郭廣厚（中鐵十二局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030024）

裝配式建筑是由傳統(tǒng)的建筑方式演變而來的一種新型建筑形式，主要包括預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等。裝配式建筑按照結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求來分類主要有：裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)、裝配式木結(jié)構(gòu)等。裝配式建筑從施工方式上分為工廠預(yù)制組裝和現(xiàn)場拼裝，構(gòu)件預(yù)制裝配率可以達(dá)到70%左右[1]。本文主要開展對裝配式建筑工程項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段和施工階段的管理方法應(yīng)用研究。

1 裝配式建筑概況

某裝配式建筑總面積56000m2，包括22000m2的地上面積和35000m2的地下面積。項(xiàng)目1#樓、4#樓、1#樓裙樓、2#樓裙樓為裝配式建筑，總建筑面積25638.32m2，預(yù)制結(jié)構(gòu)包括：預(yù)制填充墻、預(yù)制剪力墻、預(yù)制框架柱、預(yù)制樓梯、預(yù)制空調(diào)板、預(yù)制陽臺板等。

2 基于BIM與物聯(lián)網(wǎng)的裝配式建筑設(shè)計(jì)管理

2.1 基于BIM的裝配式建筑協(xié)同設(shè)計(jì)管理

各個(gè)部門的設(shè)計(jì)工作可以提前進(jìn)入管理節(jié)點(diǎn)，以建立一個(gè)以中心文檔為基礎(chǔ)的中介平臺，可以在此平臺上隨時(shí)提出設(shè)計(jì)內(nèi)容和建議[2]。設(shè)計(jì)工作是并行的，可以加強(qiáng)各個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)之間的聯(lián)系，并且可以在設(shè)計(jì)過程中對問題進(jìn)行及時(shí)反饋，從而有效地防止傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程中由于信息不暢通所導(dǎo)致的返工現(xiàn)象[3]。BIM技術(shù)是指將BIM應(yīng)用到建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等領(lǐng)域，在一個(gè)平臺上進(jìn)行建模，以達(dá)到協(xié)同設(shè)計(jì)的目的。利用其仿真功能，對模型進(jìn)行碰撞檢驗(yàn)，及早發(fā)現(xiàn)不合理的設(shè)計(jì)問題并加以修正，以滿足零件的生產(chǎn)和現(xiàn)場組裝要求[4]，為工程前期的優(yōu)化、調(diào)整提供了依據(jù)，為工程設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。BIM技術(shù)從平面設(shè)計(jì)向三維空間的過渡，使各個(gè)工作單位從單一的設(shè)計(jì)工作向多個(gè)部門進(jìn)行協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)了由分布設(shè)計(jì)向以同一個(gè)模型為基礎(chǔ)的全流程整體設(shè)計(jì)過渡。在BIM的基礎(chǔ)上，可以快速地進(jìn)行模型的更新和修正，并根據(jù)參數(shù)的變化來改變模型[5]。這樣，就可以在構(gòu)件安裝之前，盡可能地對構(gòu)件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、現(xiàn)場組裝進(jìn)行有效協(xié)調(diào)，確保工程進(jìn)度、成本、質(zhì)量的順利進(jìn)行。圖1為基于BIM的協(xié)同設(shè)計(jì)管理流程。

