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装配式建筑施工的BIM应用

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装配式建筑施工的BIM应用

2018-12-07

装配式建筑施工与管理信息化的概念

信息化是以现代通信、网络、数据库技术为基础,对所研究对象各要素汇总至数据库,供特定人群生活、工作、学习、辅助决策等和人类息息相关的各种行为相结合的一种技术,使用该技术后,可以极大的提高各种行为的效率,为推动人类社会进步提供极大的技术支持。

装配式建筑施工与管理信息化就是将装配式建筑施工与管理的各类信息保存于数据库,供政府主管部门、业主、构件生产单位、运输单位、施工单位、监理单位等项目的相关方使用的方法。

根据目前施工管理发展分析,建筑信息模型,即BIM是整合管理的信息化工具之一。BIM是一种用于设计、建造、管理的数字化方法,这种方法支持建筑工程的集成管理环境,可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率、大量减少风险,实现集成管理。

1、装配式建筑施工与管理的BIM应用

1.1 BIM应用规划

在装配式建筑领域的BIM应用刚刚开始,由于人才、设备、软件等各方面的不完备,决定了装配式建筑领域的BIM应用过程具有的二个特点,一是从专家的BIM应用到全员的BIM应用,二是从个别应用到全员应用的过程。正因为有了这二个特点,所以对装配式建筑领域的BIM应用无论是设计单位、构件生产单位、工程施工单位,都要有个BIM应用规划。

BIM应用规划应包括如何配置软件和硬件,如何培训人员,从哪个项目开始应用(也叫BIM应用试点),怎样逐步展开应用。

1.2 BIM应用试点

有了BIM应用规划之后,下一步的工作就是BIM应用的试点。因为装配式建筑领域的BIM应用刚刚开始,所以,应用必须进行试点。试点项目的选择应该具有指导意义,规模不宜过大,也不易过小。小项目没有代表性,大项目一旦做不好,就会挫伤应用的积极性。选定试点项目之后,应该先从一种构件开始,进行应用的试点,通过试点积累经验。待这类构件应用成熟之后,再把应用的经验推广到其他构件之中。这种试点的做法,是产业化建筑BIM应用的必由之路。

1.3 BIM在装配式建筑施工与管理中的应用

1.3.1 BIM在装配式建筑施工与管理中应用的基础

BIM在装配式建筑施工与管理中应用的基础包括BIM平台准备、构件库准备、机械设备库准备、数据库准备等内容。

BIM平台准备就是承载BIM应用的计算机软件的准备。鉴于目前国内采用的软件多数为Autodesk的Revit+Navisworks平台,推荐Revit+Navisworks平台。

构件库准备就是准备在BIM应用中的构件库,对Revit而言,就是准备装配式建筑的构件库。这些构件库包括装配式的墙板、柱、楼板和梁。如图1所示。

数据库准备。在装配式建筑施工中如果现实设计信息、部品生产信息、运输情况、现场施工情况、质量、安全、进度情况都可以随时查询,必须借助数据库才能实现。数据库应部署在BIM平台的后端,为BIM模型提供相关的信息以供查询。数据库中应该储存设计信息(如设计单位、设计人员、设计图纸或模型等)、部品生产信息(如生产单位、生产班组及生产线、预留预埋情况、生产过程照片或录像、原材料合格证和检验报告、出厂检验报告等)、运输情况(如运输车牌号、司机姓名、运输路线及时间等)、现场施工情况(如进场验收情况、安装日期及位置、施工班组信息、安装后的质量验收情况、水电管线的布设情况、现场浇筑混凝土施工情况等信息)。数据库可以采用SQLserver等大型数据库,也可以采用Access等文件型数据库。数据库的字段应该与BIM模型的构件中的属性进行关联,通过选择构件就可以查询相关的数据信息。数据库的编辑、更新可以采用BIM模型,也可以使用专门开发的软件或者Web页面。

1.3.2采用BIM进行规划和设计

装配式建筑在规划设计阶段的BIM应用的重点是模数化和构件化。模数化是规划阶段的应用重点,项目在进行规划时应重点考虑模数化,避免构件选用中的不标准,避免或者减少现场浇筑混凝土的数量。

进入设计阶段之后,应采用BIM软件进行设计,对完全装配式结构而言,应该重点考虑构件化,就是设计单位要建立本单位的墙、柱、梁、板、整体卫浴等的BIM构件库,如图3所示,设计过程要求采用BIM方法对墙、柱、梁、板进行布设,同时对给排水设备和管道、建筑电气设备和管道、通风空调设备和管道进行建模和模型检查,专业内模型检查通过后,进行专业间的碰撞检查,之后进行BIM的修改和优化。这样,在设计进行中,就把不采用BIM设计的许多弊端解决了,避免了大量的设计变更和修改。

图3 装配式建筑BIM构件示例

采用BIM设计的好处之一是,可以避免由施工单位或者构件生产厂进行的构件拆分,设计完成,构件就已经拆分结束,可以缩短整个项目的建设周期。

1.3.3装配式建筑加工阶段的BIM应用

1.3.3.1根据安装顺序排定加工计划

在BIM指导下的装配式建筑构件加工,可以根据构件的施工顺序排定加工计划,先安装的先加工,后安装的后加工。既可以避免停工待料,又可以避免构件在加工厂或者现场的积压。

