BIM技术在预制装配式保障性住房项目中的应用与效益分析——以上海某保障性住房项目为例.pdf

63PROJECTMANAGEMENT楚探讨与交流建设BIM技术在预制装配式保障性住房项目中的应用与效益分析以上海某保障性住房项目为例杨路遥（上海建科工程咨询有限公司，上海200032)摘要：保障性住房是一项重要的民生工程，随着城市化进程的加快，保障性住房的需求日益增长，如何提高保障性住房的建设质量和效率，降低建设成本和环境影响，成为函待解决的问题。预制装配式建筑具有施工速度快、质量高、节能环保等优点，非常适用于保障性住房的建设。BIM技术作为一种基于三维模型的数字化设计和管理技术，可以实现项目的全生命周期管理，提高设计、施工等各个阶段的协同效率和质量控制能力。将BIM技术引入预制装配式建筑中，可以有效地解决预制构件的设计、生产、运输、安装等方面的问题，实现工业化、数字化、绿色化的建造目标。以上海某预制装配式保障性住房项目为例，探讨BIM技术在项目实际运用中的应用、方法和效果。关键词：BIM；预制装配式；装配式住宅；保障性住房；综合效益中图分类号：F407.9文献标识码：B文章编号：10 0 7-4 10 4（2 0 2 3）0 7-0 0 6 3-0 50引言在“生态文明建设”理念的指引下，国家大力加快完善以公租房、保障性租赁住房和共有产权住房为主体的住房保障体系，而现代预制装配式建筑以其安全高效、节能环保、质量稳定、建设周期短等特点，日益成为保障性住房建设的主流。BIM技术作为建筑信息化中的一种新兴技术，得到了广泛的认同，拥有广阔的应用空间，引起了建筑专家和业内人士的关注。国家和地方近年陆续发文，大力推进BIM技术在预制装配式保障房建设中的使用，以提高建筑工程质量，节省建设成本，推动项目全过程的协调发展。随着城市化进程的加快，我国许多城市近年来加快了各类保障性住房建设步伐。进一步探索BIM技术的发展与应用，尤其是如何更好地适应保障性住房项目特点，仍需在建筑实践和技术理论等方面予以重点关注，及时总结经验，认真剖析案例，促使其日臻完善，扩大推广应用，为城市发展作出新的贡献。目前，国内针对BIM技术和预制装配式保障性住房的研究主要集中在对BIM技术在预制装配式建筑施工中使用的研究，如郑庆标 、王思程 2 等的研究聚焦BIM技术在预制装配式建筑施工中的应用；还有对BIM技术在装配式建筑质量安全管理的研究，如何西泉 3、吕正良 4 等关注如何运用BIM技术辅助项目全过程中的管控及质量安全的管理，陈玲燕 5研究基于BIM的预制装配式智慧建造的可持续发展。本文以上海某预制装配式保障性住房项目（以下简称“本项目”）为例，以BIM技术在预制装配式保障性住房项目全生命周期中的典型运用，分析研究BIM技术实施的综合效益，希望能够为后续类似项目提供宝贵的经验和参考。1项目基本情况与主要BIM技术应用1.1工程基本情况本项目位于上海市嘉定区，总建筑面积159 132.51m，其中地上计容建筑面积117 30 7.2 5m、不计容建筑面积4120.12m，地下建筑面积37 7 0 5.14 m。建筑全部采用装配式，建筑单体预制率4 0%。整个项目由12 栋单体组成，其中高层11幢，层数在18 2 6 层之间。根据关于本市保障性住房项目实施建筑信息模型技术应用的通知（沪建建管 2 0 16 2 50 号）、关于印发本市保障性住房项目应用建筑信息模型技术实施要点的通知（沪建建64PROJECTMANAGEMENT建设探讨与交流管 2 0 16 112 4 号）及上海市建筑信息模型技术应用指南（2 0 17 版），本项目在建设实施中分为设计、施工准备、预制构件和施工实施4 个子阶段，共实施19 个BIM技术应用项。1.2技术主要应用1.2.1建立协同工作机制，提升管理效率保障性住宅项目单体建筑数量多、工期要求紧，涵盖多个专业，协调流程繁杂。BIM技术的实施能否取得成效，受到很多主客观条件的制约。为了保证项目顺利开展，制度保障方法是开发管理的必然选择之一。