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BIM 技术在装配式建筑构件中的应用

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2016年3月,中央政府发布十三五发展规划纲要文件,首次明确提出 发展钢结构和装配式建筑的政策要求。十三五科技支撑计划也明确城 镇化领域重点支持"绿色建筑及建筑工业化"的科研开发工作。国家、行业及地方主管部门积极推动建筑工业化和装配式建筑项目实施,以上海、北京、深圳、济南、成都、沈阳、武汉、合肥、厦门、重庆等城市为代表,从试点示范工程入手,稳步推进装配式技术的本地化发展。装配式 建筑今后会成为房地产和建筑业的发展热点,全国范围的研究、设计、生产、施工等单位都陆续进入该领域。


但目前我国装配式建筑还在起步阶段,技术上仍在探索,沿用的是 类似钢结构建筑的模式,即设计院按正常方法设计建筑施工图纸,然后 找专业拆图设计机构进行二次拆分,具体按墙、板、楼梯、阳台、空调板 等拆分,主要的梁、柱目前基本未拆分,没有实现装配化。实质上仅仅 是把传统的现浇作业体系转化为一个个单个构件,在工厂里进行预制化,从而实现建筑产业工业化。传统建筑是湿作业模式,通过预制变为普通工厂制造的生产方式。


工厂进行一栋建筑的构件生产后,由于要拆分,量大面广,比现场 施工更为复杂,单个的构件里可能要预埋各种管线、孔洞等;另外,在现场安装时不同构件之间可能产生打架,所以生产管理复杂,面临巨大的 制造风险,必须采取生产信息化,即将信息技术、管理技术与制造技术相结合,提高企业的产品设计、经营、管理、生产、运输和装配等各个环节水平,实现建筑构件设计生产的信息化、生产过程管理的智能化、检测咨询服务的网络化,建筑产业应实施“互联网 + 现代建筑”的战略,努力提高装配式建筑构件企业的竞争力。为了更有力地推动建筑装配化的进程,对建筑装配技术的推广形成有效带动作用,所以有必要将 BIM 技术引入到装配式构件的设计、生产、安装上来。


1、BIM技术简介

BIM,全名 Building InfoRmation Modeling,意为建筑信息模型,是把建筑工程项目的各项相关信息、数据作为模型的基础,建立建筑模型,通过数字信息仿真建筑物所具有的真实信息。BIM 模型具有协调性、模拟性、优化性、可视化和可出图性五大特点。


通过 BIM 技术对目标建筑图纸进行了协调、模拟、优化、可视化展示以后,提出碰撞检查纠错报告和建议、改进方案,并可以出如下图纸: (1) 综合管线图;(2) 预埋套管、结构留洞图。


2、BIM技术在预制装配式建筑中的具体应用

2.1 深化设计阶段

BIM 技术主要采用如 Autodesk Revit 等系列三维建模软件平台,由不同专业的设计人员为该项目创建建筑、结构、给排水等 3D 信息化模型。在传统设计模式下,每一张图纸都是先从平面开始设计,然后绘 制剖面、立面,再根据项目进度、业主要求更改所有的图纸。建筑师陷入修改、几乎永无休止地修改循环之中,消耗了建筑师大量宝贵的时间和精力。运用 BIM 技术可以改变这种工作方式,建筑师虚拟化设计建筑,模型是设计过程的核心而不是图纸,所需的图纸都可以直接从模型中生成。深化设计人员校核钢筋、预埋管线、孔洞等,进行碰撞检查,并进行构件安装模拟检查,看是否存在碰撞、安装是否合理。利用建筑信息模型,建筑师可以根据自己的需要随时生成任意视图,并且在建筑模型中可以生成材料统计、算量、造价计算等。装配式建筑结构不同于传统的建筑现浇结构,现浇混凝土结构浇筑完成后,还可以根据安装管道


需要进行洞口开槽,但预制装配式构件则不能在成型后任意开洞、开槽,所有预留洞口、管线必须在构件图中设计清楚,使 PC 工厂能够精准制作构件。工厂各专业技术人员根据建筑模型进行安装管线与 PC 构件预留洞口的校核工作,进行碰撞检查,找出问题,提交设计单位进 行修改,形成精确的 PC 构件拆分图,把施工中可能出现的问题消灭在 BIM 模型中。


