滿吉芳

（遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧錦州121000）

0 引言

新冠肺炎疫情肆虐武漢之時(shí)，為緩解定點(diǎn)醫(yī)院床位嚴(yán)重緊缺這一問題，武漢市參照北京小湯山醫(yī)院的模式，于1月23日開工建設(shè)火神山醫(yī)院（建筑面積34000m2，可容納床位1000張），并于2月2日正式交付。同時(shí)，于1月25日開工建設(shè)雷神山醫(yī)院（建筑面積75000m2，可容納床位1500張），并于2月5日正式交付[1]。在這令世界驚嘆的 “中國(guó)速度” 背后，不僅有數(shù)千名建設(shè)者的日夜鏖戰(zhàn)，更有著強(qiáng)有力的技術(shù)保障——BIM與裝配式建筑技術(shù)。

1 疫情下裝配式建筑BIM應(yīng)用需求分析

疫情來勢(shì)洶洶，確診人數(shù)不斷上升，床位緊缺問題不斷加劇。時(shí)間就是生命，提前一分鐘交工，就多一分勝算。在工期如此緊迫的情況下，裝配式鋼結(jié)構(gòu)因 “安裝速度快” 脫穎而出，成為了最佳選擇。但是，若采用常規(guī)的建設(shè)模式，仍無法滿足工期需要。特殊時(shí)期，只能打破常規(guī)，實(shí)施邊設(shè)計(jì)、邊加工、邊施工的 “三邊工程” 建設(shè)模式[2]。而BIM技術(shù)，為這種特殊的建設(shè)模式提供了可靠的平臺(tái)和有力的技術(shù)保障。

1.1 設(shè)計(jì)階段

目前，建筑規(guī)劃主要依據(jù)二維平面圖紙，設(shè)計(jì)人員很難從全局的角度統(tǒng)籌規(guī)劃，導(dǎo)致規(guī)劃效果不理想。同時(shí)，建筑設(shè)計(jì)為階段性、單向性的設(shè)計(jì)，只有上游設(shè)計(jì)完成后才能傳遞到下游[3-4]，設(shè)計(jì)過程中各專業(yè)相互獨(dú)立，缺乏溝通交流，致使設(shè)計(jì)中常常出現(xiàn)構(gòu)件碰撞問題，影響后期施工。

BIM技術(shù)的可視化功能，可直觀顯示醫(yī)院與周圍場(chǎng)地之間的關(guān)系，有助于設(shè)計(jì)人員統(tǒng)籌全局，做出合理的空間規(guī)劃方案。同時(shí)，BIM技術(shù)為各專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)提供了平臺(tái)，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員可在統(tǒng)一平臺(tái)上建立BIM模型，完成施工圖設(shè)計(jì)，避免因溝通不暢而產(chǎn)生錯(cuò)、漏、碰、缺等問題[5]，大幅度提高設(shè)計(jì)精度和設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，為 “三邊工程” 的順利實(shí)施提供可靠的保障。

1.2 構(gòu)件生產(chǎn)階段

裝配式建筑構(gòu)件的常規(guī)加工流程為：人工統(tǒng)計(jì)構(gòu)件數(shù)量和規(guī)格→深化加工圖→人工加工構(gòu)件。該流程主要有兩大缺點(diǎn)：一是人工統(tǒng)計(jì)耗時(shí)長(zhǎng)，影響施工工期；二是人工加工有誤差，容易導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)裝配失敗。

而BIM模型將關(guān)聯(lián)的建筑信息分類存儲(chǔ)，構(gòu)件加工廠可以直接通過BIM模型導(dǎo)出構(gòu)件統(tǒng)計(jì)報(bào)表，并根據(jù)基于BIM的施工進(jìn)度模擬制定構(gòu)件生產(chǎn)計(jì)劃，確保生產(chǎn)計(jì)劃與施工進(jìn)度相符。同時(shí)，基于BIM技術(shù)的數(shù)字化加工流程，不僅能提高構(gòu)件的加工精度，而且可縮短構(gòu)件的加工時(shí)間，為火神山、雷神山項(xiàng)目的按期交付提供了重要的時(shí)間保障。

1.3 施工階段

裝配式建筑施工的特點(diǎn)是構(gòu)件數(shù)量多、吊裝工作量大、裝配精度要求高。若正式吊裝裝配前不能進(jìn)行施工模擬，往往會(huì)在裝配過程中出現(xiàn)吊裝順序不當(dāng)、構(gòu)件相互碰撞、構(gòu)件裝配有誤差等一系列問題，甚至需要返工，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。此外，由于構(gòu)件類型多、數(shù)量大，若施工場(chǎng)地平面布置不合理，也會(huì)在一定程度上影響吊裝效率，進(jìn)而影響施工進(jìn)度。

