廣東建筑工業(yè)化展 2016-12-07 2604
作者:樊則森,李張苗,魯曉通 作者單位:中建科技集團(tuán)有限公司
摘要 為響應(yīng)國家產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整和建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的需求,研究BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計、生產(chǎn)、施工、裝修及管理全產(chǎn)業(yè)鏈整合和全專業(yè)協(xié)同的一體化實現(xiàn)方案。結(jié)合深圳監(jiān)獄保障房項目的工程實踐,以建筑設(shè)計為統(tǒng)領(lǐng),全專業(yè)協(xié)同設(shè)計,形成一套基于BIM的全過程一體化設(shè)計技術(shù),取得了很好的應(yīng)用效果。 1 引言 我國作為一個人口大國,巨大的人口體量意味著龐大居住需求以及巨量市場空間,同時建筑業(yè)對其上下游產(chǎn)業(yè)有著強(qiáng)烈?guī)幼饔?,各種因素奠定建筑業(yè)在我國國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位。目前,根據(jù)客觀經(jīng)濟(jì)規(guī)律、社會發(fā)展階段以及環(huán)境承載力等因素,我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)入深度調(diào)整期,在國家戰(zhàn)略層級,眾多傳統(tǒng)行業(yè)開始進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級,鋼鐵、煤炭、化工、冶金等行業(yè)都進(jìn)入深度調(diào)整期。建筑業(yè)作為占據(jù)重要地位的傳統(tǒng)行業(yè),進(jìn)行提質(zhì)增效的轉(zhuǎn)型升級勢在必行,而建筑工業(yè)化正是重要突破口。 我國在建國之初就開始嘗試裝配式建筑,發(fā)展幾經(jīng)周折。近些年有了比較長足的進(jìn)步。建筑信息模型(Building Information Modeling,簡稱BIM)2008年左右引入我國,在諸多建筑工程領(lǐng)域均有比較典型的應(yīng)用,2010年以后,眾多理論研究人員和工程技術(shù)人員對BIM技術(shù)在建筑工業(yè)化中的應(yīng)用進(jìn)行了研究和新的嘗試。 葉浩文等[1]簡述了目前我國發(fā)展新型建筑工業(yè)化的戰(zhàn)略機(jī)遇,分析了推進(jìn)新型工業(yè)化建筑過程中面臨的問題和困難,并且指出了加快推進(jìn)新型建筑工業(yè)化應(yīng)采取的對策。葉明等[2]從政府政策制定者的角度提出,完善產(chǎn)業(yè)鏈,整合優(yōu)化產(chǎn)業(yè)資源;建立一套成熟適用的技術(shù)體系這是新型建筑工業(yè)化的兩大核心問題。沈祖炎等[3]結(jié)合三次工業(yè)革命的歷程,闡述了我國實現(xiàn)新型建筑工業(yè)化的重要性,提出新型建筑工業(yè)化的本質(zhì)是“九段九化”,并結(jié)合目前我國建筑工業(yè)化的發(fā)展現(xiàn)狀對如何推進(jìn)我國新型建筑工業(yè)化的發(fā)展提出了建議。亓霞等[4]對部分具有代表性的發(fā)達(dá)國家發(fā)展建筑工業(yè)化的歷程進(jìn)行了分析總結(jié),分別分析了法律法規(guī)、政府作用、市場力量和技術(shù)進(jìn)步對于推動建筑工業(yè)化發(fā)展的作用,并且指出了國外成功發(fā)展建筑工業(yè)化對于我國的啟示和借鑒。樊則森等[5]介紹了BIM在裝配式建筑設(shè)計、生產(chǎn)、施工、一體化裝修和運(yùn)營管理中的應(yīng)用,指出了BIM技術(shù)對于推動建筑工業(yè)化發(fā)展有著重要作用。伏玉等[6]簡述了目前BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用情況,分析了目前BIN在建筑工業(yè)化應(yīng)用中存在的困難和問題,并且提出了自己的對策與建議。夏海兵等[7]基于上海某大型預(yù)制裝配式住宅項目,介紹了BIM技術(shù)在該項目中從設(shè)計、深化設(shè)計、生產(chǎn)到施工再到運(yùn)維整個項目全生命周期中的應(yīng)用情況。BIM技術(shù)的應(yīng)用減少了設(shè)計環(huán)節(jié)的設(shè)計變更,加快了施工工期,提高了工程質(zhì)量。 2 BIM技術(shù) 2.1 BIM的定義和概念 BIM是建筑行業(yè)中應(yīng)用信息技術(shù)的具體體現(xiàn)。