用BIM技術的主要目的是解決因設計、施工、構件加工對接不足造成的能源、資源浪費。通過建立BIM技術的參數化構件族，深化施工模型的設計，利用三維施工模擬、提取構件工程信息等手段，將裝配式產業(yè)化工程從現場粗放的“土建工程”轉變?yōu)榧氈碌摹鞍惭b工程”，在建造過程中，體現其縮短工期、合理利用勞動力、提高工程質量、降低能耗和控制成本等優(yōu)勢。


本工程施工過程中，充分發(fā)揮了BIM參數化優(yōu)勢建立高精度符合模數要求的族模型，分析、測算構件指標含量，提供工程過程結算依據；將設計及施工意圖引入BIM應用，使施工更完美的地實現設計藍圖（如預設塔式起重機錨固點等），提高工程質量；利用BIM可視化的特點，充分論證裝配式構件安裝與現澆組合的施工方案施工；采用多種軟件綜合應用與自主研發(fā)軟件相結合的BIM軟件策略，輔助工程管理。


1、產業(yè)化施工的難點
1.1 預制構件精細化管理難度大

本工程涉及上百種裝配式構件型號且采用結構保溫一體化外墻技術，施工單位面臨著進場構件型號與數量難以提取、施工現場物資分配碼放難以控制、施工過程中構件指標含量難以統(tǒng)計等問題，不利于生產管理與成本控制。



1.2 設計與施工無縫對接難度大

在傳統(tǒng)設計中，只考慮結構選型及計算，較少思考涉及施工中可能出現的問題。本工程建造過程中，由于建筑物主體和大型機械設備發(fā)生支撐、錨固等關系，會導致構件修改、返廠、增加構造做法等情況，造成人力物力和時間的消耗，增加工程成本。

 

1.3 專業(yè)化施工能力培養(yǎng)難度大

目前施工單位對裝配式混凝土結構施工尚無經驗，專項施工技術能力不足。采用常規(guī)的技術交底，對施工及管理人員的培養(yǎng)效率較低，不利于工程質量的控制，也不利于建立專業(yè)化施工隊伍。

2、BIM技術解決方案

2.1 制訂符合本工程的BIM實施標準

依據《企業(yè)級BIM實施標準》在遵循企業(yè)標準的前提下，規(guī)定了本工程的BIM實施原則和目標、BIM應用范圍和軟件的選擇；規(guī)范了裝配式混凝土結構工程的BIM模型標準，如參數信息要求、建模注意事項及交付定制族的說明、構件庫和裝配式混凝土結構知識庫的使用說明等，形成了裝配式混凝土結構產業(yè)化工程設計-施工一體化工作流程。


2.2 建立參數化構件族

裝配式混凝土結構工程與常規(guī)現澆混凝土工程的BIM模型存在差異，主要體現為構件族的參數化建立。通過BIM模型，實現構件加工圖紙與構件模型雙向的參數化信息連接，包括圖紙編號、構件ID碼、物理數據、保溫層、鋼筋信息和外架體系預留孔等。



在創(chuàng)建構件族中，發(fā)現族文件在創(chuàng)建混凝土澆筑板時，由于混凝土板為實心板，因綁扎的鋼筋占用了空間（板內為空心板），會多出相當于鋼筋體積部分的混凝土量，導致板的混凝土用量增加。對此采用參數化族的方式，通過修改預留位的參數信息解決了混凝土、保溫材料等工程量的精確性問題。本工程共建立水平構件參數化族310個，垂直構件參數化族609個。


2.3 構件模型管理

采用BIM結合物聯網技術實現了通過信息管理系統(tǒng)查看模型資料，指導施工人員吊裝定位；實現構件參數屬性查詢，將竣工信息上傳到數據庫，做到施工質量記錄可追溯。


2.4 構件模型庫管理

通過建立BIM構件，搭建完成了CSI構件族庫管理系統(tǒng)平臺；并通過內網/ 外網環(huán)境，實現了快捷的項目管理和對族、組件、模塊的平臺化管理。

構件庫創(chuàng)新點包括：

（1）系統(tǒng)采用C/S 與B/S 混合結構，實現Revit嵌入式運用和web遠程使用；

（2）系統(tǒng)不僅支持Revit工具還可支持其他文件類型的BIM工具，實現多種軟件CSI構件在一個統(tǒng)一平臺集中管理；

（3）支持通過上傳新的自定義私有族文件，獲取在一定時間內下載公共族或下載一定量族文件的權限，實現族庫的自我更新。

企業(yè)內部BIM實施規(guī)范性族構件的統(tǒng)一管理和共享，加快了BIM建模的效率，有利于BIM 的實施推廣。族庫中定額信息的關聯和利用，提升了BIM數據對施工管理的價值。



2.5 構件模族資料管理

（1）PC端：通過CSI構件庫中的BIM模型將構件的試驗報告、進場外觀檢查和構件圖紙等信息相關聯，可更好地管理項目，提高施工質量、安全水平，把控施工進度。

（2）手機APP端：通過手機端將圖片、視頻、音頻、文字等信息發(fā)送至網頁端指定位置，方便項目部時刻查看并記錄施工進度、質量、安全情況；還可將上述信息與圖紙的相關位置關聯，更精準地把控項目，通過實時語音或視頻對話，快捷地展現施工現場問題，快速查出變更位置，為施工提供便利，也為后期的施工索賠及洽商變更提供依據。



