BIM技术在装配式建筑施工管理的应用

上传:zhaoce 2022-06-20 17:50:14 版权声明 举报文章

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[摘要]建筑行业是我国国民经济发展过程当中的物质基础,从改革开放以后,我国建筑行业就一直处于稳定扩张的状态。但随之而来的问题就是资源浪费严重以及建筑消耗过大,与可持续发展的要求之间出现了明显矛盾。BIM作为建筑全生命周期信息管理的主要工具,可以有效地让我国建筑行业转型阶段的装配式建筑类型克服原有缺陷。因此,本次研究也旨在通过BIM技术在施工管理环节的应用方案,指明其未来的发展路径从而实现生产方式的针对性改进。

[关键词]BIM;装配式建筑;施工管理

建筑行业高速发展的时期对于经济的作用显而易见,在建筑行业步入平稳发展期之后,生态文明建设开始成为国家层面的战略。作为我国的支柱性产业,建筑行业一方面贡献了大量的生产总值并促进了城乡建设的快速发展,另一方面却因为传统的作业方式导致资源浪费问题和其他污染问题。对此,我们需要以提升生产效率和产品标准化水平为目标,有效地解决生产环节和生态环节存在的矛盾,在推进新型城镇化的过程当中起到良好的辅助效用。

1BIM技术在装配式建筑的应用原则

1.1模数化设计

现阶段社会各个行业都实现了信息化接轨,采用信息化生产技术给施工带来了便利条件。借助相应的技术手段和平台资源数据分析方法,搭建建筑施工场景进行管理能够保障现场工作管理效率,不仅简化了施工流程,而且提升控制能力。BIM的模数化设计充分体现了我国建筑行业的领先水平和现代化发展水准。我国很多建筑也是BIM技术应用的典型,例如上海迪士尼乐园,北京凤凰传媒中心等。装配式建筑的模数化设计指的是利用基本模数、扩大模数和分模数的RNG方法将预制构件、建筑组合件等内容和尺寸进行设计,实现建筑工业化、标准化和智能化,确保主体结构和整体协调之间能够更加和谐。此外,模数化设计的另一作用在于确保建筑构件的规格化与通用化从而达到多层次的建造要求降低生产成本[1]。按照《建筑模数协调标准》的相关要求以及模数协调标准制定比例,在平面设计时可以考虑采用基本模数或是扩大模数,保障构件从设计生产到最终的组装阶段都能实现尺寸协调要求。构配件在使用多种材料时,不同的材料要和建筑的整体尺寸关系之间保持和谐。

1.2标准化设计

标准化设计是建筑工业化的主要发展目标,同时也能让大部分构件完成工业化生产从而减少现场的施工作业以提升工程建设效率。对此,建筑标准化设计应该针对不同类型的建筑和配件、连接要求来制定系统化的设计方法和设计过程。在这里需要注意的是,考虑到气候环境和生产条件等客观因素,装配式建筑本身存在地域性,很难采取完全标准化的结构来进行统一,且部分构件只能够在小范围内进行标准化设计。这一点我们可以从环境角度做出评估,例如我国的北方和南方地区气候差异明显,建筑物外墙保温、抗腐蚀、防水等方面的性能要求比较大,外墙板在设计时便无法实现全国范围内的标准化设计,只需要按照各个地区制定各自的标准即可[2]。在进行施工模拟时,也可以基于某个区域的特殊环境特征来设置对比条件布置施工场地等,发现特殊性问题作出调整,确保标准化设计的质量。

1.3协同设计

装配式建筑的协同设计指的是各个生产单位在配合和协同工作的前提下完成专业化设计和一体化设计,一方面保障设计质量,另一方面及时发现可能存在的各类问题提升专业配合度。特别是对于装配式建筑而言,与传统混凝土现浇建筑模式相比,其现场组装方式决定了很多构件之内可能存在预埋件,如果设计阶段没有考虑到这些方面的内容,那么现场组装时可能很难采取后续处理方式。这说明协同设计阶段建筑师和工程师们需要明确各自的协同责任,利用BIM技术搭建系统化平台,让各个专业都可以在平台上设计并共享设计成果,生产方和施工企业也可以在早期进入平台内完成工作协调。