本项目将BIM实施规划方案和项目BIM实施细则作为项目BIM技术的指导性文件，规范BIM实施各参建单位的管理行为，克服流程不闭环等问题，真正做到管理规范化、管理标准化，实现项目实施以目标为导向、效率和细节相兼顾的效果。BIM协同工作机制及技术路线是BIM技术应用落地与否的重要保障。本项目建立了协同组织架构、协同职责、协同流程和协同平台4 个工作协同机制，并结合建设方项目管理流程，提前将BIM应用与项目管理流程进行融合，并制定了BIM协同管理工作流程。为了确保有效协同，本项目还引入了“协同环境这一数据交换概念。“协同环境”又称“通用数据环境（C o m m o n D a t a E n v i r o n m e n t，C D E），是国际上通行的概念，目标在于建立一个单一可信数据源，并要求项目各参建方按照统一的标准开展信息传递。这些标准包括构件和文件命名规则、建模标准、模型版本和更新管理等。基于通用数据环境的约定，各方在规范的流程中开展工作，消除信息余，确保项目中产生的信息的一致性并可追溯。1.2.2运用三维可视环境，优化设计质量BIM技术应用在设计阶段是各专业模型构建并进行优化设计的复杂过程，主要包括工艺、建筑、结构、给排水、暖通、电气等专业建模。通过冲突检查、管线布置综合分析、竖向净空优化等应用，完成从方案设计到初步设计、最终施工图设计出图的多次优化过程。BIM在设计阶段的主要作用是为各专业人员在沟通、讨论、协调、决策的过程中，建立和优化一个三维可视的环境，方便各专业的协同工作，也为后续深化设计、4 D模拟等提供模型工作依据。利用Sketch模型直观地对户型、建筑立面、机电系统、小区布局等进行方案比选，选定设计方案；利用BIM设计模型，进行多专业间的碰撞测试、管线综合布置，及时发现设计问题，完善设计图纸质量。由于地质环境限制及规划要求，本项目非人防区域结构部分区域无法满足设计净高，需结构调整梁上翻。在设计过程中，通过BIM模型，对地下室区域进行竖向净空优化控制，合理地解决了车道、车位的净高问题。1.2.3搭建构件族库，精准辅助施工BIM技术的参数化、仿真性、信息完备性在预制装配式住宅中具有十分重要的作用，应当予以充分体现。预制装配式住宅的BIM技术应用，需要对实际工程中所需要的各种构件建立族库，对构件拆分和合理组合进行分析、对比、模拟，保证构件在工厂预制前把可能出现的问题提前发现并解决。为了有效做好预制构件深化设计工作，必须在构件拆分、构件族库建立、施工安装模拟上下功夫，认真分析构件加工安装的制约条件，以便于最大可能减少预制构件在施工现场的二次加工。按图纸合理拆分构件，按编号、位置建立预制构件族库，并将创建的构件形成标准层结构整合模型，分析拆分是否合理，匹配后期吊装顺序；对预制构件的节点进行进一步深化，同时整合现浇结构及机电预埋、吊钩等，检查是否存在碰撞，具体如图1图3所示。预制阳台板预制空调板预制隔墙叠合楼板预制填充墙预制剪力墙预制楼梯预制凸窗图1预制构件拆分65PROJECTMANAGEMENT楚理探讨与交流建设图2标准层预制与现浇结构整合模型图3预制构件深化预制装配式建筑有着模块化、预制化、工厂化的特性，因此预制构件的吊装顺序、工厂加工都极为重要。利用BIM技术形成预制深化构件模型导出的加工图纸，工厂可以快速、精准地进行构件生产；根据预制构件的物理特性及施工现场情况，提前进行预制构件安装顺序模拟，能有效避免在施工中出现重复吊装、构件支撑与施工人员的碰撞，构件与脚手架的碰撞等施工事故。1.2.4方案模拟先行，保障质量安全作为重要的民生工程，本项目通过BIM模型与各专项BIM应用的结合，实现不同阶段的工程产品质量的精确控制，强化对预制构件深化设计、预制生产、施工阶段衔接与交互过程的管控能力，减少返工，尽量避免进度延误和人、机、物料的浪费，提升项目工程品质。本项目利用BIM技术对施工方案开展模拟，如桩基、土方施工方案模拟；根据不同工况的施工道路、堆场摆放、安全通道设置等，对不同时期的场地布置进行深化。