建筑密集区BIM协同PC构件施工技术研究_伏斌.pdf

40建筑科技2023 年 第 3 期建筑工业化Building Industrializayion建筑密集区BIM协同PC构件施工技术研究Research on BIM Collaborative PC Component Construction Technology in Dense Building Area伏斌（上海建工集团股份有限公司,上海 200080）摘要：在建筑密集区开展装配化施工必然面临项目周边环境复杂、预留施工空间狭小的难题,以上海市某城区公寓住宅项目的装配化施工为例,探讨了在装配化建筑施工全过程通过 BIM 技术解决施工难题的具体实践方法,提出了以 EBIM 平台为主导的协同管理体系。研究表明：利用BIM 技术指导预制构件的装配化施工具有可行性,BIM 协同管理系统能有效地提高项目施工组织设计的效率。关键词：建筑密集区;BIM;PC 构件;装配化施工中图分类号：TU17;TU758.11 文献标识码：A 文章编号：2096-3815（2023）03-0040-030引 言在国家高质量发展总体趋势的推动下,绿色建筑在建设工程领域引起广泛关注。作为绿色建筑的主要实践方式之一,装配式建筑在大型城市建设中被不断应用,但在建筑密集的城区开展装配式施工所面临的项目周边环境复杂、建筑场地空间狭小以及施工组织繁琐等问题逐渐显现,严重阻碍了该施工技术的推广实践。目前,城市建筑密集区的施工问题仅在基坑工程1、隧道工程2和城市轨道工程3领域受到重视,在房屋建设工程领域则受到较少关注。本项目在密集城区开展装配式施工的过程中,发现如下难题：（1）混凝土预制件（以下简称“PC构件”）施工对于复杂施工环境的适应性较差,对现场管理水平的要求非常高;（2）PC构件现场需预留足够的堆场,未整体完成地下部分结构的项目周转场地十分有限;（3）PC构件的运输安装对施工组织策划的合理性与高效性提出了严格要求。鉴于BIM技术在建筑项目施工管理方面具有突出优势4,5,而装配化施工对项目管理具有高质量的要求6,本项目尝试将BIM技术引入建筑密集区的装配化施工管理。薛茹7等探讨了利用BIM技术辅助装配式建筑施工,郭建营8等介绍了以BIM技术为基础实现装配式建筑项目管理的实践经验。业界已有的研究成果验证了在建筑密集区域开展BIM协同装配式施工的可行性。在现有研究的基础上,可以通过BIM技术促进PC构件施工组织设计与管理的进一步优化。本文以上海市某公寓住宅项目的背景工程为例,以解决地下结构施工阶段面临的有限预留场地与预制构件所需堆叠空间之间的矛盾为目的,以及PC构件运输、堆放以及吊装的协同管理难题为技术目标,介绍如何在装配式建筑施工前与施工过程中引入BIM技术实现高效可行的施工组织设计,为今后同类项目的施工管理提供参考与借鉴。1工程概况本工程位于上海市闵行区莘庄工业区,占地面积为34 088.8 m2,计容建筑面积为74 825.8 m2。本工程主要建造对象为公寓住宅楼,由高层、多层租赁住房及地下车库建筑物构成,建筑结构形式包括装配整体式剪力墙、装配整体式框架和装配整体式框架剪力墙,并以抗震强度7度作为抗震设计,其建筑施工空间与项目周边环境均呈现出显著的“建筑密集、空间拥挤”特征。41建筑科技2023 年 第 3 期建筑工业化Building Industrializayion本工程地下结构覆盖率极高,部分地下室出零时PC构件现场堆放场地有限。同时项目场地临近河道、高压线以及交通主干道,复杂的项目周边环境对开展装配式施工提出了更为严苛的技术要求。本工程的19号公寓住宅楼采用装配式混凝土结构,包括6座高层、1座小高层和2座多层建筑,所采用的PC构件包括预制梁、预制柱、预制楼梯、预制墙体、预制阳台以及预制楼板等,装配化施工需要预先堆存的PC构件较多,这也进一步加剧了现场施工空间不足的问题。在本工程的实施过程中,地下空间施工、既有周边环境、PC构件堆场以及构件运输吊装都增加了在建筑密集区开展装配化施工的难度。