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隨著建筑業信息技術的發展,建筑信息模型(BIM)的相關研究和應用也取得了突破性進展。BIM是一種革命性的技術,它能夠在建筑全生命周期中利用協調一致的信息,對建筑物進行分析、模擬、可視化、統計、計算等工作,從而幫助用戶提高效率、降低成本,并減少對環境的影響。住宅產業化在國內也是一個新興的、并被國家大力推廣的課題。住宅產業化采用工業化的生產方式促進住宅生產現代化,旨在提升住宅建筑的生產手段,提高住宅建筑的品質,降低建造過程的成本,節省能源并減少排放。我們可以發現,BIM技術與住宅產業化的目標在很多方面是相同的,BIM技術的特點以及如何在住宅產業化的過程中應用好BIM技術,是本文討論的主要內容。
BIM在上海城建預制裝配式住宅產業化中的應用實踐BIM在住宅產業化中的應用可以貫穿預制裝配式住宅的設計、深化設計、構件生產、構件物流運輸、現場施工以及物業管理等建筑的全生命周期(圖1)。考慮到技術以及實施難度等因素,上海城建首先將BIM技術應用于設計、深化設計以及PC住宅建造相關的生產過程管理應用。
BIM在PC住宅設計、深化設計中的應用
在設計階段,可以利用BIM進行建筑設計、結構設計以及設備設計,同時利用BIM模型可以進行建筑物的性能分析,如:日照性能分析,采光性能分析,能耗性能分析,結構性能分析等。深化設計階段是產業化住宅生產中的非常重要的環節,由于預制件是在工廠生產然后運輸到現場進行安裝,預制件設計和生產的精確度就決定了現場安裝的準確度,所以要進行預制構件設計的“深化”工作,其目的是為了保證每個構件到現場都能準確的安裝,不發生錯漏碰缺。但是,一棟普通PC住宅的預制構件往往有數千個,要保證每個預制構件到現場拼裝不發生問題,靠人工進行校對和篩查顯然是不可能的,但BIM可以很好的擔負這個責任,利用BIM模型(圖2),我們可以把可能發生在現場的沖突與碰撞在BIM模型中進行事先消除,深化設計人員在用BIM軟件對建筑模型進行碰撞檢測,這種檢測不僅可以發現構件之間是否存在干涉和碰撞,還可以檢測構件的預埋鋼筋之間是否沖突和碰撞,根據碰撞檢測的結果,可以調整和修改構件的設計并完成深化設計圖紙。(見圖2)
基于BIM技術貫穿PC深化設計、生產、建造環節的管理系統的建立除了在設計、深化設計階段應用BIM技術手段解決傳統的二維設計不擅長解決或者不能解決的問題以外,將BIM應用于工程建設管理也是BIM應用的重點,通過構建基于BIM的多方參與的工程建設管理集成平臺,使參與項目的不同組織(如業主、設計、制造、施工等)能夠同時加入到工程項目管理中來,通過BIM進行信息的溝通;相信在不久的將來,利用BIM進行項目管理將開創工程項目管理革新的新紀元。上海城建目前完成了基于BIM技術貫穿PC深化設計、生產和建造環節的管理平臺的建設工作,通過這個信息管理系統平臺,動態掌控PC住宅構件預制生產進度,倉儲、物流情況以及現場施工進度。該管理平臺(圖3)集成了一個中心數據庫和四大子系統:即PC工程的BIM模型中心數據庫以及深化設計子系統、PC構件生產階段管理子系統、現場施工管理子系統、工程遠程監控子系統。(見圖3)
PC工程的BIM模型中心數據庫用于存放具體PC工程的全生命周期BIM模型數據;深化設計子系統將構件深化設計的所有相關數據傳輸到中心數據庫中;PC構件生產階段管理子系統(圖4)從中心數據庫讀取構件深化設計的相關數據以及用于構件生產的基礎信息,同時,將每個預制構件的生產過程信息、質量檢測信息返回記錄中心數據庫中;現場施工管理子系統(圖5)通過讀取中心數據庫的數據,可以了解本工程構件的生產進度情況以及每個構件的具體信息(重量、安裝位置等),同時,將構件的安裝情況返回記錄在中心數據庫中;工程遠程監控子系統(圖6)通過讀取中心數據庫的相關信息,實現遠程動態顯示PC工程的建設進度。考慮到工程管理的需要,我們在每個預制構件中都安裝了RFID芯片,并為每個構件進行唯一編號,同時將芯片的信息寫入BIM模型,通過手持讀寫設備實現了PC住宅工程在構件制造、現場施工階段的數據采集和數據傳輸問題。通過基于BIM技術的貫穿PC深化設計、生產、建造環節管理系統平臺的構建,PC住宅產業化工程項目可以通過BIM平臺充分共享建造過程中的數據,工程項目的動態進展情況也可以通過BIM模型進行遠程的查詢,并以三維的形式進行展示,在很大程度上提高了工程管理的效率。(見圖4)
BIM技術在PC住宅產業化中應用的進一步拓展BIM技術在PC住宅產業化中的應用前景十分廣闊,根據進一步的應用需求,BIM技術在PC住宅產業化中的應用還可以在以下方面進行拓展和研究。
4D/5D仿真模擬BIM模型代表的是一座虛擬的建筑,通過這個虛擬建筑,可以把工程現場要解決的問題搬到實驗室,在計算機里面進行模擬和分析。4D是指在BIM的3D模型的基礎上增加時間的維度,通過對建筑物不同建造工序方案的仿真模擬,可以對施工工序的可操作性進行檢驗,同時可以分析和比較不同方案的優缺點,從而尋找到最佳圖4PC構件生產階段管理子系統方案。5D是指在4D模型的基礎上增加成本的維度,通過BIM5D模型可以實現精細化的預算和項目成本的可視化,通過對工程項目進行5D仿真模擬,可以動態的比較多個可能方案之間的成本差別,通過分析和優化,選擇成本最優的方案進行實施。
數字化制造
由于PC住宅采用工業化的方式進行生產,所以整個生產過程可以充分利用BIM模型實現數字化和自動化的制造。可以實現數字化制造的有:
1)模具設計自動化,BIM模型可以提供預制構件模具設計所需要的三維幾何數據以及相關輔助數據,可實現模具設計的自動化,如果結合預制構件的自動化生產線,還能實現拼模的自動化。
2)鋼筋加工自動化,利用BIM模型中的鋼筋數據模型輸出鋼筋加工數控機床的控制數據,實現鋼筋的自動裁剪和彎折加工,并利用軟件實現鋼筋用料的最優化。
3)構件檢測自動化,利用BIM模型中的尺寸數據并結合預制構件的自動化生產線,實現預制構件成品檢測的自動化。
4)施工現場自動定位放樣,基于BIM模型的空間信息以及全自動全站儀等設備,實現基于BIM模型數據的施工現場自動定位放樣。