近年来,在国家层面的推动部署之下,各地积极发展公租房。由于公租房产权所有者为政府或公共机构,只租不售且租赁对象具有一定特殊性,故而较之商品房,公租房普遍具有建筑外形简单、内部户型构造单一且面积较小、标准化程度较高等显著特点,施工营建中特别适合采用装配式工业整体化生产模式。装配式建筑在营建方式方法上更符合建筑工业化、标准化生产的要求,较之传统建造方式明显具备施工质量好、工程进度快、建筑品质高、节能效果佳等优势。然而在装配式结构公租房建设推广过程中,还存在市场、技术、经济和政策层面的诸多问题,特别是在装配式公租房项目施工管理阶段,建筑模数协调标准体系不健全、部品和构件集成化不足等问题一直没有得到彻底解决,亟需探索引进应用BIM技术,充分发挥其信息集成、可视化和协调性等优势特点,辅助提升施工管理质量和水平。

目前,企业生产的部品构件并未严格遵循模数化统一标准,建筑部品构件产品难以实现与建筑设计的匹配契合,不同地域间装配式建筑所需构件自成体系;现有模数标准只对楼梯、门窗、厨卫的尺寸进行了统一规范,未对隔墙、内梯、吊顶、梁柱、楼板等其它建筑部位作出明确要求,模数标准编制数量及所涵盖范围远远不足。此类问题的存在加大了装配式公租房施工安装和构件连接的难度,极易为各类施工冲突埋下隐患。

一是建筑部品和构件集成化不足。由于国内装配式建筑产业体系标准尚在构建完善之中,建筑部品构件普遍存在集成度和通用性不高的问题;二是产业链集成化程度不高。装配式公租房项目除了政府发起方、设计方和施工方之外,还需要构件生产企业和构件运输公司的参与。各方均处在分散状态下,沟通协调工作加重,影响施工效率;三是不同专业集成化程度较低。装配式公租房项目设计前置,在构件深化设计时需要将各专业设计有机统合串连。各专业集成化程度不足往往导致难以提早识别潜在的问题隐患;四是施工环节集成化程度偏低。装配式公租房施工环节较多,集成化程度不足容易导致设计、生产、运输和安装等环节的脱节。上述集成化不足问题极易在施工阶段衍生施工冲突、二次搬运、窝工返修、材料闲置、施工延误和资源浪费等施工问题,拉低装配式公租房现场施工安装的精细化程度和质量管理水平。

装配式公租房项目增加了大量吊装作业,对垂直运输设备的选择和布置便成为施工管理中的新难点;装配式公租房项目构件种类多、数量大对施工管理提出了新的挑战,特别是对计划管理,包括工厂构件生产和现场吊装的计划,以及两个计划的相互匹配结合,都有很高的要求;同时,构件堆场及现场交通组织、群塔作业的工具协调和构件成品的精细化管护都是前所未有的管理问题。此外,全新装配式公租房施工模式下,施工方为确保装配安装的精度,需要与构件生产厂家、设计和监理单位等多个参与方保持密切沟通协作,这些都大大增加了装配式公租房现场施工管理的难度。

将装配式公租房项目不同专业纳入BIM三维模型中实施穿行测试,使其间存在的因建筑模数协调标准体系不完善而衍生的冲突问题提早得以识别和解决,从而避免对装配式公租房施工管理造成不利影响。引进应用BIM技术后,3D虚拟模型能够将各类管线和特殊构件先行集合归类,并将其间可能存在的问题直观地呈现在建筑师和工程师眼前,反复实施碰撞检测及微调,从而获得最佳优化效果,其高效率的特性还能杜绝不必要的返工,在提质增量降成本方面成效卓著。

由于前述装配式公租房部品构件、产业链、不同专业和施工环节集成化较低的原因,经常导致已经投入施工的装配式公租房项目发生工程变更,应用BIM技术的构件参数自动链接功能,能够对变更后的工程清单进行自动更新,可以规避很多人工操作的疏漏谬误。工程算量所指向的目标为装配式公租房各分项工程或组成构件的数量,是工程造价得以精准实施的前提保证,也是装配式公租房投资控制的重要依据。

装配式公租房现场施工难度较高,施工工序和流程环节较为复杂,施工人员难免对施工方案产生理解偏差从而影响执行效果。嵌入应用BIM技术后,可以发挥其可视化和模拟性优势特点,重点对构造拆解、工序衔接、专业搭配、套筒灌浆质量、楼板平整度和坐浆水平、板缝控制效果以及外架防护稳定性等施工难点进行模拟优化,增强对实际施工的风险预判和实务导引,化解装配式公租房施工难点,提升施工进度、成本和质量管理水平;施工进度模拟的工期控制不应超越装配式公租房项目总控时间节点,施工进度计划的可行性和合理性是模拟验证的主要目标,应用BIM技术能够使不同时间节点所对应的计划进度及预计落实情况得以充分展现,及早为提高施工进度管理的针对性和有效性奠定基础。

