朱未 張一鳴

（1.武漢船舶職業(yè)技術(shù)學院，湖北武漢430050；2.山河建設(shè)集團有限公司，江蘇徐州221000）

當前，裝配式建筑的發(fā)展日新月異，裝配式混凝土建筑相比于傳統(tǒng)建筑模式而言，具有本質(zhì)上的優(yōu)勢，成為應(yīng)用廣泛的裝配式建筑結(jié)構(gòu)形式[1]。隨著建筑信息化的要求不斷變化與發(fā)展，基于BIM概念和技術(shù)的裝配式建筑在工程中也逐漸豐富起來，越來越多的設(shè)計和施工過程采用BIM技術(shù)，并且獲得信息技術(shù)使用的收益。

1 裝配式建筑BIM技術(shù)目前研究發(fā)展的現(xiàn)狀

對裝配式建筑的BIM技術(shù)研究中，胡佳星等基于BIM技術(shù)為主要建模軟件的環(huán)境下，分析了以SolidWorks為新建模、組裝模型軟件的開發(fā)應(yīng)用[2]。潘敏華對采用等同現(xiàn)澆設(shè)計的裝配整體式混凝土框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點進行總結(jié)，為裝配式混凝土框架的設(shè)計提供參考[3]。王雪飛從預(yù)制裝配式剪力墻施工技術(shù)與質(zhì)量控制方面，顧玉萍從裝配式建筑發(fā)展及其節(jié)點連接施工技術(shù)方面分別開展研究。以上的研究豐富了裝配式建筑的理論研究基礎(chǔ)，但是我們也發(fā)現(xiàn)基于BIM技術(shù)的裝配式建筑施工方法的研究還略顯不足。

2 基于BIM技術(shù)的裝配式建筑設(shè)計施工特點

裝配式建筑從房屋建設(shè)的模式和生產(chǎn)方式上與現(xiàn)澆混凝土建筑有著很大的差別，直接影響了建筑的技術(shù)水平、生產(chǎn)工藝、管理水平、生產(chǎn)能力，運輸條件，建設(shè)周期等方面。同時，BIM技術(shù)的應(yīng)用也給建筑設(shè)計與施工帶來了很大的變化，與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，基于BIM裝配式建筑有著以下幾個方面的優(yōu)勢：

精細化的設(shè)計施工流程。裝配式建筑設(shè)計流程更加復(fù)雜，施工過程更加精細，在傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)施工的基礎(chǔ)上，增加了預(yù)制構(gòu)件加工圖設(shè)計與生產(chǎn)過程。

標準化設(shè)計與施工。針對建筑工業(yè)化的要求與標準，通過標準化的設(shè)計施工實現(xiàn)建筑、部品與構(gòu)件之間的統(tǒng)一，實現(xiàn)生產(chǎn)施工標準化，實現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等設(shè)計的一體化。

協(xié)同一體化。通過BIM技術(shù)開展設(shè)計施工協(xié)同，能夠有效地利用BIM技術(shù)，打破各參與單位溝通協(xié)同障礙，做到主體結(jié)構(gòu)、機電設(shè)備、綜合管線、設(shè)計變更、施工組織的協(xié)同配合，優(yōu)化整個過程。

信息化管理與成本控制。利用BIM技術(shù)所帶來的信息化優(yōu)勢，充分表達建筑物的幾何、物理和功能信息，例如，裝配式構(gòu)件或部品信息能直接成為構(gòu)件生產(chǎn)加工依據(jù)，從設(shè)計階段到施工生產(chǎn)，構(gòu)件拆分環(huán)節(jié)的優(yōu)劣直接影響最終成本控制，而BIM信息化手段能將這一過程前置，起到節(jié)約成本的目的。

3 工程概況及常見問題

本文以某湖.云山居項目為例，該項目總建筑面積274266.94㎡，可建設(shè)用地面積92906.07㎡，地上建筑面積195984.51㎡地下建筑面積78055.00㎡。住 宅136351.88㎡，商業(yè)52627.10㎡，配套5220.14㎡，總戶數(shù)1146戶。圖1為某湖.云山居項目項目概況圖。

圖1 某湖.云山居項目項目概況圖

該工程的地下工程在實際施工過程中存在以下問題：

（1）施工過程風險點多，隱患大，給施工造成了一定困難。比如，在預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸、吊裝的過程，因預(yù)制構(gòu)件自重大，在施工時存在一定風險和困難。此外，豎向預(yù)支構(gòu)件連接采用灌漿套筒或漿錨連接，給裝配式建筑墻體帶來壓力，導(dǎo)致裝配式建筑地下墻體滲漏風險加劇，灌漿質(zhì)量也很難保證。同時，構(gòu)件水平位置縫，通過灌漿方式連接，因不是整體澆筑，很難保證不漏水漏漿，建筑整體防水性能下降嚴重。