1.4信息化综合设计

BIM当中除了具备模型搭建的主要功能之外,还可以实现信息化管理,现代装配式建筑需要解决的关键问题就是各个施工部门之间的信息沟通和信息协作。两者在进行结合时,就能有效解决装配式建筑施工环节的现存问题。例如BIM技术平台在使用过程当中会涉及一些施工阶段的数据信息,这些信息,包括建筑尺寸、使用材料情况、预制配件的搭接数据等,诸如此类的数据都需要完成综合应用,从而将数据导出,并且最终形成竣工报告。在信息化技术的支持之下,无论是施工开始阶段还是竣工阶段,都可以采取科学有效的管控方式完成可持续生产建设的要求,方便管理人员对设备信息进行监控,确保数据运行时的稳定采取动态化监控模式。例如,技术人员可以直接对输入设备运行数据进行提前设置,在设备产生故障之前及时发出预警情况,并且制定对应的研究方案,或是以可视化的功能通过模型检查定位故障产生的具体区域。从空间管理层面来看,装配式建筑的空间管理从本质上来说是对建筑整体进行管控,包括对建筑物模型的规划预测分配,以及竣工前各个阶段的管理需求。BIM技术支持下的数据信息化管理最为有效的一点在于其采集分析的数据能够利用计算机来调节不同区域的系统运行,为应急决策管理工作提供关键的参考依据。例如,我们对消防设备进行监控,就能切断失火区域的电路通道,避免火势快速蔓延,让救援人员根据模型信息寻找施工被困人员,从而极大地减少人员伤亡的情况。综合来看,各个关键质量验收点和质量控制点都可以采取BIM技术完成布设和监控,提供更加安全的使用环境。

2BIM技术在装配式建筑中的应用过程

2.1前期准备阶段

前期阶段主要指的是项目的策划阶段,装配式建筑在推广过程当中是建筑行业转型的关键点,目前常见的BIM装配应用模式划分为三种类型,一种是以模型为主,第二种是以图形为主,第三种则是模型和图形共同配合。以图形为主的BIM技术会先利用CAD软件等绘制建筑图纸,并且在图纸的基础之上建立模型以开展可视化分析与专业协调。而模型为主的应用模式则需要在设计过程同步建模,但图纸和模型之间应保持足够的关联性以避免匹配错误。在工程前期BIM技术可以实现全方位的集中管理。例如在材料管理方面,可以通过BIM技术来确定工程量清单积累工程基础数据,并且为后续的采购、生产和施工维护提供技术支持,虽然这会带来一定的工作量,但对于后期的合同进度管理、施工管理而言可以提供相对准确的依据,减少后期产生的成本消耗。假设一个正常运行的住宅施工,那么涉及的生产构建项目就包括楼梯、阳台、预制混凝土板、预制叠合梁柱、预制夹心保温板、预制飘窗等。在材料全部确定之后,我们会对于所有需求的材料和预制件进行计划和统计,特别是环保类的建筑材料使用范围不断加大,借助BIM技术则可以在单位成本控制的前提下降低材料应用时可能出现的风险,此外还可以记录过程信息,以数据处理为基础形成考核报告[3]。在前期准备阶段,利用BIM可视化的流通和转换应用,让建模软件和结构分析软件,相互配合,对设备安装信息和施工信息等展开共享。建筑行业发展至今,BIM技术和其他领域的配合也成为了准备阶段的主要特点,例如借助物联网设备进行识别在建筑生产环节对每一个细节部分展开信息共享和数据采集;利用VR技术和BIM技术进行结合可以完成一些非常复杂的可视化模拟,将模型先进行立体化渲染,并整合已经建立的环境空间打造更加真实的效果,以直观观察和细节处理,掌握施工方式和预先设计的意图。

