BIM技术在预制混凝土PC建筑全寿命周期有哪些帮助?

2021年4月6日
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预制混凝土(PrecastConcrete,PC)建筑是以工厂化生产的PC构件为主要构件,经现场装配、拼接或结合部分现浇而成的建筑,相比传统建筑高能耗、高污染的特点,更加节能、高效、环保,而且其施工速度快,质量易控制及资源利用率高,已成为发达国家主要的建筑模式,我国也通过制定相关政策积极推广PC建筑的发展。但从整体上看,国内PC建筑还处于起步阶段,影响PC建筑顺利实施的风险因素还比较多,当前还未形成与PC建筑相适应的风险管理体制,对PC建筑全寿命周期的风险管理主要还是依靠传统的风险管理体制。目前,国内针对PC建筑的研究主要集中于装配技术、施工安装、成本分析及综合效益评价等方面,对PC建筑全寿命周期的风险管理探讨较少。传统的风险管理具有阶段性,不能实现全寿命周期风险管理无缝连接,偏重于风险的识别、评估、分析及风险对策制定,忽略了各阶段风险之间的联系及各责任主体之间的沟通与反馈。借助BIM技术平台,可以使相关的责任主体在全寿命周期实现信息无障碍交流,提高风险管理的集成化程度,有助于PC建筑寿命周期风险统一管理。

BIM技术在预制混凝土PC建筑全寿命周期有哪些帮助?

一、BIM的概念及特性

建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)是指基于三维数字技术和信息共享理念的、工程建设项目物理和功能信息的数字化表达,它可以为工程建设项目提供从概念设计到最后拆除的全生命周期决策支持。BIM被认为是继CAD后建筑业的第二次革命性技术,实现了从二维到多维的飞跃。它能够将一个建筑项目整个寿命周期所有信息整合到一个系统模型中,并对这些信息进行分析,为相关责任主体提供科学决策和有效管理的依据。BIM技术特性主要体现在5个方面如图1所示。

BIM技术在预制混凝土PC建筑全寿命周期有哪些帮助?

二、BIM在PC建筑各阶段风险管理中的具体应用

当前,我国PC建筑尚处于起步发展阶段,PC技术、管理模式等还不太成熟,因此,PC建筑的全寿命周期中存在诸多不确定性因素。笔者结合PC建筑的建造特点,将PC建筑全寿命周期分为6个阶段:投资决策、规划设计、生产运输、安装施工、运行维护及报废拆除阶段,并对每个阶段可能存在的风险进行归纳(见表1)。将BIM应用到PC建筑各阶段的风险管理过程中并对BIM的作用进行分析。

BIM技术在预制混凝土PC建筑全寿命周期有哪些帮助?

1.投资决策阶段的风险管理

建立BIM概要模型。目前国内PC产业尚不完善,市场对PC构件的需求较少,还未形成成熟的上下游配套产业链。因此,能够提供PC构件的生产厂商及可供选择的PC产品种类较少,要保证在开发周期内顺利完成预定目标,不仅对决策方案的合理性要求高,而且要对当地的经济、PC产业链、PC生产厂、市场成熟度等方面进行研判,因此,该阶段风险最大且直接影响项目目标的实现。传统的决策主要是根据数据及经验进行分析,带有很强的人为因素且不能将所有风险因素考虑进去,影响了决策的科学性和准确性。运用BIM建立计概要模型,将拟建PC建筑的实际信息输入概要模型中,与概要模型中的信息进行数据对比,分析其差异性,辨识其中的主要风险因素,然后对概要模型进行不断优化,使模型中的数据不断接近实际数据,并对优化后的模型进行多角度分析以提高项目决策的准确性,有效降低了PC项目投资决策阶段的风险如图2所示。

BIM技术在预制混凝土PC建筑全寿命周期有哪些帮助?