BIM技術(shù)通過三維建模,將建筑工程全壽命周期中產(chǎn)生的相關(guān)信息添加在該三維模型中,對設(shè)計、生產(chǎn)、施工、裝修、管理過程進(jìn)行控制和管理,并根據(jù)項目在各階段的完成情況,不斷對已有數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新,最終建立多維數(shù)據(jù)模型,通過信息化模型整合項目各種階段相關(guān)信息,搭建一個可以為項目各方共享的資源信息平臺。 2.2 BIM的工作方式 BIM變革之前平面作圖的設(shè)計方式,采用三維建筑設(shè)計方式,可以直觀展現(xiàn)建筑工程項目的全貌、各個構(gòu)件連接、細(xì)部做法以及管線排布等,使設(shè)計師可以更加清晰的掌控項目設(shè)計節(jié)奏,提升設(shè)計質(zhì)量和效率。除此之外,BIM技術(shù)集成了整個建筑工程項目中各有關(guān)參與方數(shù)據(jù)信息,構(gòu)建一個數(shù)據(jù)平臺。平臺可以完整準(zhǔn)確的提供整個建筑工程項目信息。 圖2.1 BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用 2.3 BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用優(yōu)勢 BIM技術(shù)集成了整個建筑項目中各部門的數(shù)據(jù)信息,BIM模型本身就是一個數(shù)據(jù)集成模型。該模型可以完整準(zhǔn)確的提供整個建筑工程項目信息。下文分別對BIM技術(shù)在裝配式建筑中應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行總結(jié)。 2.3.1 精密的工業(yè)化制造 裝配式建筑是采用工廠化生產(chǎn)的構(gòu)件、配件、部品,采用機(jī)械化、信息化裝配式技術(shù)組裝的建筑整體,其工廠化生產(chǎn)構(gòu)配件精度能達(dá)到毫米級,現(xiàn)場組裝精度要求也較高,從而滿足各種產(chǎn)品組件的安裝精度要求??傮w來說,建筑工業(yè)化要求全面“精密建造”,要全面實現(xiàn)精細(xì)化設(shè)計、產(chǎn)品化加工和精密化裝配。而BIM應(yīng)用的優(yōu)勢,從“可視化”和“3D”模擬的層面,在于“所見即所得”,這和建筑工業(yè)化的“精密建造”特點高度契合。而在傳統(tǒng)建筑生產(chǎn)方式下,由于其粗放型管理模式和“齊不齊、一把泥”的誤差、工藝,無法實現(xiàn)精細(xì)化設(shè)計、精密化施工。 2.3.2 集成的建筑系統(tǒng)信息平臺 新型裝配式建筑是設(shè)計、生產(chǎn)、施工、裝修和管理“五位一體”的系統(tǒng)化和集成化建筑,不是“傳統(tǒng)生產(chǎn)方式+裝配化”建筑。新型建筑工業(yè)化應(yīng)具備五大特點:“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修和信息化管理”,按傳統(tǒng)設(shè)計、施工和管理模式進(jìn)行裝配化施工難以體現(xiàn)工業(yè)化的本質(zhì)和優(yōu)勢。裝配式建筑核心是“集成”,BIM則是“集成”的主線,串聯(lián)設(shè)計、生產(chǎn)、施工、裝修和管理全過程,服務(wù)于設(shè)計、建設(shè)、運(yùn)維、拆除全生命周期,可數(shù)字化仿真模擬,信息化描述系統(tǒng)要素,實現(xiàn)信息化協(xié)同設(shè)計、可視化裝配,工程量信息交互和節(jié)點連接模擬及檢驗等全新運(yùn)用,整合建筑全產(chǎn)業(yè)鏈,實現(xiàn)全過程、全方位信息化集成。 2.3.3 全專業(yè)高效合作與協(xié)同 BIM技術(shù)可以提供一個信息共享平臺,各專業(yè)設(shè)計工程師在平臺共同建模,共同修改,共享信息,協(xié)同設(shè)計。任何一個專業(yè)出現(xiàn)設(shè)計誤差或者設(shè)計修改,其他專業(yè)均可以及時獲取信息,并進(jìn)行處理。同時,不同專業(yè)設(shè)計師可以在同一平臺上分工合作,按照一定的標(biāo)準(zhǔn)和原則進(jìn)行設(shè)計,可以大大提高設(shè)計精度和效率。 3 BIM技術(shù)在監(jiān)獄保障房項目中的應(yīng)用 深圳市監(jiān)獄保障性住房項目采用了裝配整體式剪力墻體系。該項目外墻大部分采用預(yù)制墻體,小部分結(jié)合立面造型采用PCF模板現(xiàn)澆。內(nèi)承重墻也采用部分預(yù)制、部分現(xiàn)澆。另外還采用疊合梁、疊合板、預(yù)制樓梯、預(yù)制陽臺等預(yù)制構(gòu)件,以2號樓為例預(yù)制率為49.3%,裝配率為71.5%,項目整體預(yù)制率裝配率較高。下面是該項目標(biāo)準(zhǔn)層平面圖。 