2.2施工设计阶段

传统建筑施工管理采取的DBB模式按照顺序让各个参与方依次完成各项工作,但很多单位并没有提前参与到设计过程环节,这使得后期设计可能与施工过程之间存在差异甚至脱节,轻则影响到施工进度,重则会导致生产和运输成本的质量受到严重影响。在BIM技术的辅助之下,可以围绕构件来开展参数化的族库,在基础性的工作完成之后,设计人员可以直接调用这些提前准备好的数据快速完成图纸的绘制。装配式建筑的设计初期就可以罗列出整体需要的构件然后存放至相应的数据库之内,包括外墙、内墙、楼梯等部件等,根据户型、需求的差异来展开模块化设计形成不同的风格类型。对于整个设计阶段而言,施工方要考虑到的内容是业主方的经济性和其他目标,让设计方案达到预期计划。在设计完毕之后,还需要对部分构件进行拆分,按照构件库信息选择相应的构件进行装配。如果构件能够满足装配的要求后再进行拆分,拆分时也应确定构件的参数和现场运作能力。BIM模型建立之后,还应对其中的预制构件展开深化设计,对其中的参数做好设计。

2.3生产阶段

生产阶段是相对重要的阶段,因为技术人员此时会在二维平面上先完成预制构件的生产和加工,因为二维图纸所反映出的信息相对有限,因此可能会产生部分误差问题,此时再通过BIM技术就可以将所有部件的详细信息全部共享给其他生产单位或是合作单位,以三维化模型来传递信息,对预制构件的生产状态进行评估,以便于安排下一个阶段的具体工作内容。整个信息化平台涵盖了生产工厂内部的管理系统,管理系统又被细化分为构件生产系统、物流管理系统和构件存储系统等,所以构件的生产信息、物流信息和管理信息都可以在生产前做好准备进行三维建模,将所有的参数信息转换为实际的可操作内容,直至模型最终验证通过确保正确性[4]。以预制件生产为例,在构件正式投入应用之前可以利用BIM数据库对其中关键信息进行提取,记录预制构件的不同信息之后,结合施工环节的施工环境、三维地形图等确定材料的运输途径,减少可能存在的损坏等情况。利用BIM技术信息整合和装配式建筑构件的拼装组合特点,能够形成工业化的流水生产构筑模式,将其归纳为装备式建筑的多层次生产体系,包括标准化设计、数控加工、集成管控、一体化管理和信息运作等各个方面的工作。从标准化设计来看,标准化施工建设的本质是为了提升建筑产品的生产效率和生产质量,让生产出来的构件配件符合施工要求,所以在设计阶段就可以直接利用标准化的信息参数模块来统一生产标准和尺寸单位保障施工质量和工期效益,避免施工和设计两者之间出现矛盾的情况。而数控加工环节则是数控化生产的关键组成部分,在生产过程当中,利用BIM平台可以将一些非常复杂的预制构配件来进行模拟组装,借助三维影像搭建模型之后使整个过程变得可视化和具体化,极大地提高了生产的效率,而且保证了产品的质量。值得一提的是,在模拟过程当中还可以完成对模型实施监控工作,设计人员可针对潜在问题采取针对性的预防或者补救措施,或是根据已知预制构配件的定位跟踪结果,来评估和把控设备投入使用的运行状态。集成管控则是从现场组装角度进行精细化管理,根据施工控制点模拟的数据回馈和现场施工进度监控复核,从而进一步确认生产预制构件数量等是否需要展开调整、场地布置和施工进度是否需要调节、所使用的设备是否要进行更换等。以BIM建模完成组装虚拟施工环境之后,可以对运动关系和运动顺序进行确定,判断模拟结果是否满足实际需求,如果非实际最优结果则调整参数后再确定最优方案。一体化管理具有十分明显的优势,其可以有效地提高管理效率,而且还能减少可能产生的隐患,采取集成式预制方法提前做好项目质量控制,有效缩短工期减少施工养护的时间。特别是由装配式方式所生产的一体化构件,能够减少作业工序和施工材料,确保施工效率和主体结构的生产不产生矛盾。对于设计人员而言,可以在完成一部分构配件生产之后再进行外部施工,有效确定施工顺序和一体化运行要求。空间管理信息化也是一个重要环节,其本质就是对整个建筑进行管理,利用BIM技术对建筑物模型和设备故障问题等作出判断,提升空间舒适度确保信息运行时的稳定。即便是在施工环节完成之后,也可以帮助验收人员和维护人员掌握设备建筑的运行情况,例如判断建筑室内的温度湿度调节是否合理、能耗和温控变化是否符合要求等。

