倪子淵 景玉文 司麗媛
收稿日期:2023-11-14
作者簡介:倪子淵(1983—),男,山東威海人,本科,工程師,研究方向:建筑工程。
通訊作者:司麗媛(1984—),女,山東濟南人,本科,工程師,研究方向:建筑工程。
摘 要:以某裝配式住宅小區為例,從多個方面分析了BIM技術在裝配式建筑智能建造中的應用,并通過BIM技術平臺搜集和監測成本信息和進度信息,分析裝配式建筑中BIM技術的應用效果。研究結果表明:基于BIM模型的裝配式工業化和信息化施工,在很大程度上提高了工程安裝的機械化,減小了人力成本,達到了精細化與可視化的施工目的以及“實模一致”的施工效果。通過BIM技術減少的工程總費用達到472萬元,表明BIM技術在裝配式建筑的建造中有較大的應用價值,通過BIM智能建造技術能夠優化裝配式施工工藝,增大裝配率,減小工程成本,將工程項目的效益最大化。BIM技術不僅能夠降低工程成本,還能夠縮短施工工期,實現降本增效。
關鍵詞:裝配式建筑;BIM技術;智能建造;工程成本;施工工期
中圖分類號:TU17;TU741? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號:2096-6903(2024)03-0034-03
0引言
傳統的建筑方式因其低效率、高能耗、周期長等缺點已經無法滿足現代建筑的需求[1]。近年來,建筑建造時的人工成本逐漸增加,因此發展智能化、信息化的裝配式建筑成為建筑業的主要方向[2-3]。
基于BIM技術的裝配式建筑智能建造技術能夠提高建造效率、降低成本、減少資源浪費,為建筑業的轉型升級提供了新動力[4]。何夢瑤等[5]分析了綠色發展背景下裝配式建筑和BIM技術的結合對建筑持續可持續發展的影響。汪俊等[6]分析了裝配式建筑構件智能生產中BIM技術的應用效果,為裝配式建筑提供了方向。
本文以某裝配式住宅小區為例,從裝配式施工、裝配式構件制作和安裝方面,分析了BIM技術在裝配式建筑智能建造中的應用效果,為類似項目提供了指導和借鑒。
1工程概況
某裝配式住宅小區共有4棟居民樓(1~4#)和1棟商業樓(G1#),居民樓中15層高和28層高均有2棟,小區總建筑面積為52 082.93 m2,地下面積和地上面積分別為15 972.25 m2和36 131.68 m2,項目各建筑均為裝配式建筑,裝配率大于65%。
1~4#樓上部結構類型均為剪力墻結構,但1#樓基礎為筏板基礎+天然地基,800 mm為筏板厚度;2#樓基礎為筏板基礎+鉆孔灌注樁,900 mm為筏板厚度;3#樓基礎為筏板基礎+鉆孔灌注樁,1 150 mm為筏板厚度。G1#商業樓上部結構和地下室均屬于框架結構,基礎為獨立基礎。項目各建筑相關參數如表1所示。
2項目難點裝配式建筑智能建造中BIM技術的應用
2.1 BIM施工模型的優勢
裝配式建筑的主體建造、設備安裝和后期管理均是在不同階段、不同時間進行的,每部分工作要求細致且復雜。
以BIM模型為基礎進行設計構件、生產構件、運輸構件等全生命周期的精細化管理,可以實現施工過程中現金流、信息流、物資流的高效管理,將碎片化的管理進行整合。通過對BIM施工模型的可視化挖掘,能夠以最佳方式布置裝配式構件,并協調各專業關鍵點進度與施工安排。
BIM技術實現了裝配式建筑施工全流程的自動化管理,不同供應商生產的構件或設計各構件之間的協調,構件的追蹤登記、材料使用量的計算等信息全都以BIM模型為基礎統一管理。
基于BIM施工模型,通過碰撞檢測可在施工前發現潛在的問題,從而減少工人現場修補與調整時間并降低出錯率,實現裝配式建筑施工全流程的數字化、集成化與系統化管理,有效提升施工效率、安全、質量和管理水平,并且為后續的檢修、維護、改造、升級等提供了重要的前期數據支持。局部管線BIM模型深化示意圖如圖1所示。
為了高效管理和排布裝配式建筑的施工進度計劃,以BIM三維模型為基礎整合各施工階段的時間信息,輸出為動態的四維可視化模型。通過施工進度管理軟件建立施工任務、進度計劃表,其中包括各項工作的起始和結束時間,輸出為詳細的進度計劃文件,并保存為與BIM軟件接口相匹配的文件格式。將特殊格式文件輸入至BIM軟件中,與BIM模型相結合形成動態可視化四維模型。BIM三維模型中涵蓋了建筑中各構件的物理信息和尺寸信息,如墻體的厚度、材質、顏色等,所用模型結合進度計劃中的時間序列能夠真實、形象地反映出建筑的施工步驟和場景,具備強大的動畫演示功能。
2.2 基于BIM技術的構件制造
相比傳統的現澆法施工,預制裝配式混凝土建筑施工具有施工速度快、節能環保、質量保證、設計靈活性和成本效益高等優點。在裝配式建筑的設計建造過程中,構件的制作起到關鍵性的作用,但由于裝配式建筑構件尺寸較多、構件種類多樣,因此制作構件時信息的輸入和管理十分重要。
