EPC模式装配式公寓建筑BIM应用

十三五期间，李克强主持召开国务院常务会议。会议后，出台政策《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》国办发【2016】71号。

装配式建筑可形象地概括为“一体两翼”：

“一体”主要指建筑体系完善、成熟和可复制、可推广

“两翼”中，“一翼”是以EPC工程总承包方式承建装配式建筑；另“一翼”是基于BIM技术的一体化设计。

促进三个问题的解决：

第一是促进取消、消灭目前装配式建筑广泛存在的二次设计；

第二是大力推广从构件设计生产到装饰装修设计施工的一体化设计模式；

第三是推广基于BIM的一体化设计，大力推广BIM。

接下来让我们看看BIM在装配式项目的中的实际应用。

项目概况

守拙园项目是EPC模式下的装配式建筑，总体定位高。其中公寓高92.97米，采用装配式纯钢结构，装配率达86.8%，是新乡市首个建筑产业化示范项目。

BIM技术应用

工程目标

• 质量目标：鲁班奖、市优质结构市优质工程、结构中州杯中州杯、中国钢结构金奖；

• 安全文明目标：河南省安全文明工地、中州平安杯、AAA安全文明标准化工地；

• 绿色施工：河南省绿色施工示范工程、全国绿色施工示范工程、住建部绿色施工科技示范工程；

• 科技创新：河南省新技术应用示范工程、全国新技术应用示范工程、詹天佑奖、发明专利、实用新型专利、省级工法、国家级工法、国家及省市级科技进步奖、科技成果、省级及以上施工技术创新成果；

• 设计目标：河南省优秀设计奖、全国优秀工程勘察设计行业奖、绿色建筑设计二星；

• 节能目标：绿色建筑奖、河南省省级新型墙体材料专项基金示范工程。

工程重难点

• 工程目标高、项目定位高，各项管理要做到河南乃至全国示范和引领作用；

• 项目中采用多种新技术，清水混凝土、铝模板、混凝土装配、钢结构装配；

• 地下车库采用无梁楼盖，标高多，机电管线复杂；

• 本工程工期紧、参与方多、各专业之间信息交叉多、协调难度大；

• 项目采用清水混凝土，模板排布复杂，需要提前策划，做到过程一次成优；

• 92.97米高纯钢结构公寓，施工难度大。

策划体系：BIM团队成立以后，根据项目的情况首先编制了《BIM管理制度》、《BIM建模标准》，其次组织编写了《BIM实施方案》。通过编制的文件规范指导BIM技术应用、BIM模型建立等，为项目平台使用奠定基础。

BIM技术主要在以下五个类型进行深入应用

设计BIM应用

守拙园是EPC项目，BIM技术在设计阶段就开始应用，并对机电、钢结构、挂板连接件等方面进行优化，取得显著效果。

设计阶段应用主要有以下几点：

1、各专业模型构建

2、碰撞检测及三维管线综合

3、钢结构减震优化

4、钢结构埋入式柱脚优化

5、挂板连接件设计

各专业模型构建：构建施工图设计阶段模型；使得项目各专业的沟通、讨论、决策等协同工作在基于三维模型的可视化情境下进行，为碰撞检测、三维管线综合及后续深化设计等提供基础模型。

碰撞检测及三维管线综合：通过BIM技术对传统二维设计图纸进行优化，通过碰撞检测、漫游检查等方式，解决问题53个，提高设计图纸质量。

钢结构减震优化

优化原因：

传统结构抗震设计常常强化结构的抗侧力系统，主要致力于保证结构自身具有一定的强度、刚度和延性，结构尺寸需要做得很大，增加成本投入。

优化方案：

在建筑隔墙中设置软钢阻尼器，建立计算模型，分析受力，利用软钢良好的滞回性能耗散输入的地震能量。

阻尼器就是以提供运动的阻力，耗减运动能量的装置，本项目中的金属阻尼器即为以软钢为载体的阻尼器，与主体结构相比，它能够更早的进入屈服，从而可利用软钢屈服后的累积塑性变形来达到耗散地震能量的效果。

直接成本：常规设计钢材用量3154.08吨，采用软钢阻尼器减震后钢材用量为3016.78吨，节省钢材137.30吨，节省成本50万元。

间接成本：通过软钢阻尼器来消耗地震能量，以减小主体结构地震反应或减轻其破坏，且软钢阻尼器构造简单，经济耐用，震后更换方便，有效的延长主体寿命。

钢结构埋入式柱脚优化：根据分析结果和原设计情况，确定在钢柱脚上设置单根45°斜向抗剪钢筋，底板设置间距90mm的双向受力钢筋，分析加劲肋及底板45°钢筋应力情况。