（2）多專業(yè)協(xié)同過程中存在溝通不暢，設(shè)計、施工一體化信息銜接問題比較突出。比如，建筑，結(jié)構(gòu)與設(shè)備之間在按圖施工過程中存在的錯漏碰缺，這些問題導(dǎo)致較多的設(shè)計變更，同時輔助設(shè)計的加入，設(shè)備管線與結(jié)構(gòu)凈高問題的發(fā)生，對于提升溝通效率和設(shè)計質(zhì)量，驗證、優(yōu)化施工圖設(shè)計提出了挑戰(zhàn)，為保障后續(xù)施工順利進行，需要做大量的前期準備工作。

（3）從業(yè)人員素質(zhì)與現(xiàn)實施工之間存在差距，導(dǎo)致施工質(zhì)量得不到保證。一線施工人員是裝配式建筑施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵因素，這與裝配式建筑施工特點有很大關(guān)聯(lián)，例如，BIM技術(shù)帶來的施工信息化需要從業(yè)人員轉(zhuǎn)變思路，提高技術(shù)服務(wù)水平，對目前行業(yè)發(fā)展水平來講，存在一定挑戰(zhàn)，此外，施工工法也提高了難度，例如利用坐漿法施工，泥漿灌注的質(zhì)量影響后續(xù)模板安裝和鋼筋連接。以上這些問題都需要從業(yè)人員從自身綜合素質(zhì)方面做到提升，合理安排施工作業(yè)，對于整體項目的施工質(zhì)量和性能起著決定性的作用。

4 云山居項目設(shè)計過程中BIM技術(shù)的應(yīng)用

（1）初步設(shè)計階段

裝配式建筑設(shè)計是確保后續(xù)施工過程連續(xù)可靠和建筑工程質(zhì)量的基礎(chǔ)。依據(jù)施工現(xiàn)場對自然環(huán)境和工程地質(zhì)等方面的大量的分析和科學研究。本項目提出以BIM技術(shù)構(gòu)建裝配式建筑模型，使用數(shù)據(jù)可視化創(chuàng)建該項目的建筑、結(jié)構(gòu)與機電模型，如圖2。其中其中建筑主要表現(xiàn)墻體、門窗等，結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)預(yù)制梁板柱等，室內(nèi)二次裝飾、結(jié)構(gòu)鋼筋不建模，結(jié)構(gòu)鋼筋力學分析采用結(jié)構(gòu)分析模型，如圖3，實線為結(jié)構(gòu)力學分析線，該線條是地下結(jié)構(gòu)主要受力情況的簡化模型。室內(nèi)機電管線模型達到管線綜合優(yōu)化的標準，包括所有機電明裝主管道的尺寸、路由、閥門管件等。

圖2 云山居項目地下工程建筑（左一）與結(jié)構(gòu)模型示意圖

圖3 云山居項目地下工程結(jié)構(gòu)力學分析模型

通過BIM技術(shù)構(gòu)建的三維模型，建設(shè)單位能夠更直觀地發(fā)現(xiàn)建設(shè)項目投資過程中資源消耗點和風險控制點，及時糾正設(shè)計過程中可能出現(xiàn)的問題，在施工前發(fā)現(xiàn)問題，避免不必要的設(shè)計變更，提高管理決策水平，使建設(shè)單位投資能盡可能精準有效，工程質(zhì)量也能得到保障。

（2）設(shè)計校核階段

云山居項目地下工程設(shè)計校核階段一共包含綜合審查與易錯點檢查兩個類別，共計五個子類別及17項審查內(nèi)容，如表1。

表1 云山居項目設(shè)計校核內(nèi)容

裝配式建筑設(shè)計校核階段，在信息模型設(shè)計之后，可能出現(xiàn)多種類型的問題，云山居項目主要問題包含兩個土建與機電設(shè)備兩大方面其中項目土建部分經(jīng)過設(shè)計校核一共發(fā)現(xiàn)了18項綜合檢查類問題，機電設(shè)備存在12項易錯點檢查類問題。通過校核階段的檢查，我們可以將裝配式建筑常見問題歸納總結(jié)為以下幾類：

1 ）預(yù)制構(gòu)件碰撞或連接問題。預(yù)制構(gòu)件設(shè)計完成之后，在組裝拼接過程中可能會出現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)沖突碰撞的問題，例如B1層1-H軸網(wǎng)上預(yù)制梁與14,15,24號現(xiàn)澆柱對預(yù)制梁高度未標明，梁板未搭接，這種問題特別容易發(fā)生在拐角、標高變化部位，設(shè)計人員由于工作量比較大，導(dǎo)致設(shè)計缺陷。如圖4所示，門廳的左側(cè)梁未注明升高，梁板不搭接，在圖中可以明顯看出，預(yù)制梁深入現(xiàn)澆柱結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并且高度尺寸未標注，施工時，容易產(chǎn)生延誤，工程量統(tǒng)計時，深入現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)部分也會被重復(fù)統(tǒng)計，造成工程量誤差，對預(yù)算不利。