圖1 基于BIM的協(xié)同設(shè)計(jì)管理流程

2.2 設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

在基于BIM的裝配式建筑協(xié)同設(shè)計(jì)過程中，在深入設(shè)計(jì)階段，必須對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，使產(chǎn)品的制造、運(yùn)輸、組裝等各方面都達(dá)到最優(yōu)[6]。在考慮到制造、運(yùn)輸、組裝三方參與的限制因素和工藝要求后，設(shè)計(jì)方在外觀尺寸、預(yù)留預(yù)埋、節(jié)點(diǎn)連接、空間碰撞等方面進(jìn)行了優(yōu)化。參與方根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中的構(gòu)件種類及各自的局限性，對裝配構(gòu)件進(jìn)行分析，確定是否符合組裝周期和時(shí)間要求。根據(jù)設(shè)計(jì)單位所提供的零件尺寸，制造商可以根據(jù)模具臺的大小、倉庫的規(guī)模、倉庫的周轉(zhuǎn)情況來判斷零件的性能，如果不能滿足制造商的要求，可以申請修改并提出修改意見[7]。運(yùn)輸方可以根據(jù)公路的限制高度和寬度來確定組裝構(gòu)件的運(yùn)輸能力，如果運(yùn)輸方發(fā)現(xiàn)無法滿足運(yùn)輸要求的話，可以向運(yùn)輸單位提出修改建議。裝配施工單位從場地面積、場地周轉(zhuǎn)、場地布局等方面分析組裝構(gòu)件是否符合裝配施工的限制要求，如不符合裝配施工要求，可申請修改并提出修改意見[8]。設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)構(gòu)件尺寸時(shí)，應(yīng)充分考慮到各參與方對構(gòu)件尺寸的影響，限制構(gòu)件的大小，以盡量不給施工單位帶來困難，不影響工作效率，同時(shí)也能最大限度地優(yōu)化尺寸，避免生產(chǎn)、堆放、運(yùn)輸和吊裝過程中出現(xiàn)問題。在構(gòu)件設(shè)計(jì)中，必須對構(gòu)件進(jìn)行仿真分析，并對構(gòu)件的承載能力進(jìn)行分析。為防止因部件重量與起重裝置不相配而造成的機(jī)械組裝問題，以及組裝時(shí)由于裝配部件自身重量過大而造成的內(nèi)部變形損壞等問題，必須事先考慮起吊裝置的吊裝半徑與構(gòu)件自身重量之間的關(guān)系，從而確定裝配式構(gòu)件的組裝方案。

3 基于BIM與物聯(lián)網(wǎng)的裝配式建筑施工管理

3.1 基于BIM與物聯(lián)網(wǎng)的建筑施工信息采集

在收集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，依據(jù)5W1H原理，對不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合工程建設(shè)的實(shí)際情況，結(jié)合工程建設(shè)的不同階段，對RFID標(biāo)簽和讀取設(shè)備的選用進(jìn)行研究。RFID標(biāo)簽有低頻、高頻、超高頻三種類型，針對低頻標(biāo)簽讀取距離太短的問題，將高頻、超高頻兩套芯片分別嵌入無鋼筋籠混凝土試件和有鋼筋籠混凝土中，進(jìn)行了兩組芯片的讀寫性能測試。RFID閱讀器的選用，可以在移動閱讀器、門讀卡器、固定式讀卡器中選擇適合的讀取器，以及與采集信息的方式相匹配的位置，以便于RFID和WLAN等技術(shù)的數(shù)據(jù)傳送。下面列出了按不同階段獲得信息的方法，施工企業(yè)可以實(shí)時(shí)獲得組裝部件的進(jìn)入狀態(tài)，從而制定出一套合理的組裝方案。裝配工人在工地入口位置設(shè)置了一個(gè)門型讀卡器，在進(jìn)入工地的時(shí)候，系統(tǒng)就會自動讀取到該設(shè)備的信息，并根據(jù)該設(shè)備的實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。裝配件在搬運(yùn)到現(xiàn)場后，其工作過程中需要安裝的各部分和各階段所需要的設(shè)備也是不一樣的。比如，將RFID讀取裝置和GPS接收裝置安裝在諸如門吊和輪吊之類的裝載裝置上，以獲取組裝部件的處理工藝信息。在倉庫內(nèi)安裝RFID讀卡機(jī)，可以在組裝部件到達(dá)倉庫后，讀取各個(gè)部件的存儲程序。按照不同讀卡機(jī)的讀出半徑，設(shè)計(jì)出讀卡機(jī)的安裝位置，以保證堆放現(xiàn)場無信號死角，如圖2所示。