优点：不增加基础底板总高度，大幅提高基础的抗冲切承载能力。

经济效益：与传统相比减少1米埋深，

单个柱脚节省混凝土量：1x4.5x4.5=20.25m³，

节省混凝土量总量：20.25x28=567m³，

介绍造价成本：567x550=311850元。

挂板连接件设计：利用BIM技术对清水混凝土挂板连接件进行三维设计，辅助进行3D展示，方案沟通，最终进行三维可视化技术交底，指导现场施工。挂板连接件以成功申请使用新型专利。（一种新型石材挂板扣件）

土建BIM应用

守拙园项目质量目标鲁班奖，并且项目中所有混凝土墙体均采用清水混凝土技术，质量要求高，计划借助BIM技术实现过程一次成优。

土建BIM应用主要有以下几点：

1、BIM构建库

2、场地布置

3、铝模板清水混凝土

4、柱帽模板深化

5、预制构件深化

6、洞口精准预留

7、材料统计

8、地砖排布

9、装修样板间策划

10、施工工艺模拟

BIM构件库：守拙园项目借助集团公司已建立完成了BIM构件库，快速建立场地布置模型，大大提高了工作效率。

场地布置：本项目场地布置策划阶段，采用BIM技术建立建立场地布置模型，借助动态模拟及漫游展示功能，从各不同角度展现地上施工阶段、地下施工阶段中办公区、生活区、加工区、临电等布置方案，合理安排工作路线，避免现场混乱，减少二次搬运。

铝模板清水混凝土：守拙园地下室、1#、2#楼所有混凝土墙体均为清水混凝土墙面。其中1#、2#楼采用铝模板。

铝模板的优势：

1、利于环保，节约木材，保护森林

2、模板可多次再利用，良好的表面成形

3、尺寸误差最小

4、杂物较少，易于堆放

5、施工产生的垃圾少，利于文明施工

利用BIM的优势：

1、铝模板排布深化，统计工程量。

2、可视化技术交底，提高沟通效率。

3、指导现场施工，提高工作效率。

柱帽模板深化：工程中地下车库采用清水混凝土有柱帽无梁楼盖，清水混凝土柱帽模板采用高标准制作。

制作过程：

1、工人依靠经验四边梯形模板开设角度均为45°，但是现场拼装不严密；

2、利用BIM技术进行模板放样，最终确定模板上下底角度为45°，斜边角度为35°；

3、BIM出图指导模板加工。    ；   

4、现场试验，预拼装；

5、指导现场拼装。

预制构件深化：守拙园项目大力践行“装配式建筑”的理念，项目中楼梯、阳台、飘窗、清水挂板等均采用预制装配式。预制构件共计5大类，13小项，709个。

借助BIM技术，根据工厂加工及安装需要，对预制构件进行深化，解决构件内部和构件之间的碰撞，以及吊装洞口洞口预留等，并出预制加工图13张，为施工现场和预制构件厂生产提供详实可靠的支撑，减少错漏，提高工程质量和经济效益。        

洞口精准预留：项目中通过BIM技术进行，结合机电深化模型对土建预留洞口深化，确定所有预留预埋定位，解决了工程中预留洞错留、漏留、洞口高度不对等问题，提高孔洞定位准确率，实现工程预留预埋零失误，后期零开洞。其中调整原洞口位置13个，取消原洞口2个，新增洞口5个。

材料统计：根据现场需求，将深化后的BIM模型，导入到广联达算量软件中，提取相关工程量，为物资采购提供数据支撑。

地砖排布：利用BIM技术对项目中屋顶、电梯厅、门厅、设备间等公共部位进行BIM精品排砖，辅助方案比选。利用模型进行材料统计，指导采购。

装修样板间策划：根据装修设计意图制作样板间，辅助方案修改和选定。最后制作720°全景展示，辅助公寓出售。

施工工艺模拟：根据设计意图和施工工艺，结合BIM模型制作施工工艺模拟动画，通过动画直观、形象、真实的展示施工工艺。过程中共计做10个动画。

机电BIM应用

守拙园项目地下结构形式复杂，地下车库部分为无梁楼盖结构，面积较大，分区较多，每个区域层高不一致，降板，升板情况较多，管线排布复杂。3#公寓楼对空间要求较高，需要对机电布置提前规划。为了满足项目要求，利用BIM技术对机电管线进行深化。