BIM技术辅助装配式公租房施工管理的优势明显,特别是BIM模型以构件为基本信息单元,刚好与装配式公租房的构件生产及现场安装两相契合。那么既然要在装配式公租房施工管理阶段嵌入BIM技术并发挥出应有作用,就要先明确BIM技术的应用场域、应用路径和相关组织保障。

由于增加了预制构件的安装连接环节,装配式公租房施工中要面临构件或设备的碰撞冲突、新增工序的衔接等技术问题,特别是构件安装施工中常会出现钢筋拧结、套筒与钢筋位置紊乱等问题。同时,一体化协同设计的趋势下,诸如管线冲突、施工空间不足等各专业之间的碰撞是传统平面设计难以精准预测的,各种问题往往在施工阶段才会显现。引进应用BIM技术可以破解上述问题,依托BIM的施工模型深化可以将平面图纸升级为三维模型,还可加入时间维度和成本信息,提前进行施工虚拟推演,提前识别、确认和排除问题隐患。BIM技术在装配式公租房施工准备阶段能够发挥以下作用:

一是节点优化和碰撞检查。利用BIM技术采用可视化三维模式施工方案模拟,可对相关施工节点进行优化,通过穿行巡检和碰撞检查识别发现问题并形成碰撞报告,依据碰撞检查结果不断优化深化设计方案,突出围绕施工重点和难点编写动画脚本并制作模拟动画,最终统一导入BIM协同平台实施统筹,形成施工进度计划、任务派发和各类施工数据表。

二是技术重点难点预判剖析。通过BIM施工模拟和可视化呈现,可借助BIM施工深化模型对施工中的技术重点和难点进行分析研判,从而精准施策调整施工方案,减少工期延误。在此基础上搞好施工现场布置,依托BIM做好施工前期指导、过程管控和结果校核,实现装配式公租房施工精益管理。

三是流水段工序优化。通过构件安装BIM模拟,统筹安排施工流水段工序及施工工艺,测算不同流水段与施工工艺匹配的装配效率及资源分配合理性,比对确定最优装配组合、工序和施工方案。借助BIM技术实施流水段划分后,通过有效管理工作面对进度计划、分包合同、成本费用和工程质量等相关信息进行精准管控,确保装配式公租房施工管理更为规范高效。

通过BIM+RFID技术的融合并用,可实现对装配式公租房预制构件的全过程质量追溯。借助RFID技术能够实现构件信息的采集和传递,依托BIM技术则可完成对构件信息的整理、分类和集成,二者有机结合,可实现对预制构件全生命周期的信息把控。施工管理人员借助BIM+RFID技术,能够全程跟踪管控预制构件,在构件生产过程中便将基本信息写入RFID电子标签;构件出厂储运过程中,也能实时掌握构件时空位移状态,提早做好入场准备;构件入场时施工管理人员可运用读卡器读取相关信息与现场查验相结合的方法进行质量验收,实时将信息导入BIM模型,统筹指导下一步构件场内堆放和安装施工;构件安装连接完毕后,可运用便携式终端设备读取构件信息上传BIM系统,为整个可追溯性质量体系的构建提供信息支撑。基于BIM技术的构件管控流程如图1所示:

将构件信息导入BIM模型后,可结合构件安装计划和装配式公租房楼号等工地实际对其进行具体分类,生成单栋主体构件表,并结合场地空间特点布置构件堆放;运用BIM预制构件信息库和三维动画模拟,对叠合楼板、楼梯间、阳台板等预制构件的布设实施优化改进,并持续对墙体构件存放架的拼接和布置进行改善提升;借助BIM的工程量计算功能,提早综合估算堆场容量、构件搬运位移和塔吊群的空间占用,将多个楼层的预制构件合理归集堆放,与后续吊装连接形成高效工序衔接。BIM技术应用于场地布置后,还能够确保构件进场次序与堆放位置不乱,保障装配式公租房施工进度按计划展开。

运用Revit软件的“导入CAD”功能,将设计单位提供的二维图纸导入BIM模型,利用BIM的深化设计和可视化等功能将装配式公租房的建筑、结构和机电等不同类型的图纸予以汇总整合,转换成为三维立体实物效果图。需要指出的是,BIM的可视化可以与构件之间形成实时互动与反馈,由于全程可视其结果是不仅能够透过效果图表达及生成相关数据报表,还能够让装配式公租房的施工管理得以在可视化状态下顺畅进行,极大地提升了施工管理的针对性和有效性。与此同时,根据各专业图纸构建装配式公租房所需部品构件数据库,以三维直观形式向预制构件生产端呈现构件相关信息。

