北京市大兴亦庄经济开发区X13R2地块分为1~5号公租房、1号车库及别墅区。其中公租房1~5号楼按住宅产业化设计, 产业化部分地上总面积80 400m²。本文示范工程施工范围:3~5号楼及1B号地下车库, 建筑面积约72 689m², 共计3栋住宅、1个地下车库, 住宅地下3层, 地上16层;车库地下2层 (见图1) 。3栋住宅楼主体结构均采用预制构件施工, 包括预制叠合板、预制楼梯、预制空调板、预制阳台板、预制外墙板及内墙板、预制女儿墙、PCF板, 加强层1~3层为墙体现浇、顶板叠合;预制层4~16层墙体采用预制构件与现浇节点相结合方式, 顶板叠合, 单体装配式混凝土预制率达到40%以上。

设计、生产、施工阶段各单位延续穿插工作是控制产业化项目工期、质量、成本的重点, 设计前期组织该项目各参与单位研讨编制协同工作需求方案, 根据该方案定制研发5D BIM+物联网平台进行协同管理, 目的是实现“JUST IN TIME”适时建造的信息集成、生产技术集成、流程集成在产业化项目管理方式方法的创新应用, 产业化项目资源整合优化, 提高项目质量, 提高项目管理效益。

该BIM+物联网平台是一个多阶段、多参与方的协同平台, 向规划设计单位、构件深化加工单位、施工建设单位等不同专业提供涵盖工程项目整个周期的各类信息, 并使这些信息具备联动、实时更新、动态可视化、共享、互查互检的特点。

现阶段BIM软件种类繁多, 且主流BIM建模软件大多为国外软件, 各种软件兼容协调没有统一标准, 且各种软件在设计、深化、施工阶段各专业的技术优势和软件成熟度也参差不齐, 建模阶段各专业模型间整合、各专业模型与平台软件信息无损读取调用是软件组合方案的重点研究目标。

BIM部门设计、生产、施工组以X13产业化项目设计图纸为基础, 针对各专业、各阶段对多款BIM软件进行建模功能测试、建模效率测试、模型兼容性测试, 最终确定一套适合产业化项目特点的BIM实施软件组合方案。以Autodesk Revit 2016为基本建模软件配合MAGICAD机电深化软件、广联达GFY结构钢筋建模软件、PM施工措施族建模软件、LUMION模型可视化展示软件的组合建模软件方案 (见图2) 。

BIM技术的提出和发展是基于现代信息技术, BIM协同平台要想在产业化项目全产业链中发挥作用, 前提是模型建造和模型信息的标准化, 因此建立BIM协调平台配套模型建造标准和模型交互标准是实现该平台应用的基础和前提保障。由设计单位、构件生产单位、施工建设单位根据产业化项目特点、BIM平台开发、物联网技术现状协同建立配套BIM平台建模和交互标准。

建模标准和交互标准通过对模型拆分原则、文件命名规则、项目机电的设置规则、轴网与标高定位规则、模型构件命名规则、构件对象属性规则、模型样板制定规则下的项目单位、材质信息样式、视图标题、构件编码等进行统一规定。通过建模标准和交互标准的制定实现如下目的。

1) BIM建模与BIM协同平台开发并行, 在平台开发过程中进行阶段BIM模型同步测试, 最终实现统一产业链下一套模型、一组编码、一个平台贯穿设计、生产、施工等项目完整生命周期。

2) 根据项目不同阶段、不同专业明确BIM模型建模精度和模型几何信息、非几何信息录入方式、方法, 保证模型信息在各单位间畅通传递的前提下逐步完善。

3) BIM模型、BIM数据与BIM协同平台交换、共享标准化, 确保二者之间进行数据交换过程中的完整性、时效性、准确性。

4) 构件RFID编码由BIM团队中设计组在项目设计阶段组织构件生产组、项目施工组建立统一编码规则, 以便BIM构件信息、构件平台信息读取、实体构件信息无缝关联。

5) 构件通过RFID芯片能按阶段、按专业将信息通过BIM协同平台适时自动同步录入BIM模型, 保证项目各阶段、各专业参与方能在平台下进行实时协同工作。

项目样板类似设计图纸说明, 是模型质量的基本保障。针对产业化项目构件, 通过Revit软件建立设计、构件生产、施工、项目样板 (见图3) 。 (1) 样板基本规定按照《房屋建筑制图统一标准》GB/T50001—2010建立, 确保出图的规范性; (2) 统一规定项目各类材料BIM模型内代码、RGB值、填充样式, 使模型文件可根据阶段、图纸材料表、进度计划等多种方式途径提取材料工程量; (3) 对构件建立统一编码体系, 一个构件一个RFID编码, 实现项目构件库, 项目模型库在平台内分类查找及平台应用。

产业化项目预制混凝土构件生产阶段是一个不可逆过程, 在构件生产前期, 多专业、多阶段协同深化质量是后续加工、建造工作的重要保障。该项目在设计阶段就采用BIM三维辅助设计, 每个构件都按照设计阶段BIM模型建模规范进行模型建立, 并导入BIM平台, 再由构件厂、施工单位进行生产、施工阶段的构件钢筋深化排布、构件内机电管线布置、构件内预留孔洞定位、构件施工措施 (斜撑、吊装预埋环、爬架预埋件等) 、构件与现浇节点、构件与管线综合, 最终形成标准化构件库。构件深化流程如图4所示。