2.6 構件可視化安裝模擬

2.6.1 建立高精度模型，表現各階段構件安裝

 分離每一個步驟的模型并加以組合，實現用模型反映構件安裝過程的不同階段。



2.6.2 通過施工過程模擬，論證施工方案

 現階段住宅產業(yè)化基礎數據缺乏，尚無有效的可指導施工的基礎數據（如機械設備的分配、場地物資的堆放承受能力等）。本工程建造階段，首先遇到一次運輸構件施工現場碼放不開；尋找指定安裝構件困難；二次搬運增加構件破損，損耗大量人力及時間等問題。通過BIM4D預測施工進度，結合構件廠產能與場地條件控制，可控制構件到貨量；通過BIM技術進行吊裝測算，調整構件的碼放順序和位置；通過BIM模型，依據塔式起重機工作半徑范圍，統(tǒng)計構件型號，模擬驗證構件碼放位置的合理性和吊裝順序，合理布置構件碼放區(qū)的放置順序（高層構件在下，底層構件在上）。



2.6.3 模擬構件及機械的空間關系制訂施工方案

 通過引入構件參數與人及機械設備、施工材料的關系，可提前發(fā)現問題；通過BIM 技術管理構件進場、堆放與搬運，分離每步驟模型并加以組合，用模型反映構件不同階段的安裝過程，模擬構件吊裝時與工人的空間關系，制訂吊裝方案。



2.6.4 構件可視化安裝模擬

 目前工人對構件拼裝順序和三維空間坐標準確性操作尚存在難度，主要表現在：構件的鋼筋與現澆部分的鋼筋穿筋節(jié)點不清；安裝垂直構件時，工人對垂直構件找平及找標高缺少數據支撐。

對構件拼裝順序和三維空間坐標準確性操作有難度的問題，在現場通過三維可視化模擬模板構件拼接，實現同類構件不同公差的安裝方案。通過質檢測量數據錄入BIM 模型，實現構件還原實際構件條件，用于指導選擇安裝方案，減少了返工率。



2.7 基于BIM 技術的裝配式混凝土結構三維技術交底

一般勞務隊伍對產業(yè)化施工要求了解不夠，技術水平不足，可通過借用BIM 技術模擬施工做法，采用三維演示向勞務交底，并形成知識庫。


2.8 構建構件質量跟蹤平臺

結合物聯網技術，質量跟蹤平臺在構件中設置RFID芯片。對構建不同周期的質量和運維情況進行實時跟蹤。

3、 應用BIM的主要效果

3.1 產業(yè)化建造工期可控，效率提高

本工程設計方案采用BIM技術建立標準構件庫，提升了設計單位、構件廠和施工企業(yè)的可視化協(xié)同能力，實現了將生產工藝集中在工業(yè)流水線上，現場以安裝構件為主的住宅產業(yè)化目標，避免了建筑材料浪費，可減少人力勞動，增加機械生產，提高生產效率，降低建造成本。



通過研究，實現設計階段對施工階段勞動力的綜合分析，在引用BIM技術對CSI住宅產業(yè)化虛擬三維模擬建造的過程中引入勞動力、物資和場地的概念，從而提高設計對施工的指導，減少勞務選擇風險及因設計不合理而造成的施工進度滯后等問題，可有效控制并縮短工期。



3.2 實現設計、施工一體化建造

本工程基于BIM的CSI設計主要特點是精度高，覆蓋設計、構件加工、現場施工等住宅產業(yè)化的關鍵環(huán)節(jié)，解決了以往住宅設計圖紙控制寬泛、對現場施工指導性差的問題。通過強化設計與施工的聯系，搭建基于BIM技術預制裝配式設計施工一體化協(xié)同平臺。該平臺根據設計階段完成的施工圖，搭建預制裝配式BIM模型，包括構件模板圖、預埋預留件圖，模型等級定為LOD400等級標準，并進行拆分模擬。根據設計階段的BIM成果，完成PC運輸、施工過程中各種工況的相關深化設計計算；通過結構計算確定脫模、存放時的吊裝和支撐位置。根據PC的BIM模型搭建及深化設計，生成完整的BIM信息模型，形成深化設計圖紙，用于指導后期生產和施工。



3.3 培養(yǎng)專業(yè)隊伍

目前施工企業(yè)對裝配式混凝土結構施工尚缺少經驗，對此現場依據工程特點和技術的難易程度選擇不同的技術交底形式，例如套筒灌漿、疊合板支撐、各種構件（外墻板、內墻板、疊合板、樓梯等）的吊裝等施工方案通過BIM技術三維直觀展示，模擬現場構件安裝過程和周邊環(huán)境。對勞務隊伍則采用三維技術交底，指導工人安裝。交底內容明確直觀，方便了施工現場對分包工程質量的控制。

本工程采用三維技術交底的方式，建立了產業(yè)化施工標準，擁有了產業(yè)化設計施工團隊，培養(yǎng)了專業(yè)化人才，提高了對工程質量的控制水平。



4、結束語

目前，裝配式混凝土結構住宅產業(yè)化工程已在我國逐步發(fā)展起來，建筑產業(yè)化可節(jié)省資源，推動技術創(chuàng)新，提高建筑品質，是建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。BIM技術的推廣有利于住宅產業(yè)化進程，也是實施住宅產業(yè)化的重要手段。

本工程通過引用BIM技術以構件族為核心使設計與施工良好銜接，強化了與構件廠及業(yè)主的溝通；通過BIM的參數化與可視化手段模擬各種未知情況，為快速決策提供了支撐；制定符合本項目特點的BIM標準是實施的必要保障；工程經驗、施工設備等信息必須與BIM模型信息相結合才能有效指導施工；BIM技術可有效記錄承載知識與經驗有助于后續(xù)工作。