圖3.1監(jiān)獄保障房2號樓標(biāo)準(zhǔn)層平面圖 中建科技有限公司結(jié)合深圳監(jiān)獄保障房項目,在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修和信息化管理方面結(jié)合BIM技術(shù)進(jìn)行了一些研究、摸索和應(yīng)用。 3.1 BIM技術(shù)在監(jiān)獄保障房項目設(shè)計階段應(yīng)用 設(shè)計方案的好壞是決定一個建筑項目優(yōu)劣的關(guān)鍵。BIM技術(shù)的應(yīng)用給工業(yè)化建筑設(shè)計方法帶來變革式影響。下面結(jié)合BIM技術(shù)在監(jiān)獄保障房項目設(shè)計階段中應(yīng)用要點介紹其較傳統(tǒng)設(shè)計方法的優(yōu)勢。 3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計流程 在傳統(tǒng)設(shè)計方式中,各專業(yè)設(shè)計人員“各自為政”,按自己的設(shè)計風(fēng)格和習(xí)慣,同一個構(gòu)件或者項目,不同設(shè)計人員會有不同設(shè)計方法。在監(jiān)獄保障房項目BIM方案開始實施之前,首先制定一套標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計流程,采用統(tǒng)一規(guī)范設(shè)計方式,各專業(yè)設(shè)計人員均需遵從統(tǒng)一設(shè)計規(guī)則,大大加快設(shè)計團(tuán)隊的配合效率,減少設(shè)計錯誤,提高設(shè)計效率。 3.1.2 模數(shù)化構(gòu)件組合 在裝配式建筑設(shè)計中,預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計是關(guān)鍵。目前預(yù)制構(gòu)件的拆分,是按一般模式由設(shè)計方獨立完成設(shè)計方案和施工圖,再由工業(yè)化設(shè)計人員進(jìn)行預(yù)制方案設(shè)計和構(gòu)件拆分。這種方式下,可能會導(dǎo)致構(gòu)件種類難以最大程度歸一化、標(biāo)準(zhǔn)化,工廠模具臺套數(shù)勢必增加,不符合裝配式建筑少規(guī)格、多組合的原則。在該項目設(shè)計過程中,首先確定采用的工業(yè)化結(jié)構(gòu)體系,并按照統(tǒng)一模數(shù)進(jìn)行構(gòu)件拆分,精簡構(gòu)件類型,提高裝配水平,并在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計基礎(chǔ)上通過組合實現(xiàn)裝配式建筑系列化和多樣化。 3.1.3 模塊化構(gòu)件庫 在目前工業(yè)化建筑或者裝配式建筑中,預(yù)制構(gòu)件一般是根據(jù)設(shè)計單位提供的預(yù)制構(gòu)件加工圖進(jìn)行生產(chǎn),這類加工圖還是傳統(tǒng)的平立剖加大樣詳圖的二維圖紙,信息化程度低。BIM技術(shù)相關(guān)軟件中,通過“族”的概念,對構(gòu)件進(jìn)行劃分,結(jié)合構(gòu)件生產(chǎn)廠家生產(chǎn)工藝,建立模塊化預(yù)制構(gòu)件庫,在不同建筑項目設(shè)計過程中,只需從構(gòu)件庫中提取各類構(gòu)件,再進(jìn)行組裝,即可建立最終整體建筑模型。構(gòu)件庫的構(gòu)件種類也可以在其他項目的設(shè)計過程中進(jìn)行應(yīng)用,并且不斷擴(kuò)充,不斷完善。 3.1.4 可視化三維模型 傳統(tǒng)設(shè)計方式是使用二維繪圖軟件,以平、立、剖面和大樣詳圖為主要出圖內(nèi)容,這種繪圖模式是一種單向連接方式,各個設(shè)計專業(yè)之間相對孤立,對于不斷出現(xiàn)的設(shè)計變化,難以及時應(yīng)對,導(dǎo)致設(shè)計過程中出現(xiàn)大量修改,甚至在出圖完成后還會有大量設(shè)計變更,效率較低,信息化程度低。BIM技術(shù)將模塊化、模數(shù)化的構(gòu)件進(jìn)行組合可以構(gòu)建三維可視化模型,通過效果圖、動畫、實時漫游、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)等項目展示手段將建筑構(gòu)件及參數(shù)信息等真實屬性展現(xiàn)給設(shè)計人員和甲方業(yè)主,在設(shè)計過程中可以及時發(fā)現(xiàn)問題,也便于甲方及時決策,可以避免事后再次修改。 圖3.4從傳統(tǒng)二維設(shè)計到3D可視化設(shè)計 3.1.5 高效設(shè)計協(xié)同 采用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計,設(shè)計師均在同一個建筑模型上工作,所有信息均可實時交互,可視化三維模型使設(shè)計成果直觀呈現(xiàn),同時還可以進(jìn)行不同專業(yè)設(shè)計沖突檢查。