在三维转换和图纸整合的基础上,将装配式公租房项目时间进度、成本和质量控制计划添加进BIM模型,完成由初始模型向施工管理动态BIM模型的升级,实施三维+项目时间进度的4D模拟,进而实现4D+造价成本控制的5D模拟,对装配式公租房施工管理提供强有力的信息辅助。

利用升级整合后的5D-BIM模型,对构件生产厂家的生产、运输、堆放计划和装配式公租房项目的施工安装方案进行模拟优化,通过双方相互适应调整从而达到整体优化施工方案的目的;同样利用5D-BIM模型对装配式公租房项目的施工实施全过程模拟,根据模拟结果有针对性地实施施工流程优化再造,依托5D-BIM信息系统指导公租房预制构件的生产、运输、堆放和安装等各流程环节,力求达到施工进度、成本、质量和安全管控的最佳契合状态。

一方面,从BIM应用项目层面来看,引进嵌入BIM技术对装配式公租房项目实施施工辅助后,施工管理虽有施工方牵头主导,但是项目建设发起方政府主管部门将利用BIM信息系统全程予以监管督导。项目其他参与方借助BIM信息集成化、可视化、协调性和信息传递功能,以BIM为平台和纽带,在横向施工现场与预制构件生产厂家、纵向政府主管部门与施工方等各参与主体之间,编织成纵横交错、顺畅无碍的信息网;另一方面,从BIM应用项目的具体岗位人员配备和职责划分来看,需设置项目经理整体性负责施工现场管理和BIM模型的构建。设置BIM总监,领导BIM施工管控团队的组建和运作,下设BIM项目经理,负责BIM建模计划制定和相关硬件软件的构建配置,草拟制定各项BIM规范标准,动态调度协调各专业工作衔接。

较之一般装配式建筑工程项目,装配式公租房项目更加偏重社会效益而非经济收益,并不以追求未来经济利益最大化为首要目标,故而其施工管理制度也具有一定差异性。BIM技术在公租房项目的应用原则、标准和程度,皆应由发起建设项目的政府主管部门提前会商制定和下发,相关施工管理制度也都是围绕确保施工质量这一主旨内容草拟确定。整个施工过程中,政府主管部门还会委派专人驻场,利用BIM信息系统对项目施工进展情况展开动态跟踪监管,以确保施工现场实际与BIM模型所展现信息完全匹配一致。

燕保·马驹桥家园项目位于北京市通州马驹桥镇兴茂二街,是由北京市保障性住房建设投资中心发起建设的装配式公租房项目。该项目属于绿色低碳建筑,整个工程21万m²全部采用产业化2.0版本装配式精装修,整个建筑群超过60%是由装配式建筑部品构件现场吊装连接而成。项目施工方为保障房中心参股子公司北京市住宅产业化集团,构件生产厂家为该施工方的下属子公司燕通建筑构件有限公司。马驹桥家园装配式公租房项目在施工阶段引进BIM技术辅助各项施工管理,严格把控施工质量,取得了明显实效。2017年,该项目被住建部评为“结构长城杯金奖”和“全国保障性住房优秀示范小区”。

一是应用BIM技术做好各项施工准备。北京市住宅产业化集团针对装配式公租房施工工序环节多、配件数量大的特点,提早引进应用BIM技术进行节点优化和碰撞检测,利用BIM模型实施穿行巡检和碰撞检查并形成碰撞报告,依据碰撞检查结果不断优化深化设计方案,突出围绕施工重点和难点编写动画脚本并制作模拟动画,最终统一导入BIM协同平台并由平台协同管理科负责统筹,在合理划分流水段的同时,形成施工进度计划、任务派发和各类施工数据表。

二是依托BIM技术实施构件跟踪管控。燕通建筑构件有限公司按照施工方的要求,在构件生产过程中便将相关信息写入RFID电子标签。凭借BIM+RFID技术的融合运用,实现了构件生产、运输、入场、堆放、吊装和连接的全过程实时动态跟踪管控。

三是借助BIM技术优化场地动态布置。提前利用BIM技术对工地进行场地布置模拟,发现存在的问题并加以解决;利用BIM构件信息库和三维动画模拟,对众多预制构件的布设进行优化改进,并持续改善墙体构件存放架的拼接和布置;基于BIM工程量计算动态调整各楼层预制构件的归集堆放,通盘考虑整个工序环节的高效衔接,实现场地布置的最优化。