圖2 構(gòu)件堆放讀卡機(jī)布置示意圖

3.2 施工階段構(gòu)件管理

以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，以RFID數(shù)據(jù)庫為中介，構(gòu)建了基于BIM的裝配式施工進(jìn)度管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的信息主要來自設(shè)計(jì)階段所獲得的設(shè)計(jì)信息，并通過RFID技術(shù)實(shí)時(shí)獲取工程中的狀態(tài)信息，并結(jié)合項(xiàng)目進(jìn)度管理中的信息要求，建立了一個(gè)進(jìn)度管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對裝配式建筑構(gòu)件的實(shí)時(shí)、動態(tài)的進(jìn)度管理。構(gòu)件的基本資料以EXCEL格式儲存于其屬性資訊中。RFID讀取裝置是利用RFID標(biāo)簽，對處于裝配式建筑施工階段各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的構(gòu)件進(jìn)行狀態(tài)信息的采集，包括構(gòu)件狀態(tài)、相關(guān)管理人員、工作進(jìn)展等，并將采集到的信息通過RFID數(shù)據(jù)庫和BIM數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。裝配式構(gòu)件進(jìn)度管理系統(tǒng)的核心是對所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和分析。BIM與RFID技術(shù)結(jié)合，獲得了裝配構(gòu)件的規(guī)劃和實(shí)際情況，通過設(shè)定查詢條件，對各構(gòu)件的實(shí)時(shí)狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將其與實(shí)際情況進(jìn)行比較，根據(jù)其自身的管理需求，對其進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以此實(shí)現(xiàn)施工管理。

4 應(yīng)用分析

通過將上述管理方法應(yīng)用到該裝配式建筑項(xiàng)目中，由參與方對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，并按照模式進(jìn)行協(xié)調(diào)。采用BIM技術(shù)，構(gòu)建出包括鋼筋、線盒、管線、孔洞和各類預(yù)制件的高精度組裝模型。在設(shè)計(jì)方提出方案后，各施工單位都要參加設(shè)計(jì)的優(yōu)化，并依據(jù)BIM信息模型中的構(gòu)件類型、尺寸、重量等信息，結(jié)合各自的實(shí)際情況，給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。制造商分析了組裝部件的大小和重量，以及部件工廠的制造模具和吊裝設(shè)備的吊裝能力，并利用BIM協(xié)同平臺將自己的限制因素反饋到其他施工單位。根據(jù)以上程序，運(yùn)輸企業(yè)對運(yùn)輸路線的上限、寬度、質(zhì)量等因素的影響，以及運(yùn)輸工具與構(gòu)件的匹配程度等進(jìn)行了分析，并將限制因素反饋給其他施工單位。裝配施工單位對起重機(jī)和組裝部件的配重進(jìn)行分析，并將自己的限制因素反饋給其他參與單位。最后，綜合考慮各個(gè)參與方的制約因素，對BIM的建模進(jìn)行優(yōu)化，在運(yùn)輸車輛抵達(dá)工地后，相關(guān)負(fù)責(zé)人對進(jìn)入工地的構(gòu)件進(jìn)行檢查、入庫，并對其到達(dá)工地的檢驗(yàn)和入庫進(jìn)行記錄。通過上述論述，實(shí)現(xiàn)對該裝配式建筑項(xiàng)目中構(gòu)件成本的動態(tài)管理，如圖3所示。

圖3裝配式建筑構(gòu)件成本動態(tài)管理

圖3 中，BCWS為預(yù)算成本，其公式為：

式中j代表計(jì)劃完成工作量；e代表預(yù)算價(jià)格。

BCWP為已完成工作的預(yù)算成本，其公式為：

式中k代表實(shí)際完成的工作量。

ACWP為實(shí)際完成工作的實(shí)際成本，其公式為：

式中w代表實(shí)際價(jià)格。

通過對比分析，找出工程進(jìn)度和費(fèi)用的差異，并采取適當(dāng)?shù)募m正措施，以達(dá)到有效的成本控制。新管理方法的應(yīng)用在施工結(jié)束后取得了一定成效，對應(yīng)用的效益點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如表1所示。

表1中四個(gè)方面新的管理方法均表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用效果，共計(jì)為企業(yè)帶來的效益達(dá)到32.14萬元。

表1 新管理方法應(yīng)用效益統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語

（1）在工程中運(yùn)用了設(shè)計(jì)和施工管理的方法，使裝配式建筑的設(shè)計(jì)和施工單位在規(guī)劃協(xié)調(diào)、構(gòu)件進(jìn)度、質(zhì)量、成本管理上實(shí)現(xiàn)了協(xié)調(diào)發(fā)展。本文從工程實(shí)施的收益和費(fèi)用、實(shí)施過程中遇到的問題等方面進(jìn)行了分析，建立了一個(gè)信息共享體系。

（2）結(jié)合具體數(shù)據(jù)得出，新的管理方法若能夠?qū)崿F(xiàn)合理運(yùn)用，則能夠通過具體項(xiàng)目為企業(yè)帶來超過30萬元的效益，同時(shí)又能夠保證裝配式建筑的施工質(zhì)量和施工工期，具備極高的綜合利用價(jià)值。