构件完成加工后,相关数据及时更新到BIM模型,可以使运输单位和施工单位及时了解生产情况,及时调整运输和安装的顺序和进度。

1.3.3.2 根据设计模型进行钢筋下料、模具准备、构件生产和存放

(1)构件电子标签建立。

根据当地主管部门要求或者合同约定,生产厂家应对装配式建筑的构件进行编码,构件编码标准匹配电子标签(RFID标签ID编码、二维码),并录入BIM模型及关联数据库。

(2)构件加工信息提取

根据设计模型进行钢筋下料、模具准备,根据设计模型和设计构件,提取钢筋的几何尺寸、重量、材质等信息,提取预制构件的模板的几何尺寸、形状信息,用于模具的准备,提取给排水、建筑电气、通风空调等专业的预留预埋信息,进行预留预埋的生产准备。

(3)装配施工方案制定

依据BIM模型,选定最优装配方案(装配顺序),并进行施工模拟,并把装配顺序更新到BIM模型,以利于生产单位依据其安排构件的生产加工和构件运输单位依据进行运输安排。

(4)生产管理

将构件生产工艺流程以数据库表的形式存储在BIM关联数据库,构件加工完成一道工序,采用标签读取等方式,对数据库进行更新,使相关方及时了解构件加工情况。

1.3.3.3 根据设计模型进行出厂前检验

构件加工完成,生产单位根据设计模型对构件进行检验,检验合格后,安装该构件的电子标签(RFID标签ID编码、二维码),并通知运输单位运输。

1.3.4装配式建筑施工阶段的BIM应用

1.3.4.1 构件运输和验收的BIM应用

(1)构件运输

运输单位在构件存放地点以扫描电子标签的方式确定需要运输的装配式构件,吊装至运输车上之后,采用GPS或GPRS方式对运输车辆进行定位。直至运输到施工现场。

(2)构件验收

预制构件运输到现场后,通过扫描电子标签,可以查阅结构性能检测报告、外观质量缺陷和尺寸偏差的允许值、预埋件、插筋、套筒与预留孔洞的规格、位置和数量等设计要求、吊环、吊装预留焊接埋件的位置要求等构件验收信息。

1.3.4.2 施工方案的BIM应用

(1)构件堆放地点的选择

装配式构件的堆放地点应靠近塔吊和建筑物,构件存放应便于卸车和吊装,利用BIM建立构件堆放地点模型,包括空场、半满载和满载等不同情况下构件堆场的情况,对构件堆放地点进行仿真模拟,以满足施工的各种要求。

(2)塔吊的选择和分析

1)塔吊选型和定位

在装配式结构施工中,垂直运输工具的作用是举足轻重的,根据目前我国装配式建筑的施工情况,塔吊是首选的垂直运输工具,并且塔吊的起重量、起升高度和吊装半径是选择塔吊的三个重要参数。

通过BIM建立装配式建筑的完工后的模型和塔吊模型,可以很好的辅助塔吊选型。下图4是某工程的塔吊选型的BIM模拟。

某工程的塔吊选型的BIM模拟

图4 某工程的塔吊选型的BIM模拟

(3)预制构件安装过程模拟(动画交底)

一般构件的施工过程是:吊装准备→吊装→就位校正→支撑定位→钢筋连接固定→拼缝处理→验收,针对不同的构件可以采用BIM进行施工的吊装过程模拟,并以此为技术交底,对工人和管理人员进行有关的交底和培训。某工程叠合板的模拟如图5所示。

图5 预支叠合板的施工模拟

图5 预支叠合板的施工模拟


(4)现浇混凝土施工的BIM应用

在装配式混凝土施工中,存在一定数量的现浇混凝土,对这部分现浇混凝土的施工,可以采用BIM进行合理设计,提前对支撑或支架、模板、施工安装顺序等进行模拟,提高施工的效率,避免现场施工时的盲目。图6是某工程的预制叠合板板间的现浇混凝土板带的BIM模拟情况。

图6 某工程的现浇混凝土板带的施工模拟

图6 某工程的现浇混凝土板带的施工模拟

(5)装饰装修的BIM应用

主体结构施工完成后进行装饰装修部分的BIM模型搭建,建筑装饰装修是敷设于建筑表面的装修层,所以建筑装饰工程的施工必须以结构主体为载体才能进行施工。

装饰装修施工受到建筑空间的限制,施工中工序平行、交叉、搭接频繁、交叉施工,造成不安全因素多。通过BIM可以优化施工工序,进行质量管理和控制,进行安全的动态管理和控制。

1.3.4.3 质量验收的BIM应用

(1)现场实测实量

BIM可以在装配式混凝土结构施工中辅助质量管理和验收,通过对质量控制要点的BIM模型进行标注和批注,可以在施工前提示有关人员重视相关的管理。

对验收的检查方法和验收产生的数据,可以直接附着在BIM模型上,便于进行复验和检查。也方便装配式建筑施工各相关方对工程施工质量进行监督检查。

(2)三维激光扫描

在装配式建筑施工的验收阶段,可以采用三维激光扫描仪对已经完工的建筑进行扫描,得到点云文件,将点云文件和BIM设计模型进行对比,得出施工的偏差,可以对施工质量进行综合评判。

2、结论

装配式建筑施工与管理信息化的意义非常重大。实现装配式建筑施工与管理信息化可为主管部门的决策提供信息支持,可以为确保施工的质量、安全、进度提供第一手的数据,信息化可以使装配式建筑施工与管理效率大大提高。

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