2.4现场施工阶段

现场施工是BIM技术应用的核心环节,利用BIM技术可以对构件进度、质量等进行全方位管控。具体来看,设计阶段的施工信息可以利用RFID进行实时采集,并且按照进度管理过程当中的信息需求提出进度管理体系结构,展开全方位动态进度管理[5]。如在构件进度管理工作当中,需要按照构件进度管理过程当中所提出的信息需求来提出进度管理体系结构,对施工动态过程展开管理。在确定计划生产时间和计划装配时间之后,要基于构件的计划进度统计出实际的生产时间和装配时间,以表格的形式做好记录,关键的节点构件通过RFID标签做好记录。以现浇式建筑而言,其质量控制一般都围绕施工现场来进行,但是对于装配式构件施工而言,构件生产区域和施工地点都是质量管理的核心区域,标准化生产过程可以有效地提升构件生产效率,在整个建筑项目过程当中,也涉及不同流程的质量管控。施工准备阶段需要做好构件深化设计和施工方案的模拟检查,确定质量控制点;生产制造阶段则要做好材料、工序的质量管控;现场装配阶段做好技术交底和吊装工序管理;质量验收阶段则做好分部工程质量管控工作,对可能存在的质量问题做好总结和分析[6]。

3结语

传统建筑模式不仅能耗过高且施工周期普遍较长,管理过程难度较大,不同环节出现误差的概率较高。但BIM技术投入应用后,整个建筑施工当中的关键环节都可以通过仿真提供优化依据。本次研究也从BIM技术应用的基本原则要求入手,按照不同的全过程管理阶段进行了技术应用模式的综合分析,旨在分析其在协同管理当中的应用价值。未来新型城镇化的发展背景之下,建筑工业化将进一步推动BIM技术的广泛应用,重点围绕平台开发和管理确定不同阶段的管理目标提供针对性支持辅助。

参考文献

[1]肖阳,刘为.BIM技术在装配式建筑施工质量管理中的应用研究[J].价值工程,2018,37(6):104-107.

[2]彭聪,李杏,乔亚昆.BIM技术在装配式建筑施工质量管理的应用探索[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2020(12):173-174.

[3]齐宝库,李长福.基于BIM的装配式建筑全生命周期管理问题研究[J].施工技术,2014(15):25-29.

[4]金南雅,王军庆.BIM技术在装配式建筑施工管理中的应用探析[J].建筑工程技术与设计,2020(12):1808.

[5]张伟伟,王志高,杜莉,等.基于BIM的装配式建筑智慧建造应用研究[J].建筑发展,2020,4(8):84-86.

[6]游晓林.BIM技术在装配式建筑施工质量管理中的应用分析[J].建筑工程技术与设计,2019(22):348.

[7]朱敏,张哨军,孙静,等.基于BIM技术的装配式混凝土建筑成本控制研究[J].价值工程,2019(30):268-270.

作者:刘英 单位:山东泰安建筑工程集团有限公司