火神山、雷神山項(xiàng)目工期十分緊迫，決不允許出現(xiàn)半點(diǎn)差錯(cuò)，更沒有返工的余地，而BIM技術(shù)可為高質(zhì)量、快速施工保駕護(hù)航。正式裝配施工前，可利用BIM技術(shù)進(jìn)行施工模擬，對(duì)構(gòu)件吊裝順序的合理性進(jìn)行驗(yàn)證，以進(jìn)一步優(yōu)化施工技術(shù)方案，提高裝配施工的效率。同時(shí)，可通過施工模擬動(dòng)畫找尋關(guān)鍵施工節(jié)點(diǎn)，以便對(duì)施工人員進(jìn)行直觀易懂的可視化交底，確保構(gòu)件裝配過程無差錯(cuò)、無返工。此外，可視化的施工平面布置，可幫助施工管理人員優(yōu)化場(chǎng)地布置，確保構(gòu)件有序進(jìn)場(chǎng)，合理堆放，為提高吊裝效率、加快吊裝施工進(jìn)度提供保障。

2 BIM技術(shù)在火深山、雷神山項(xiàng)目中的應(yīng)用

為加快建設(shè)進(jìn)度，火神山、雷神山項(xiàng)目均采用了邊設(shè)計(jì)、邊采購(gòu)、邊施工的 “三邊工程” 建設(shè)模式，三者同步推進(jìn)，同步調(diào)整，這對(duì)資源統(tǒng)籌和協(xié)同配合提出了很大的挑戰(zhàn)。而BIM技術(shù)是贏得本次挑戰(zhàn)的催化劑。

2.1 BIM技術(shù)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

疫情如火，刻不容緩。中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司和中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司臨危受命，勇?lián)厝?。設(shè)計(jì)人員在公司領(lǐng)導(dǎo)的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下，充分利用BIM技術(shù)，精準(zhǔn)對(duì)接施工現(xiàn)場(chǎng)，日夜鏖戰(zhàn)，最終優(yōu)質(zhì)、高效、按時(shí)完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。

2.1.1 可視化模擬，優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員利用BIM技術(shù)創(chuàng)建三維地形地貌模型，準(zhǔn)確分析建筑與場(chǎng)地之間的關(guān)系，完成可視化的三維空間規(guī)劃?；鹕裆结t(yī)院位于蔡甸區(qū)武漢職工療養(yǎng)院北側(cè)，東臨知音湖，為了與其保持一定的距離，且能夠容納更多的床位，另一側(cè)沿南北公路順序排列，故火神山醫(yī)院整體布局為 “L” 型，如圖1所示。

圖1 火神山醫(yī)院效果圖

雷神山醫(yī)院位于江夏區(qū)黃家湖畔的第七屆世界軍運(yùn)會(huì)停車場(chǎng)上，建設(shè)用地面積約22m2，總建筑面積約7.9m2。根據(jù)用地情況，將東、西兩區(qū)分別規(guī)劃為隔離醫(yī)療區(qū)和醫(yī)護(hù)生活區(qū)，并配備有相關(guān)運(yùn)維用房[6]，如圖2所示。

圖2 雷神山醫(yī)院效果圖

不同于一般的公共建筑，火神山、雷神山項(xiàng)目均為應(yīng)急傳染病醫(yī)院，為了實(shí)現(xiàn)醫(yī)患分區(qū)，潔污分流，設(shè)計(jì)應(yīng)符合 “三區(qū)兩通道（三區(qū)是指污染區(qū)、半污染區(qū)、清潔區(qū)；兩通道則是指病人通道和醫(yī)護(hù)通道）” 標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)部布局錯(cuò)綜復(fù)雜。為了更加直觀地分析醫(yī)院內(nèi)部布局的合理性，設(shè)計(jì)人員利用BIM技術(shù)的3D漫游功能，對(duì)整個(gè)醫(yī)院內(nèi)部進(jìn)行全方位、多角度的觀察，并根據(jù)分析結(jié)果，完成內(nèi)部空間布局的改進(jìn)優(yōu)化（圖3）。