一是构建BIM初始模型。本着信息化、集成化和协同化的原则,充分发挥BIM协同性、动态性、智能性和精确性的特点,为破解项目各参与方信息交流障碍,便于对施工阶段质量、进度、成本和安全管控情况进行全程跟踪监测,北京市住宅产业化集团利用广联达BIM核心软件实施各专业3D-BIM初始模型构建,将各专业二维图纸导入BIM初始模型完成三维转换,及时将公租房预制构件的三维实物效果图向燕通建筑构件有限公司传递呈现;依托全专业整合集成后的3D-BIM初始模型实施碰撞检查,进而开展仿真穿行漫游检查,查找碰撞检查中难以识别的诸如空间净高不足、构件间距不符要求等可能影响施工操作的软碰撞问题,在此基础上就项目设计中可能存在的问题和后续施工管理方案展开可视化讨论研商;于施工准备阶段运用3D-BIM实施三维可视化技术交底,确保施工人员领会设计主旨要义、严格按照规程操作。

二是构建动态5D-BIM模型。北京市住宅产业化集团将集成升级后的3D-BIM初始模型导入广联达5D-BIM软件系统,添加马驹桥家园装配式公租房项目时间进度从而升级为4D-BIM模型,进而再添加造价成本控制信息构建完成能够生成项目进度状况、成本费用、质量检测和安全监控等方面信息的动态5D-BIM模型,为北京市住宅产业化集团、燕通建筑构件有限公司、设计和监理单位等项目参与各方协同做好施工管理,提供强有力的信息辅助支撑。

三是开展施工阶段全流程模拟。借助动态5D-BIM模型,对燕通建筑构件有限公司专供马驹桥家园装配式公租房项目的建筑构件,从生产、运输到入场、堆放的全流程进行模拟推演,针对发现的问题,施工方与构件生产方及时沟通协调、相互调整补位,优化确定了预制构件的最佳生产、运输和存储方案;同样利用动态5D-BIM模型,对马驹桥家园项目构件安装方案和施工阶段计划进行了全流程模拟,在识别风险问题的基础上对工地构件堆放管理、构件连接和结构实体抽检等7项流程环节进行了优化再造,确保施工质量上乘、成本控制得当、工期进度顺畅。

北京市保障性住房建设投资中心是由北京市政府于2011年6月,一次性注资100亿元成立的保障性住房市场化运作机构。2015年初发起建设马驹桥家园装配式公租房项目后,该中心在北京市住建局的指导下,专门成立了马驹桥家园装配式公租房项目施工建设指挥部,统筹负责整个项目的组织指导和管理协调;施工管理阶段设置项目经理和BIM总监各一名,前者负责整个项目施工管理的协调调度,后者负责组建BIM团队,督导构建5D-BIM信息系统,起草制定了制定各项BIM规范标准和应用BIM技术的施工管理制度;此外,专门组织参与马驹桥家园项目施工管理的施工员、质检员和预算员等所有专业技术人员,集中参加了BIM专业知识及操作方法上岗培训,邀请清华大学BIM专家和广联达BIM软件工程师对上述人员进行授课讲解,结合案例传授动态5D-BIM模型的应用技能,为马驹桥家园项目施工阶段应用BIM技术取得实效,提供强有力的组织和教育培训保障。

马驹桥家园装配式公租房项目施工管理阶段引进应用BIM技术后取得了明显成效,主要表现在:一是用工数量明显减少。由于采用装配式先进施工工艺并引进嵌入5D-BIM模型全程提供信息辅助支撑,施工最高峰时用工人数由传统施工方式下的700名减少至260名,单此一项就节省人工费支出290万元;二是节能降耗减排效应明显。由于构件都在燕通建筑构件有限公司生产,吊装连接施工现场需要砂浆搅拌等的带水作业项目大为减少,大幅减少了建筑工地噪音、粉尘和有害气体的排放污染;三是施工流程得以优化提升。借助BIM模型碰撞和仿真穿行漫游检查功能,在图纸会审、设计深化和施工准备阶段共识别排查出图纸问题72处、可待深化优化项目11项206处;四是缩减施工工期56天;五是构建起了装配式公租房项目BIM应用系统平台和基础数据库,在施工管理实践中锻炼组建起了装配式公租房BIM技术团队。

通过装配式公租房施工管理难题及BIM技术应用优势特点分析,深入阐释BIM技术在装配式公租房施工管理阶段的主要应用方面、具体应用过程和应用组织保障,并以北京市燕保·马驹桥家园项目为例进行实例印证后发现,引进应用BIM技术能够有效破解装配式公租房施工阶段技术标准体系不完善、集成化不足和施工管理难度较高等弊端,对于提升装配式公租房施工管理水平,进而促进保障性住房全产业链、全生命周期的市场化供应管理新机制的形成都大有助益。