【精读】BIM技术在高预制率工程项目中的应用

cxag 2020-12-22

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BIM技术在高预制率工程项目中的应用

摘要：上海新建的星河湾中学主体建筑为装配式建筑，其构件预制率高、数量多、装配节点复杂，对总体工序和场布的规划要求非常高，给施工带来了较大的难度。介绍了BIM技术在装配式建筑施工中的应用，并总结了相应的技术要点，以期为BIM技术在装配式建筑项目中的应用积累经验。

关键词：预制装配式建筑；BIM技术；电子射频技术（RFID）；施工模拟

1 工程概况

新建星河湾中学工程位于上海市闵行区，总用地面积43 290 m2，总建筑面积49 193.07 m2。工程包括1#～3#教学楼、多功能综合楼、风雨走廊、学生公寓、开关站、10 kV变电站、门卫值班室、钟楼等建筑（图1）。其中，主体建筑为装配式建筑，最高装配率达到47%。

图1 新建星河湾中学BIM整体模型

2 工程难特点

2.1 预制率高，预制构件多，管理复杂

本工程装配构件分别有预制柱、叠合梁、叠合板、楼梯、空调板等，综合楼、教学楼和宿舍楼的预制率分别为17%、44.2%和47%。

高预制率对预制构件的生产、运输、堆放、吊装、叠合构件的二次浇筑、养护及质量验收等提出了更高的要求，也使总承包商在预制构件管理上的难度随着项目预制构件数量的增加而增加。

2.2 装配节点复杂、钢筋密集

本工程施工质量要求高，梁柱节点、钢筋排布、PC埋件等关键工序施工难度大；预制柱、叠合梁、叠合板交会处需进行二次钢筋安装及混凝土浇筑，此部位钢筋密集，施工难度较大，应对测量放线、钢筋绑扎、埋件施工、模板制作、支撑搭设及混凝土浇筑等内容进行更严格的施工交底，确保施工质量。

2.3 综合楼等管线综合，净空优化

本工程地下室区域机电管线复杂，走道降板多、走道狭窄，对地下室净空要求高。快速进行管综优化、及时拟定管线排布和预留预埋等深化设计问题是本项目安装工程的重中之重。

2.4 对总体工序、场布规划要求高

本工程待建单体装配率高，预制构件种类繁多，预制构件的进场路线、分类堆放与吊装，便成了亟需解决的问题，因此对施工前期的现场总平面布置提出了更高的要求。

3 BIM技术的应用成果

装配式建筑与现浇式建筑的不同之处在于构件的预制与安装。

区别于现浇式建筑在施工现场的整体浇筑，装配式建筑将施工构件模块化，预先生产、现场组装，从而达到环保、节约成本、缩短工期的目的。

但装配式建筑施工也有着不可避免的施工难点，即预制构件尺寸要求更加准确、现场测量要求更加精确、灌浆勾缝质量要求更高，同时还面临预制构件的生产、运输、堆场、吊装等管理困难[1-6]。

针对本工程项目装配难特点，引入装配＋BIM相结合的技术，可以在项目前期进行图纸深化设计、模型建立、场地布置和部署策划；在施工过程中进行施工模拟、进度汇报、预制构件信息管理、安装管线碰撞检查及质量验收等操作，有效地为装配式建筑施工提供更大的助力。

3.1 施工现场的三维总平面布置

三维场布较二维场布的优势在于空间可视化的碰撞排查。之前采用CAD绘制二维场布图，可以准确地测量各个分区、场地、临建等之间的间距，却还是不可避免地发生空间上的冲突，如塔吊与加工棚在工作时发生冲突、塔吊在安拆阶段与垂直升降机碰撞、PC构件堆放及吊装不合理等，诸如此类的问题都可以在三维场布图中及时发现，避免安装后发现问题而造成返工事宜（图2）。

图2 项目动态场地规划模拟

依据施工现场三维可视化布图，合理安排预制构件的进场、行车路线、堆放场地，利用BIM相关软件加入塔吊、汽车吊等进行构件吊装演示，提前发现问题、解决问题。引入时间流的动态管理，合理安排不同单体预制构件的进场与吊装，为施工现场的有序施工打下坚实的基础（图3）。

图3 项目PC施工吊装工序模拟

3.2 基于BIM的现场预览

BIM的可视化特点是现阶段较为突出的使用功能，三维模型建立完毕后，可依据相关软件的漫游、相机、录像等功能对其内部空间进行检查及展示（图4）。

图4 综合楼一层机电管线综合模拟

3.3 PC构件的全信息管控

BIM与RFID的完美结合，辅助施工现场PC构件的全信息掌控。

所谓RFID（Radio Frequency Identification）技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

本工程为装配式建筑，预制率最大达到了47%，预制构件种类多、数量多，这都对预制构件的生产、运输、进场、堆放、吊装、养护、运维等各个阶段提出了更高的管理要求。对此，BIM＋RFID技术的引入起到了关键作用。BIM＋RFID技术的具体实现步骤如下：

1）将建立好的建筑模型上传至云平台。

2）PC构件在生产时植入RFID芯片并与模型构件统一编号。

3）在加工厂堆场大门、施工现场大门、构件堆放场地及构件使用部位安装有源芯片接收器，当挂有芯片的PC构件通过接收器接收范围时，构件信息自动采集并上传至云平台，通过云平台的信息交汇，实时在建筑模型上显示构件的位置信息。

4）可通过电脑端、手机端等实时跟踪、掌握PC构件的信息及动态。

此项技术，通过云平台对PC预制构件流程的管控，减少了管理人员对构件进度管理的精力投入；解决了构件堆场多导致的构件堆场管理困难的问题；PC预制构件具体信息和资料与图纸的查看保障了PC预制构件的准确安装；手机端的方便应用也提高了现场问题反馈的效率（图5）。

图5 PC全过程管理平台系统

3.4 辅助施工现场模拟

利用Revit建立的三维模型中，各个构件在被赋予建筑信息的同时，结合如Navisworks等其他软件可以做到施工动画、漫游视频等展示效果，这对施工过程中的复杂节点可以实现更透彻的技术方案研究与交底工作（图6）。

图6 施工现场VR交底技术

例如预制柱、叠合梁、叠合板的交汇节点、其上现浇部分的钢筋二次绑扎、垂直构件的孔道灌浆、高支模、大跨梁等施工节点，交底人与被交底人之间往往采用“手画”的交底方式，沟通效率低下；而引入直观、生动的三维动画，可以让被交底人迅速而准确地明白交底人的思想意图，不但节省时间，而且可以最大可能地避免错误返工，从而节约成本。

3.5 辅助构件管控及质量验收

装配式建筑施工的预制构件通常是场外生产厂家进行加工生产，预制构件运至施工现场安装后，其构件内预埋管线和安装预留孔洞不可避免地会有偏差，给后续的机电水暖安装等造成困扰。利用BIM技术，提前模拟安装后的成品效果，再逆推验算构件预埋预留的具体位置，可有效降低类似问题发生的频率，并反馈给业主及设计单位进行合理优化。