圖3 雷神山醫(yī)院BIM模型渲染圖

2.1.2 BIM正向設(shè)計(jì)，服務(wù) “三邊工程”

傳統(tǒng)裝配式建筑的建設(shè)流程為：基于二維圖紙的設(shè)計(jì)→建模分析計(jì)算→繪制施工圖→施工單位繪制加工詳圖→設(shè)計(jì)院認(rèn)可→工廠加工→現(xiàn)場(chǎng)拼裝，該模式顯然不適用于 “時(shí)間就是生命” 的火神山、雷神山項(xiàng)目。這兩個(gè)項(xiàng)目均采用BIM正向設(shè)計(jì)，全過程都基于BIM三維模型完成，流程如下：設(shè)計(jì)單位搭建三維模型→結(jié)構(gòu)分析計(jì)算→調(diào)整三維模型→導(dǎo)出施工圖→施工單位通過BIM平臺(tái)導(dǎo)出加工詳圖。BIM正向設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)分析計(jì)算、施工圖繪制和加工詳圖繪制工作幾乎同時(shí)完成，更好地服務(wù)于 “三邊工程” ，為如期交付工程提供了保障。

2.1.3 多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)精度

傳染病醫(yī)院建設(shè)中除了涉及到常規(guī)的基礎(chǔ)工程、土建及裝飾工程、給排水及消防系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明與監(jiān)控、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、通信弱電外，還涉及醫(yī)用氣體工程、凈化工程、污水處理等多個(gè)專業(yè)。若設(shè)計(jì)不當(dāng)，將會(huì)出現(xiàn)大量的碰撞問題，而BIM技術(shù)完美解決了這一難題。BIM為各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)提供了平臺(tái)，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員能夠同時(shí)基于同一個(gè)三維建筑模型進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，對(duì)模型進(jìn)行可視化碰撞檢查，避免由于各專業(yè)之間溝通不暢導(dǎo)致錯(cuò)、漏、碰、缺等問題，大幅度提高了設(shè)計(jì)精度和設(shè)計(jì)效率。

2.2 BIM技術(shù)在構(gòu)件生產(chǎn)中的應(yīng)用

火神山、雷神山醫(yī)院建設(shè)期間， “云監(jiān)工” 看到的是施工現(xiàn)場(chǎng)忙碌的身影，看不到的是構(gòu)件加工廠的日夜奮戰(zhàn)。為了加快施工進(jìn)度，減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量，火神山、雷神山項(xiàng)目均采用鋼結(jié)構(gòu)箱式房裝配化施工，即主體為鋼結(jié)構(gòu)裝配式施工，病房采用集裝箱式活動(dòng)板房模塊化拼接。所有構(gòu)件均由工廠加工、拼接完成后運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整體吊裝，與現(xiàn)場(chǎng)施工穿插完成。而時(shí)至春節(jié)，大批工人放假返鄉(xiāng)，構(gòu)件加工面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。

BIM技術(shù)的引入，輕松化解了 “艱巨的構(gòu)件加工任務(wù)與有限的工人” 之間的矛盾。構(gòu)件加工廠通過BIM模型導(dǎo)出構(gòu)件統(tǒng)計(jì)報(bào)表后，立即排產(chǎn)，日夜奮戰(zhàn)，積極開展基于BIM技術(shù)的數(shù)字化生產(chǎn)，大幅度縮短了構(gòu)件生產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，為項(xiàng)目的按期交付提供了保障。

2.3 BIM技術(shù)在項(xiàng)目施工中的應(yīng)用

疫情，不等人；與死神競(jìng)速，間不容發(fā)。在中建三局的牽頭帶領(lǐng)下，各方迅速進(jìn)入戰(zhàn)時(shí)狀態(tài)，奮戰(zhàn)在這場(chǎng)沒有硝煙的戰(zhàn)爭(zhēng)中。施工過程中，采用全過程BIM模擬，不斷優(yōu)化施工方案。同時(shí)，實(shí)施基于BIM的信息化管理，將每一個(gè)節(jié)點(diǎn)精確到分鐘，堅(jiān)決不浪費(fèi)一分一秒時(shí)間。最終，兩所醫(yī)院如期交付使用。

2.3.1 全過程BIM模擬，優(yōu)化施工方案

火神山、雷神山醫(yī)院的建設(shè)采用了全過程BIM模擬。對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)安裝順序、施工機(jī)械走行路線及集裝箱式活動(dòng)板房吊裝次序的合理性進(jìn)行驗(yàn)證分析，進(jìn)一步優(yōu)化施工方案，提高施工效率，縮短施工時(shí)間。同時(shí)，利用BIM技術(shù)對(duì)施工人員進(jìn)行直觀的可視化交底，幫助施工人員更直觀地了解施工，為順利、快速施工提供了重要保障。

2.3.2 基于BIM的信息化管理，確保幾十道工序齊頭并進(jìn)