圖4 B1層1-H軸網(wǎng)上預(yù)制梁與14，15，24號現(xiàn)澆柱碰撞位置簡圖

2 ）留洞類問題。設(shè)計過程中，模型與圖紙表達不一致，產(chǎn)生設(shè)計信息缺失，導(dǎo)致圖紙與實際情況不符，這種問題通常出現(xiàn)在設(shè)計人員對規(guī)范標準理解不透的時候，信息缺失導(dǎo)致設(shè)計缺陷，例如圖5，1-C與1-L軸網(wǎng)墻體與1-B軸網(wǎng)與1-D軸網(wǎng)處56號預(yù)制柱形成封閉空間，該空間無門洞連通，形成建筑死角，經(jīng)設(shè)計人員開展資料審查與比對，發(fā)現(xiàn)設(shè)計文件將此范圍標注為非人防區(qū)域，未注明板厚，且此區(qū)域梁無尺寸標注，實際情況是地下部分為地下人防電站，應(yīng)表示為人防設(shè)施，同時要設(shè)置門洞，方便后期電站維修。

圖5 1-C與1-L軸網(wǎng)墻體與1-B軸網(wǎng)與1-D軸網(wǎng)處56號預(yù)制柱封閉空間示意圖

3 ）凈高不足的問題。土建部分與機電設(shè)備部分協(xié)同中，存在大量錯綜復(fù)雜的機電設(shè)備管路，通風管，排水管，輸電線路管道，因在垂直上下范圍上疊加，同事地下人防工程因標準需要要滿足國標要求，在布置過程中，容易產(chǎn)生問題。如圖6所示，1/D-78號預(yù)制柱軸交1-D軸交匯處，層高3600mm，梁900mm，風管厚320mm，梁下50mm安裝，風管底面距建筑面2300mm，不滿足2400凈高要求。經(jīng)設(shè)計校核之后發(fā)現(xiàn)，人防梁無法修改，局部凈高只能做到2200mm，因此，在后期運維過程中，此位置不宜設(shè)置車位或放置超高設(shè)備。

圖6 1/D-78號預(yù)制柱軸與1-D軸交匯處凈高示意圖

（3）深化設(shè)計階段

本項目中，建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計部分在設(shè)計校核階段能夠解決后續(xù)施工中的絕大多數(shù)問題，但機電設(shè)備部分的問題在校核之后還有著管道優(yōu)化設(shè)計這一問題。機電設(shè)備管道線路的排布位置十分關(guān)鍵，如果無法精準定位管線的固定位置，那么精度不夠，就會影響到工程的整體質(zhì)量，導(dǎo)致工程質(zhì)量不合格，出現(xiàn)二次返工[4]。云山居項目作為裝配式建筑中，其機電管道施工方法和傳統(tǒng)的澆筑施工方法在應(yīng)用過程中有一定相似性，但也存在差異，其深化設(shè)計主要表現(xiàn)在為管道綜合設(shè)計與凈高配合設(shè)計上。本項目大面積層高3600mm，大部分梁高800mm，梁下凈高2800mm，風管厚320mm貼梁底安裝，風管底2480mm，預(yù)留80mm安裝噴頭及支架，管底2400mm，橋架、給水管、消防管與風管一層敷設(shè)，在梁窩內(nèi)上翻，滿足車道2400mm凈高要求，如圖7所示。

圖7 云山居地下工程立面結(jié)構(gòu)示意圖

在裝配式建筑中，機電設(shè)備安裝環(huán)節(jié)包含了設(shè)備的主體部分安裝、線路分布和設(shè)計等[5]。本項目滿足2400mm凈高要求從實際角度出發(fā)是為了方便后期車位車道的設(shè)置，從實際出發(fā)，對管道設(shè)計走線進行優(yōu)化，如圖8所示。地下工程7#樓地下門廳附近頂部管線在深化設(shè)計之前，通風管，排水管，電線管路等上下堆疊，影響到管線下方2400mm凈高要求，我們通過改線的方式，將排水管，電線管路移動至預(yù)支結(jié)構(gòu)梁平行位置，不僅能為通風管騰出垂直空間，同時，也不影響其他管線的輸送排放，一般管線深化設(shè)計時需要對線路全局把握清楚，同時對地下工程各結(jié)構(gòu)段大底板標高分布圖要有清晰認識，統(tǒng)籌考慮之后，完成優(yōu)化。

圖8 7#樓地下門廳綜合管線優(yōu)化前后對比圖

5 結(jié)論

當前，BIM技術(shù)在裝配式建筑上的使用領(lǐng)域在我國不斷擴大，并且已經(jīng)取得了比較明顯的成效，使建筑建造更加高效、綠色。本文通過對云山居項目裝配式建筑地下工程的設(shè)計過程開展研究，發(fā)現(xiàn)BIM技術(shù)能為全方位了解后續(xù)施工過程可能面對的問題，做到事前預(yù)防，把信息化設(shè)計與現(xiàn)實施工相結(jié)合，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最優(yōu)解，為提高建筑工業(yè)化，標準化及信息化生產(chǎn)起到良好的促進作用。