机电深化应用有以下几点：

1、机电深化

2、暗榫深化

3、支吊架深化

4、深化出图

5、净高分析

机电深化

深化方案思路：

1、所有管道尽量避开行车道上空。

2、进入主楼的门上方不允许有管。

3、电梯厅内部除了必要的消防管道外，不允许有其他任何管道。

4、管线排布在满足规范的前提下，要考虑安装以及维修空间。

5、所有管道尽量采用整体综合支吊架，在保证管线功能的前提下，管线整齐美观。

在设计阶段BIM机电模型的基础上，结合资深机电工程师进行机电深化。目前已经深化了16版，优化洞口位置126个，导出机电深化图纸32张。

暗榫深化：通过BIM技术对机房内设备管线进行深化，并指导机房内部支吊架根部暗榫预埋，共计46个。暗榫与模板和钢筋相连，确保预埋质量，打造过程一次成优。

支吊架深化：守拙园项目支吊架采用成品支吊架，并且采用策划在前，样板先行。通过BIM技术进行先对样板区进行支吊架深化，并出相应详图，指导样板区域施工，确保成品支吊架的可行。

深化出图：根据深化后的模型，出深化图纸32张，指导施工过程中预留预埋。

净高分析：对深化后的机电BIM进行净高分析，统计不同区域的净高，方面领导查看。

钢结构BIM应用

守拙园3#楼为纯钢结构公寓，高度92.97米。过程中采用BIM技术辅助施工。BIM技术主要应用在钢结构深化、工程量统计，指导采购、套料排版、深化出图、数字化加工等方面。

钢结构BIM应用主要有以下几点：

1、钢结构深化及出图

2、工程量统计及指导采购

3、桁架板深化

4、套料排版

5、数字化生产

钢结构深化及出图：在设计模型的基础上，进行钢结构深化，并生成加工图和安装图共计616张，指导加工和和安装。

工程量统计及指导采购：利用tekla软件，自动统计构件工程量清单，根据清单编制采购计划，辅助采购。项目中共计用钢量3016.78吨。

桁架板深化：通过BIM模型对桁架板进行深化，提前策划排布方案，统计桁架板规格数量。单层桁架板342块，项目共计8208块。

套料排版：深化后的BIM模型直接转换成NC数据，通过SinoCAM自动套料软件，对构件进行自动排版，最后将套料后的版图导入数控机床，辅助机床自动切割板材，自动焊接。

数字化生产：通过Tekla模型和先进的数控机床相结合，自动导入机床构件信息，实现数字化、自动化加工，大大提高了加工速度和质量。

BIM平台应用

在建筑信息化的大背景下，BIM、互联网、二维码，移动应用及软硬件技术已经在建造过程中发挥重要的作用，为了更好的发挥BIM技术的作用，使BIM技术完美的和施工现场结合，守拙园项目引进了BIM平台。

资料管理：依据集团公司《民用（非电力）工程技术资料管理办法》要求和项目实际需要，在BIM平台建立相应资料管理文件夹，通过平台整理上传相关资料，各参与方通过PC端、移动端均可随时随地查看资料，方便资料信息的传递，提高工作效率。

二维码应用：项目中通过二维码对相关构件进行构件信息查询、构件定位、构件材料跟踪、构件问题创建等功能，真正的实现一码多用，提高工作效率。

物料跟踪：通过BIM+二维码进行线上材料跟踪，使构件真实数据及时采集反馈到平台中。管理层通过平台可查询最真实的材料数据，时刻清楚了解构件状态，同时通过BIM构件颜色区分体现项目目前进度，达到项目实时把控。

表单审批管理：通过BIM平台对现场表单过程审批文件进行管理。通过设置相应流程，对流程动态进行时时监管，动态过程可查。最终通过平台能够进行大数据分析。

质量安全管理：通过BIM平台对现场的质量安全进行管理，现场工程人员进入现场后，对现场不符合要求的作业进行移动端问题发送，工程问题对接人员接收问题消息后，进入现场处理待解决的问题，然后在云平台上进行回复。问题可以追溯到具体负责人，避免了后期推诿扯皮。

工程动态管理：通过平台建立项目动态圈，各参与方及时了解项目情况。

施工日记管理：在平台上植入施工日记模板，工长通过手机端实时记录现场情况，减轻工长工作量。

劳务实名制管理：借助公司劳务系统能够实现实名制管理、考勤管理、安全教育管理、视频监控管理、工资监管、后勤管理以及基于业务的各类统计分析等，提高项目现场劳务用工管理能力、辅助提升政府对劳务用工的监管效率，保障劳务工人与企业利益。

BIM应用效益

结语与展望

1. 随着建筑工业化水平的提高与建筑行业转型升级的需要，装配式建筑是建筑行业发展的趋势；

2. 基于BIM的装配式建筑应用使原来的粗放型模式向精细化模式转变，促进建筑产业化的可持续发展；

3. 装配式建筑设计工作量大大增加，需要借助BIM技术来提高设计效率；

4. 只有通过基于BIM平台的装配式建筑产业化整体解决方案，才能真正满足装配式建筑精细化设计、多专业协同、全产业链应用的需求，使建设成本有效降低。

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