因此需要引入BIM技术对现场施工进行模拟,并在此基础上深化施工组织方案,进而让各施工步骤有序开展。2建筑密集区装配化施工组织策划2.1PC构件装配前施工组织方案在PC构件施工前也即地下结构施工阶段,除基坑施工的相关问题外,如何在有限的场地内既保证地下结构施工有序开展又保障PC构件入场存放空间也是项目面临的关键问题。通过对施工环境的踏勘和基础施工方案的深化,本项目提出了“八阶段、十六区块”的施工总体布置。通过综合考虑场地剩余空间、车辆材料入场以及预制构件堆叠等相关因素,项目提出了东西侧两向开挖和垫层浇筑的施工模式,并且全面贯彻平行施工与流水施工相结合的理念,尽量避免施工工序相互影响。如设计方案提出待地下结构的顶板回填后,通过把临近塔吊周转半径内的地库顶板作为PC构件堆放场地的方式,在满足塔吊垂直吊装需求的同时充分利用建筑场地的可用空间,尽可能避免对其他施工作业产生干扰。2.2BIM协同管理体系为满足建筑密集区装配式施工复杂的施工管理需求,本项目拟定并实践了如图1所示的BIM协同管理系统。图1BIM协同管理系统根据图1,BIM协同管理系统依托EBIM平台,充分发挥BIM技术在建筑施工管理领域的透明化、精益化和普适性优势,为装配化施工设计出科学有效的施工组织方案。该系统将BIM技术运用到PC构件生产、运输、堆放及吊装调整的全过程,实现PC构件从预制到拼装的全过程追踪,将装配化施工过程推向数字化、智能化施工范畴。项目还将无线信息传输技术引入现场施工管理,通过信号接收器将构件和现场施工动态信息传递到EBIM平台,实时掌握项目施工的具体情况,并对真实施工所存在的不合理情况及时进行纠正,切实达成BIM协同项目施工管理的目标。除了对PC构件的生产安装做全过程追踪外,BIM技术还指导装配式建筑单体的现浇施工以及重复PC构件生产安装与现场浇筑的循环施工过程。某楼层装配化施工过程中的关键工序包括以下4个方面。（1）预制外墙板吊装。在模型中对预制外墙板吊装做模拟,利用QTZ250塔吊对堆放在塔吊运转半径内的预制外墙板进行吊装到楼顶就位,并对各预制外墙板进行就位调整。（2）现浇墙柱钢筋绑扎及支模。在模型中对钢筋绑扎和支模的过程进行三维建模,按照钢筋翻样交底顺序进行绑扎,以保证钢筋绑扎完毕以后保护层的准确性。（3）楼板底模施工及预制阳台、空调板吊装。首先对楼板底模进行模型创建,然后模拟预制阳台和预制空调板的吊装。同样使用QTZ250塔吊对堆放在塔吊运转半径内的预制构件进行吊装与就位调整。（4）楼板现场混凝土浇筑。在BIM模型中对楼板现浇过程进行建模,以确保真实施工能够控制楼板的平整度和厚度,减少因浇筑不平整造成的浪费。除PC构件吊装就位外,BIM模型还对需要现浇的墙柱和楼板进行施工过程模拟。通过对整个建筑单体施工过程的逐步模拟,能够有效地规避现场物料运输堆场、构件吊装施工、塔吊实时作业三者间的相互干扰,进而协调狭小施工空间中的装配化施工工序,从仿真建模的角度解决建筑密集区装配化施工空间有限的难题。2.3PC构件装配化施工组织方案在BIM协同管理体系的驱动下,本项目提出了如图4所示的PC构件装配化施工的总体流程。所拟定的装配化方案不仅涵盖PC构件从生产运输到吊装就位的具体流程,还通过循环调用PC构件标准化的装配过程实现循环施工,最后形成建筑单体的施工流程方案,如图2所示。在总体施工流程的基础上,考虑到本项目实施所面临的预制构件种类和单位体量大、图纸深化时间紧张等问题,对部分关键步骤采取了施工组织方案深化。本项目不仅在施工42建筑科技2023 年 第 3 期建筑工业化Building Industrializayion期间利用EBIM平台对PC构件实现全过程的追溯管理,还设立了负责监督关键施工步骤的专职管理体系,如项目部设有专职PC构件加工制作管理的岗位,并要求职员前往工厂对构建生产做实地考察监督。鉴于BIM模型信息粒度的有限性,对于一些关乎施工质量的细节必须通过制定详细的施工技术要求,才能对现场施工实践进行正向的指导作用。