通過BIM技術,將建筑的各個部分拆解為形狀、大小均標準化的構件,如預制板、預制梁、窗、門等。在建立BIM模型時,需要建立完善獨屬于每個構件的信息ID,信息ID內包括構件的編號、尺寸信息、材質信息、位置信息等,通過這些信息,可以有效地管理和追蹤構件的生產、運輸和安裝過程。
在完成BIM模型后,可以將模型數據導入到生產設備中,進行構件的工業化生產。在這個過程中,可以借助信息化技術,如計算機等,實現從最初設計、工廠制作以及現場安裝的全過程信息化、智能化的管理。
2.3 結合BIM模型的構件裝配
裝配式建筑在施工時類似于搭積木,將提前在工廠制作好的構件運送到施工場地,并根據圖紙將各個構件連接牢固。通過BIM技術建立三維建筑模型,根據GIS地理信息系統以及無人機設備對施工現場中生產車間、材料存放倉庫、機械設備等位置進行規劃排布,結合施工進度時間序列,達到模擬4D施工生產的目的。它能夠支持較為生動直觀的動畫交底,實現裝配式建筑的數字化智能生產,達到提高管理質量、施工速度以及降低工程成本的目的。在實際施工開始之前,通過BIM模型的虛擬裝配,可以模擬實際施工過程,提前發現和解決裝配中的問題,提高現場裝配的效率和成功率。
對于該裝配式住宅小區,在施工時根據建立的BIM模型對工程量進行統計,對相關安裝工程進行模擬,并組建BIM綜合信息管理平臺,實現多專業、各階段的協同施工,集成整理大量多源異構數據,對構件的預制、現場的裝配、安裝以及驗收進行指導?;贐IM模型的裝配式工業化和信息化施工,在很大程度上提高了工程安裝的機械化,減少了人力成本,達到了精細化與可視化的施工目的以及“實模一致”的施工效果,為城市建筑智慧數字化建設提供示范。
3基于BIM技術的建筑智能建造效果分析
基于BIM技術的裝配式施工造價降低值如表2所示。從表2中能夠看出,通過BIM技術減少的工程總費用達到472萬元,其中在施工裝配式建筑時通過BIM技術控制裝配率時所減少的工程成本最高,為241萬元。通過BIM技術可視化對內外墻施工進行優化,所減少的工程費用為82萬元。配電間施工部分僅減少16萬元。由此能夠得出,BIM技術在裝配式建筑的建造中有較大的應用價值,通過BIM智能建造技術能夠優化裝配式施工工藝,增大裝配率,減小工程成本,將工程項目的效益最大化。
裝配式建筑施工進度分析結果如圖2所示。在圖2中,A、B、C曲線分別表示最早開工、最晚開工以及結合BIM技術得出的施工計劃曲線,項目總工期為720 d。從圖2中能夠看出,在整體上3條曲線均呈現為S形,項目施工速度呈現出初期緩慢,中期較快,后期緩慢收尾的趨勢。
在項目的前半個階段內,結合BIM技術的施工進度C曲線位于A、B兩曲線之間,表示該工程進度在工期進度要求之內。當在項目的后半個階段內時,C曲線超過了B曲線,這表示該曲線代表的完成工作量大于計劃工作量,即表示施工進度超前,通過BIM技術不僅能夠降低工程成本,還能夠縮短施工工期,實現降本增效。
4結束語
以某裝配式住宅小區為例,從裝配式施工、裝配式構件制作和安裝方面分析了BIM技術在裝配式建筑智能建造中的應用效果,主要得出以下3個結論。
第一,BIM三維模型中涵蓋了建筑中各構件的物理信息和尺寸信息,結合進度計劃中的時間序列能夠真實、形象地反映出建筑的施工步驟和場景,具備強大的動畫演示功能?;贐IM模型的裝配式工業化和信息化施工,在很大程度上提高了工程安裝的機械化,減小了人力成本,達到了精細化與可視化的施工目的以及“實模一致”的施工效果。
第二,通過BIM技術減少的工程總費用達到472萬元,其中通過BIM技術控制裝配率時所減少的工程成本最高,為241萬元。通過BIM技術可視化對內外墻施工進行優化所減少的工程費用為82萬元。
第三,結合BIM技術的施工進度C曲線超過了B曲線,這表示該曲線代表的完成工作量大于計劃工作量,即表示施工進度超前,通過BIM技術不僅能夠降低工程成本,還能夠縮短施工工期,實現降本增效。
參考文獻
[1] 孫玉芳,吳霞,何孟霖,等.基于BIM+物聯網技術的裝配式建筑全過程質量管理研究[J].建筑經濟,2021,42(5):58-61.
[2] 劉自昂,郭婧娟.基于BIM的裝配式建筑施工成本控制研究[J].建筑經濟,2022,43(3):40-46.
[3] 莊智嚴.BlM技術在建設工程施工管理應用研究[J].中國建設信息化,2022(13):56-57.
[4] 新磊,鞠東鵬,程榮國,等.基于BIM的醫院建筑智慧運維技術及應用[J].中國住宅設施2022(12):57-59.
[5] 何夢瑤,李偉麗,馮雨欣,等.綠色建造背景下BIM技術與裝配式建筑融合研究[J].科技創新與應用,2023,13(13):181-184.
[6] 汪俊,陳艷顏.基于BIM的裝配式構件生產與智能化管理應用[J].廣東建材,2023,39(11):146-150.