在傳統(tǒng)設(shè)計方法中,不同專業(yè)人員需要人工查找本專業(yè)和其他專業(yè)沖突錯誤,費時費力且容易出現(xiàn)遺漏,BIM 技術(shù)直接可以完成不同專業(yè)間沖突檢查,大大提高設(shè)計精度和效率。 3.1.6 便捷工程量統(tǒng)計和分析 BIM模型中存儲著各類信息,設(shè)計師可以隨時對門窗、部品、各類預(yù)制構(gòu)件等的數(shù)量、體積、類別等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計,再根據(jù)材料的一般定價,即可估計整個項目經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。設(shè)計師可以實時查看設(shè)計方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是否能夠滿足業(yè)主要求。同時,模型數(shù)據(jù)會隨著深化設(shè)計自動更新,確保項目統(tǒng)計信息準(zhǔn)確性。 3.2 BIM技術(shù)在監(jiān)獄保障房項目生產(chǎn)階段的應(yīng)用 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)是建筑工業(yè)化項目中重要環(huán)節(jié)。下文將對BIM技術(shù)在生產(chǎn)階段的應(yīng)用分別進(jìn)行介紹。 3.2.1 構(gòu)件設(shè)計可視化 采用BIM技術(shù)進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計,可以得到構(gòu)件三維模型,將構(gòu)件空間信息完整直觀的表達(dá)給構(gòu)件生產(chǎn)廠家。 圖3.6 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的可視化 3.2.2 構(gòu)件生產(chǎn)信息化 構(gòu)件生產(chǎn)廠家可以直接提取BIM信息平臺中各個構(gòu)件參數(shù),確定構(gòu)件尺寸、材質(zhì)、做法、數(shù)量等信息,并根據(jù)這些信息確定合理的生產(chǎn)流程和做法,也可以對發(fā)來的構(gòu)件信息進(jìn)行復(fù)核,并根據(jù)實際生產(chǎn)情況,向設(shè)計單位進(jìn)行信息反饋,使設(shè)計和生產(chǎn)環(huán)節(jié)實現(xiàn)信息雙向流動,提高構(gòu)件生產(chǎn)信息化程度。 圖3.7 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的信息化 3.2.3 構(gòu)件生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化 生產(chǎn)廠家可以直接提取BIM信息平臺中的構(gòu)件信息,并將信息傳導(dǎo)到生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)。同時,生產(chǎn)廠家還可以結(jié)合構(gòu)件設(shè)計信息以及自身實際生產(chǎn)要求,建立標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制構(gòu)件庫,在生產(chǎn)過程中對類似預(yù)制構(gòu)件只需調(diào)整模具尺寸即可進(jìn)行生產(chǎn)。通過標(biāo)準(zhǔn)化、流水線式構(gòu)件生產(chǎn)作業(yè),可以提高生產(chǎn)效率,增加構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度,減少人工操作帶來的操作失誤,改善工人工作環(huán)境,節(jié)省人力和物力。 圖3.8 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化 3.3 BIM技術(shù)在監(jiān)獄保障房項目施工階段應(yīng)用 工業(yè)化建筑采用構(gòu)件工廠預(yù)制生產(chǎn),構(gòu)件運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場,再吊裝安裝的施工模式。施工環(huán)節(jié)是項目進(jìn)程中重要環(huán)節(jié)。以下將對BIM技術(shù)在本項目施工階段應(yīng)用進(jìn)行介紹。 3.3.1 施工深化設(shè)計 施工深化設(shè)計主要目的是提升深化后建筑信息模型的準(zhǔn)確性、可校核性。將施工操作規(guī)范與施工工藝融入施工作業(yè)模型,使施工圖滿足施工作業(yè)需求。