火神山、雷神山項(xiàng)目均采用基于BIM的信息化管理，精確每一步施工計(jì)劃所需時(shí)間，確?，F(xiàn)場(chǎng)幾千名工人和近千臺(tái)各種大型機(jī)械設(shè)備和運(yùn)輸車輛有序作業(yè)，幾十道工序齊頭并進(jìn)，現(xiàn)場(chǎng)施工和整體吊裝穿插進(jìn)行，如圖4所示。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)糾偏，做到有序?qū)樱瑘?jiān)決不浪費(fèi)一分一秒，為項(xiàng)目如期交付提供了保障。

圖4 火神山醫(yī)院現(xiàn)場(chǎng)有序施工

3 BIM技術(shù)與裝配式建筑深度融合的措施

我國(guó)自2015年起開始大力推廣BIM技術(shù)與裝配式建筑，二者已逐漸成為建筑行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，火神山、雷神山項(xiàng)目的神速完成，更進(jìn)一步提高了人們對(duì)這兩項(xiàng)技術(shù)的關(guān)注度。但是，目前二者尚未完成深度融合，無法充分突顯BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，達(dá)不到 “1+1＞2” 的效果。因此，為加速BIM技術(shù)與裝配式建筑的深度融合，進(jìn)一步拓展BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用，需采取一些切實(shí)可行的措施。

3.1 全面升級(jí)裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈

BIM技術(shù)與裝配式建筑深度融合后，二者之間便構(gòu)成了 “一榮俱榮，一損俱損” 的共生關(guān)系，只有二者均 “榮” ，才能真正達(dá)到 “1+1＞2” 的效果。而目前我國(guó)裝配式建筑尚未形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，各建設(shè)階段的技術(shù)管理水平參差不齊，各環(huán)節(jié)間相互牽制，嚴(yán)重阻礙了裝配式建筑的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[7-8]。因此，為實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)與裝配式建筑的完美融合，必須全面升級(jí)裝配式建筑的產(chǎn)業(yè)鏈，均衡提高各建設(shè)階段的技術(shù)管理水平，消除建筑設(shè)計(jì)、構(gòu)件生產(chǎn)、裝配施工等各環(huán)節(jié)間的相互牽制，全面促進(jìn)裝配式建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)二者完美融合打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2 大力推廣工程總承包模式

全過程統(tǒng)籌管理、全環(huán)節(jié)深度融合是發(fā)展裝配式建筑的重要前提。雖然BIM技術(shù)將設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)行維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)集成了起來，但由于無統(tǒng)籌管理，使得全環(huán)節(jié)深度融合的難度較大[9]。若采用總承包模式，由項(xiàng)目總承包單位進(jìn)行全過程統(tǒng)籌管理，可有效促進(jìn)各環(huán)節(jié)的有機(jī)融合，更加充分發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑全壽命周期數(shù)據(jù)共享和信息化管理。因此，筆者建議政府出臺(tái)一些強(qiáng)制性、激勵(lì)性政策，大力推廣工程總承包模式，促進(jìn)工程管理由碎片化向集成化方向發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)裝配式建筑產(chǎn)業(yè)化提供保障。

3.3 積極推進(jìn)專業(yè)人才隊(duì)伍建設(shè)

促進(jìn)BIM與裝配式建筑的深度融合，推動(dòng)裝配式建筑智能升級(jí)，是裝配式建筑產(chǎn)業(yè)化的必由之路。因此，每一個(gè)從事裝配式建筑行業(yè)的企業(yè)，都應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到BIM專業(yè)人才的重要性，建立健全人才培養(yǎng)保障體系和長(zhǎng)效機(jī)制，加大BIM專業(yè)性人才的培養(yǎng)力度，積極推進(jìn)專業(yè)人才隊(duì)伍建設(shè)，提升自身在行業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

4 結(jié)論

火神山、雷神山項(xiàng)目的順利建成，將裝配式建筑與BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)展現(xiàn)得淋漓盡致，但關(guān)于二者深度融合的研究才剛剛起步，我們應(yīng)在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索深度融合BIM技術(shù)和裝配式建筑的途徑，拓展BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用。同時(shí)，全面升級(jí)裝配式建筑的產(chǎn)業(yè)鏈，消除 “短板效應(yīng)” ，大力推進(jìn)BIM專業(yè)人才隊(duì)伍建設(shè)，為實(shí)現(xiàn)裝配式建筑產(chǎn)業(yè)化提供技術(shù)和人才保障。

圖片來源：

圖1、圖2：《人民日?qǐng)?bào)》官方網(wǎng)站；

圖3：中國(guó)暖通空調(diào)網(wǎng)。