来，建筑产业化可节省资源，推动技术创新，提高建筑品质，是建筑行业发展的必然趋势。BIM技术的推广有利于住宅产业化进程，也是实施住宅产业化的重要手段。
本工程通过引用BIM技术以构件族为核心使设计与施工良好衔接，强化了与构件厂及业主的沟通；通过BIM的参数化与可视化手段模拟各种未知情况，为快速决策提供了支撑；制定符合本项目特点的BIM标准是实施的必要保障；工程经验、施工设备等信息必须与BIM模型信息相结合才能有效指导施工；BIM技术可有效记录承载知识与经验有助于后续工作。

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