以预制外墙板施工为例,在此构件装配过程中将严格按照以下技术要求。图2PC构件装配化施工的总体流程（1）正式吊装前应开展试吊,即将构件吊起200300 mm后停止提升,对塔吊、吊具、索具检查无误后方可正式吊装。（2）预制外墙板吊装至安装位置,确保PC板上40 mm孔洞对准下层预留16 mm钢筋后再下降实现对接,并通过斜拉杆支撑系统实现就位调节。（3）预制外墙板的上口与下口应分别进行调节,以上口水平面控制为主。（4）外墙板调节标高时必须以上口的标高作为控制指标,其容许误差为2 mm,每层预制外墙板吊装完成后必须校核标高、轴线的偏差,确保偏差控制在允许的范围内。按照以上技术要求,现场对预制外墙板进行了标准化装配施工。通过明文规定的具体施工技术指标,现场施工人员能够准确把握尺度,这对于精益化施工和项目质量管理起到促进作用。3BIM协同PC构件装配施工的优势与建议利用BIM技术对PC构件生产施工全过程进行追踪,让项目管理人员可以从客户端预先掌握装配化施工的大致情况。此外,构件上的二维码与现场手持终端联合使用以获取PC构件的验收数据,并通过现场和项目部的信号接收器将原位信息传递到EBIM平台,让管理人员能够随时掌握PC构件安装后的实时状态。BIM协同管理系统将以更经济、更简化的方式实现装配化施工的组织与管理。依托BIM协同管理系统的透明化、精益化和普适性优势,本项目顺利克服了在建筑密集区开展PC构件装配化施工所面临的施工环境复杂与堆场空间不足的问题。PC构件的装配化施工在处理密集城区所面临的复杂建筑环境时灵活性稍显不足,而引入BIM技术后,可以将现场踏勘结果在平台中予以可视化呈现,然后再通过专家研究讨论以拟定应对措施,提高装配化施工方案的可行性与适用性。PC装配化施工强调工序的标准化与误差的可控化,但对于施工人员来说掌握每一处施工细节的技术准则是困难的,这对标准化施工步骤的推进造成极大的困扰。因此,本项目在BIM技术的支持下使关键施工步骤可视化,并且将BIM模型无法展示具体细节的施工要求以简明的施工技术指标进行陈列。透明化与指标化的施工指导教程让施工人员在作业时拥有清晰明确的参照,进而使施工项目精益化、标准化。BIM技术和装配式建筑已在国内外建设工程领域推行数年,虽已取得不少实践成果,但均未能达到技术预期目标。在BIM领域,现在面临的主要问题有信息粒度、建模细节水平与建模经济性难以平衡,难以实现基于模型的正向设计与施工,难以直接为施工项目带来经济效益等。在装配式建筑领域,由于建筑行业目前对预制构件的需求较小而难以发挥其“工厂化”的生产优势,并且PC构件标准化程度不够导致难以克服复杂的施工场景。BIM技术与装配式施工技术显然还不够完善,但作为施工技术的实践者,有责任也有义务在工程项目中积极探索这类新兴技术的实践方法。在今后的项目实践过程中,应勇于探寻先进建造技术的问题,从施工角度优化技术实践方法,让建设工程顺利向数字化与智能化转型升级。4结语以上海市某建筑密集区的装配化施工项目为例,探讨了如何在PC构件生产运输堆叠到吊装施工的全过程管理中引入BIM技术,提出了以EBIM平台为主导的协同管理系统。通过“八阶段、十六区块”的地下结构施工总体布局,同时发挥BIM技术在建筑施工管理领域的透明化、精益化和普适性优势,依托EBIM平台集成PC构件从生产运输到施工定位的全过程信息,为装配化施工设计出科学有效的施工组织方（下转第 49 页）49建筑科技2023 年 第 3 期建筑工业化Building Industrializayion5 结语本文研究了基于BIM技术的超高层钢结构内力监测与模拟系统,首次将BIM技术与钢结构内力监测相结合,通过三维模型展现监测结果,根据展现效果与项目运用情况得出以下结论。（1）BIM技术与钢结构内力监测相结合可以极大地提升管理或施工人员收集信息与做出相应措施的速度与准确性。（2）通过建立可视化模拟和内力监测系统,可以实现对超高层钢结构的实时监测和评估,