2.2 订单到前期准备

运用 BIM 技术可对生产合同进行管理,包括订单列表显示、生产订单维护。车间可按照订单情况对不同的物料进行备料准备,目前库存物资对生产订单的保证,显示缺料明细,提醒管理人员及时跟踪或催收所缺物资,免得发生生产订单下达后却因缺少某种物料而无法生产。合同签订后生产部可根据产能规划安排生产方案,同时采购部门开始进行该工程项目的物资采购、车间成品堆场开始整理准备等工作,全工厂实现信息化管理。


2.3 成本预算( 生产量统计) 和物料采购

企业成本部门通过 BIM 模型,对项目各生产阶段的劳务、材料、设备等的需用量进行模拟计算和优化,帮助生产部门建立劳动力计划、物资需求计划等,并在此基础上形成项目成本控制,其中物资计划的准确 性对于实现精细化成本管理和控制至关重要,它可通过 BIM 模型自动 提取需求计划,并以此为依据指导采购,避免材料资源堆积和浪费。PC 生产车间的生产计划表和储存列表都是可视化的,生产管理人员根据深化设计的数据完成构件生产与堆放设计,其余相应部门都能同步看到生产计划,各个相应岗位根据生产计划同时准备各项生产用数据资料。


2.4 BIM在构件加工、生产中的运用

通过 BIM 技术对项目图纸进行预制构件深化工作后,在项目的全流程中,生产构件、机电等专业能够在同一平台上工作,减少不同专业间的交叉工作。与此同时软件完成的深化图纸以数据的形式传输到车间 MES 系统中,从而减少人为操作带来的失误、提高生产效率。生产出来的每一件构件都应进行编码(二维码) 或埋置 FRID,信息也可上传到云端,实现“互联网 + ”。每件构件的信息可包括操作人员、检验人员名称;钢筋绑扎、预留孔洞、线管完成验收;生产日期;项目名称; 构件位置编号等。


2.5 BIM技术在预制构件安装中的运用

在构件生产过程中,先期生产的产品可能就要发往工地,怎样从工厂堆场上准确快速的把不同类型规格和数量的预制构件直接运送到项目施工现场,通过 BIM 可以实现这一目标,利用信息控制系统与各个部门进行联动,实现信息共享。施工现场项目部通过 BIM 平台把项目 现场的待安装的预制构件需求传递给预制构件企业信息控制系统,工厂有关管理人员及时做好准备工作,了解自己的库存,实时反映到系统中,提前完成生产、堆放等作业,然后准时发货,完成直接送达项目现场 的任务。生产中对每一块构件进行编码,预制构件每件都有独一无二的标签代码,通过信息控制系统记录每一块预制件的运输情况,施工企 业根据代码安装,通过手持终端施工企业管理人员能随时检查安装情况,安装施工进度在系统平台上从而能以虚拟化模型将内容可视化,项 目经理随时能够掌握施工进度。


基于 BIM 技术,在施工前可以进行 PC 构件吊装施工模拟。根据 PC 安装方案,制作 PC 构件吊装施工模拟,在真实施工开始之前优化合理的施工方案,由于构件尺寸不能太大,拆分后的预制构件种类数量较多,安装复杂。吊装模拟动画能够形象地表达一个施工标准层的施工工艺流程,可作为实际施工的指导。另外,在模拟过程中也能发现一些问题,有利于项目部在现场吊装前对施工方案进行必要的调整。


3、结语

过去工程项目之所以有那么多的风险,就是因为工程项目各专业信息比较零碎,形成一个个的信息孤岛,信息无法整合和共享,各专业缺少一种共同的交互平台,造成信息流失和传递失误。BIM 技术的 产生有望改变这一局面,通过 BIM 技术可以综合构件拆分、预埋管线 孔洞、安装各专业间信息进行检测,帮助我们及早发现问题,防患于未然,能够促进装配式建筑更好的发展。


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