施工單位依據(jù)設(shè)計單位提供的施工圖與設(shè)計階段建筑信息模型,結(jié)合施工特點及現(xiàn)場情況,完善或重新建立可表示工程實體即施工作業(yè)對象和結(jié)果的施工作業(yè)模型。該模型應(yīng)當(dāng)包含工程實體基本信息。BIM 技術(shù)工程師結(jié)合自身專業(yè)經(jīng)驗或與施工技術(shù)人員配合,對建筑信息模型的施工合理性、可行性進(jìn)行甄別,并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整優(yōu)化,對優(yōu)化后模型實施沖突檢測。 圖3.9 采用BIM進(jìn)行碰撞檢測 3.3.2 施工過程仿真模擬 在制定施工組織方案時,施工單位技術(shù)人員將本項目計劃的施工進(jìn)度、人員安排等信息輸入BIM 信息平臺,軟件可以根據(jù)這些錄入信息進(jìn)行施工模擬,同時,BIM技術(shù)也可以實現(xiàn)不同施工組織方案仿真模擬,施工單位可以依據(jù)模擬結(jié)果選取最優(yōu)施工組織方案。 圖3.10 應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行施工仿真模擬 圖3.11 BIM模擬現(xiàn)場預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸與堆放 圖3.12 BIM模擬現(xiàn)場外墻安裝
圖3.13 BIM模擬外墻板灌漿
圖3.14 BIM模擬鋁模安裝固定
圖3.16 BIM模擬預(yù)制樓梯吊裝 3.3.3 施工過程綜合管控 施工單位可將施工過程中產(chǎn)生的相關(guān)信息實時輸入到BIM信息平臺,全面監(jiān)控工程現(xiàn)場情況。在現(xiàn)場施工時,BIM技術(shù)可以作為施工進(jìn)度監(jiān)督表并指導(dǎo)現(xiàn)場施工,可以通過軟件對現(xiàn)場實際施工進(jìn)度與原計劃進(jìn)度進(jìn)行對比分析,及時安排人員調(diào)配和各類物資運(yùn)輸堆放。 圖3.17 運(yùn)用BIM進(jìn)行施工過程綜合管控 3.4 BIM技術(shù)在監(jiān)獄保障房項目裝修階段應(yīng)用 3.4.1 構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化裝修部品庫 和建立標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制構(gòu)件庫一樣,采用BIM技術(shù)也可以構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化裝修部品庫。在本項目中,根據(jù)業(yè)主要求,從裝修部品庫中選取相應(yīng)部品組裝到整體模型中。同時本項目新增各類裝修部品,也可完善到裝修部品構(gòu)件庫。 3.4.2 裝修部品模塊化拆分與組裝 內(nèi)裝設(shè)計應(yīng)配合建筑設(shè)計同時開展工作,根據(jù)建筑項目各個功能區(qū)劃分,將裝修部品分解成不同模塊,常見模塊主要是衛(wèi)浴模塊和廚房模塊??梢愿鶕?jù)戶型大小,功能劃分,直接將模塊化裝修部品組裝到BIM模型中。 3.4.3 裝修部品工業(yè)化生產(chǎn) 在建好標(biāo)準(zhǔn)裝修部品庫以及模塊化裝修方案后,可以給業(yè)主提供菜單式選擇服務(wù),業(yè)主根據(jù)自己喜好和需求選取相應(yīng)裝修部品。在確定好建筑項目部品類型后,裝修部品生產(chǎn)廠家可以提取BIM信息平臺中相關(guān)部品信息,實現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn),生產(chǎn)完成后,運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場,進(jìn)行整體吊裝,這種方式,可以保證裝修部品質(zhì)量,在很大程度上避免傳統(tǒng)施工方式中廚房和衛(wèi)生間可能出現(xiàn)的滲漏水現(xiàn)象。 4 結(jié)語 BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用將大大加快裝配式項目在全國各地的推進(jìn)速度,隨著BIM技術(shù)在裝配式建筑中的不斷應(yīng)用,BIM技術(shù)的優(yōu)勢將在實踐過程中不斷體現(xiàn),會有越來越多的裝配式建筑項目應(yīng)用BIM技術(shù)。
圖3.2監(jiān)獄保障房2號樓預(yù)制墻板劃分圖
圖3.3 監(jiān)獄保障房2號樓標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫
圖3.5 BIM技術(shù)中建筑及結(jié)構(gòu)可視化設(shè)計
圖3.15 BIM模擬預(yù)制陽臺吊裝
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