1) 将生产深化构件模型导入BIM协同平台后, 由BIM施工组在BIM平台内根据RFID编码将构件库模型按照构件类型、楼层、轴线位置、安装顺序、施工进度计划进行分类, 并建立项目构件模型。本项目是按楼层进行拼装组合, 如图5所示。

2) 在构件模型的基础上进行现浇节点深化

在装配式建筑施工中, 预制构件与现浇部位的连接节点往往会出现一些不可预见的碰撞问题, 如构件定位不准确和钢筋难以绑扎等。该项目通过多方在同一BIM平台下对施工方案和工艺进行三维可视化展示和模拟 (见图6) 。

预制构件与现浇连接部位的纵向钢筋, 图纸上要求预制构件的纵筋锚入现浇柱中并与竖向钢筋搭接做135°弯钩, BIM施工组通过BIM三维模型对该部位进行施工可视化模拟, 发现这种施工方式在现场实际施工操作中无法实现现浇边缘约束构件的箍筋安装绑扎, 通过在BIM协同平台下进行工序模拟, 最终确定参照11G101-1图集中的钢筋节点做法将原来的135°弯钩改为末端一侧贴焊锚筋5d的方式。这种方式解决了现场预制墙体安装过程中箍筋安装难以避免二次弯折的问题, 有效提高了施工质量、节省了安装工期。

由于预制墙体机电管线位置已在墙体构件预留, 位置不可变, 楼板机电管线精确布置在产业化项目施工阶段的深化直接影响机电管线布置质量, BIM施工组在构件模型下进行叠合板管线综合布置, 并生成三维交底。通过BIM协同平台与构件进行准确挂接。现场通过平台实现模型指导施工, 提高项目综合施工质量。

通过BIM协同平台将构件模型导入, 按楼号、楼层、安装计划分类统计, 生成单栋主体构件表, 根据该表在三维场地进行单栋主体构件堆场布置。对多个单栋主体堆放区进行编号, 并生成构件堆放区RFID信息, 施工过程中构件进场通过RFID扫描即可自动追踪定位至相应堆放区域 (见图7) 。

1) 通过BIM构件库+三维场地测算存放的空间位置形态、多种叠合板布设以及墙体构件存放架拼接、组合方式, 目的是实现最大限度利用场地。

2) 经过堆场容量、塔式起重机占用、构件运输三者之间的平衡计算, 现场保留整层构件。在构件进场、构件吊装、构件安装3个环节进行RFID扫描, 实时录入BIM协同平台, 同步更新状态, 保证: (1) 将平台内已储存的构件属性信息与构件实体对应, 确保构件进入预定的堆场位置并吊装至正确的栋号、楼层、轴线; (2) 构件过程记录资料及时、完整、有效; (3) 构件进场、吊装时间符合进度计划要求, 能够及时发现滞后, 并调整计划。

构件出厂时, 通过扫描运输车辆上的RFID芯片, 将出厂信息上传到协同管理平台, 管理人员通过协同管理平台实时收集车辆运输状况, 寻求最短路程和最短时间线路, 从而有效降低运输费用和加快工程进度。

此外, 通过物联网实时反馈的信息, 精准预测构件是否能按计划进场, 做出实际进度与计划进度对比分析, 如有偏差, 适时调整进度计划或施工工序, 避免出现窝工或构 (配) 件的堆积以及场地和资金占用等情况。

门禁系统中的读卡器接收到运输车辆入场信息后立即通知相关人员进行入场检验及现场验收, 验收合格后按照规定运输到指定位置堆放, 并将构 (配) 件的到场信息录入到RFID芯片中, 以便确保构件入场信息、验收资料等信息的真实性与实效性。

BIM+物联网协同平台各阶段数据录入基础是RFID实时扫描录入。在施工阶段, 将过程验收项目、隐蔽验收项目等质量控制项通过现场管理人员手持扫描设备对构件各工序进行扫描验收, 简化了传统验收方法的繁琐工作, 增加了验收的及时和时效性 (见图8) 。同时BIM平台记录的验收文字资料和图片影像资料可自动导入标准资料软件, 提高资料部门与技术、生产、质量部门的现场协调工作效率。做到过程资料实时根据现场实际施工情况同步生成归类 (见图9) 。

预制装配式建筑项目传统的建设模式是设计→工厂制造→现场安装, 但设计、工厂制造、现场安装3个阶段是分离的, 设计得不合理往往只能在安装过程中才会被发现, 造成变更和浪费, 甚至影响质量。BIM技术的引入则有效解决以上问题, 它将设计方案、制造需求、安装需求集成在BIM协同平台上进行高效传导、互用和协同, 在实际建造前统筹考虑设计、制造、安装的各种要求, 把实际制造、安装过程中可能产生的问题提前消灭。

因此, 将BIM技术与RFID技术深度集成搭建高效的BIM协同平台, 并服务于装配式建筑产业链全过程管理, 是我们实现建筑产业现代化的必经之路。