利用BIM模型、无人机航拍技术进行施工进度模拟，将月计划进度和实际进度作出对比，找出影响计划的原因，及时调整施工进度；搭建安全模型，对临边洞口、脚手架等危险源实施甄别、评估，并对施工人员进行三维交底。2BBIM技术综合效益测算与分析本项目的BIM技术应用项众多，收益呈现多样化，主要体现在缩短工期、节约成本、提高质量、提升管理效率、提高安全性、盘活数据资产等方面。有些收益通过折算进行定量化估算，如折算出通过参数化设计减少幕墙等材料用量、通过碰撞检查解决碰撞问题等所节约的成本；通过三维可视化减少招标投标时间、通过三维协同设计缩短设计周期等，根据缩短工期的天数折算成相应收益；等等。有些收益则依靠定性描述，如提升管理效率、提高安全性、盘活数据资产等。根据以往同类项目的BIM技术使用经验，结合本项目BIM应用实际，最终采用定量和定性结合的方法，测算BIM技术应用预期产生的经济效益、社会效益和环境效益。2.1经济效益从建设方角度出发，一个项目的BIM技术应用的总投入通常比较明确，主要包括软硬件投入、BIM咨询费、设计方BIM应用费用、施工方BIM应用费用及其他费用。在本项目中，通过成本节约、工期缩短、避免质量安全损失等分项计算投资回报率（ReturnOnInvestment，R O l），能定量分析BIM应用的经济效益，详见表1。经过测算，本项目ROI约为2 7%。BIM应用主要经济收益估算如下。(1）缩短工期方面。采用BIM技术对预制构件安装作了模拟和交底，同时，项目主体结构施工期间运用BIM技术每月对项目计划进度和实际进度开展比对，并提交BIM进度对比报告，有效提高了装配式建筑施工效率，项目单层完成时间从7 d/层提高到6 d/层甚至5d/层，总计缩短工期约2 0 d，预估工期每缩短1d节省项目财务费用5万元，小计约10 0 万元；通过桩基和基坑专项方案模拟，提前优化桩基和基坑开挖顺序，节约工期5d，预估工期每缩短1d节省项目财务费用5万元，小计约2 5万元，共计约12 5万元。（2）节约成本方面。通过地下室上翻梁高度优化，50mm上翻梁基本消除，10 0 mm上翻梁绝大部分已消除，剩余部分集中在个别断面，为基坑施工期间栈桥搭建和机械进出提供了有效场地约7 0 0 0 m，材料设备周转成本按9 0 0 0 元/次、小计10 次估算，节约材料设备场地周转成本约9 万元；通过地下室机电管线深化设计，发现并提前整改机电预留预埋问题4 0 处，每处整改按1万元估算，减少工程变更费约4 0 万元；通过施工正向深化和预制构件正向深化，共出深化图纸16 0 张，每张按0.2 5万元估算，减少人工成本4 0 万元，共计8 9 万元。66楚理PROJECTMANAGEMENT建设探讨与交流表1投资回报率参数估算表序号分类分项估算方法1软硬件投入购买软硬件费用2BIM咨询费BIM咨询合同额3投入设计方BIM应用费用设计合同中BIM部分合同额4施工方BIM应用费用施工合同中BIM部分合同额5其他投入其他可量化的BIM投入6通过三维协同设计缩短设计周期天数运营后平均每天收益7通过三维可视化减少招标投标天数运营后平均每天收益8缩短工期通过工程量自动统计缩短造价估算天数运营后平均每天收益9通过BIM减少工程变更缩短工期天数X运营后平均每天收益10其他通过BIM缩短工期天数X运营后平均每天收益11通过参数化设计减少幕墙等材料用量材料单价12收益通过管线综合优化管线布置减少工程变更量管线单价13节约成本通过钢结构深化设计减少钢材用量钢材单价14通过BIM应用节约运营成本15其他通过BIM节约成本16通过碰撞检查解决碰撞问题减少工程变更费用总和17提高质量通过机电深化设计减少现场工程变更费用总和18其他通过BIM提高质量减少工程变更费用总和(3）提高质量方面。通过碰撞分析，发现建筑与结构冲突4 1处，每处节省工程变更费用按1万元估算，小计4 1万元；发现机电与土建冲突6 2 处，每处节省工程变更费用按0.5万元估算，小计31万