装配式 BIM住宅项目案例赏析

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=20.25m?，

节省混凝土量总量：20.25x28=567m?，

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。