2.规划设计阶段的风险管理

(1)BIM与GIS结合。传统模式下对规划场地的分析主要是以定性为主,而且对场地周围的环境、配套设施及交通设施考虑较少,不能有效识别场地周边环境对项目实施的风险和科学估量风险的影响程度,主要原因是场地数据的收集和处理比较困难。而BIM可以与地理信息系统(GeographicInformationSystem,GIS)有效结合,能够解决传统模式的弊端,利用GIS提供的场地周围信息数据进行分析,可将传统定性的风险量化,分析的结果更为科学,更能客观地反映出风险的影响程度,降低了场地选址的风险。

(2)协同设计及优化。传统的设计图纸主要是CAD二维形式的,具有很强的抽象性,特别是在复杂的异形项目上,PC构件多,结构复杂,设计图纸的具体细节完全依靠想象,再加上不同专业的设计相互独立,缺乏沟通和协调,导致碰撞问题不可避免,即使图纸会审,也很难发现不同专业之间的“冲突”,给后期施工带来很大的风险隐患。借助BIM信息平台,可实现协同化设计,将不同专业融入到同一个模型中,通过碰撞检查,提前发现其中存在的“不兼容”现象,在此基础上,BIM还可以对“不兼容”现象进行协调并生成协调数据,设计人员根据协调数据选择最合理的方式对设计图进行优化,避免由于设计不合理给后期施工带来返修或返工的风险。此外,BIM还可对优化以后的图纸进行模拟施工,检验优化后设计图的施工可操作性,降低PC构件安装的风险。

 

3.生产运输阶段的风险管理

BIM与RFID结合PC构件生产或运输过程中的不当操作,可能会使PC构件强度不足或造成严重损伤,例如漏筋,裂纹等,为避免将有质量隐患的PC构件应用到实际工程中,将BIM与无线射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID)技术有效结合,在每一个生产的PC构件中植入RFID标签,将PC构件的生产信息、质量检测信息输入到BIM数据库中,标记出有质量缺陷的PC构件,利用RFID标签的唯一性,不仅可以避免被标记PC构件应用到工程项目中,而且能够确保构件在生产、存储、运输、吊装过程中信息准确性,减少了人为操作失误的因素,有效降低了工程质量风险。同时,RFID技术可实现生产运输阶段和安装施工阶段无缝衔接。将现场实际进度信息传输到构件厂,构件厂根据现场实际进度情况安排生产和运输,并结合构件的种类和特征,对构件的运输车次、路线、顺序进行合理安排,降低运输延误及运输过程中的风险。

4.安装施工阶段的风险管理

PC构件安装施工阶段是PC建筑全寿命周期的重点和难点,由于安装施工过程涉及的部门、人员比较广,而且PC技术还未完全成熟,现场吊装队伍的专业素质也有待提高,因此,该阶段潜在的风险相对较多。利用BIM技术,能够解决施工阶段传统风险管理滞后的诟病,实现对风险因素的快速识别和管控。

(1)信息无障碍共享。利用BIM模型,能够使不同责任主体之间实现信息的快速交流和反馈,特别是在结构复杂、功能强大的项目中,不同责任主体之间的协作就显得尤为重要,按照传统的沟通方式,不仅效率低,而且严重影响施工进度。BIM能使数据的传输和反馈更为快捷,管理决策更为科学合理,避免由于沟通障碍或管理决策失误导致的管理混乱,降低管理风险。

(2)可视化模拟施工。对于安装过程中采用的新技术、新工艺以及质量重点控制的施工部位,利用BIM进行模拟施工,使施工人员直观地了解安装的工序、安装的要点,并对模拟效果进行分析,识别实际操作过程中可能存在的安全隐患,施工人员可以在此基础上进一步优化安装方案,以提高技术方案的可靠性、操作的安全性和装配施工的效率,同时满足项目质量的要求,有效降低技术交底不清、安全措施不当、施工操作失误等引起的技术、安全及质量事故风险。

(3)施工进度模拟。基于3D建筑信息

模型加上项目的发展时间可形成4D虚拟建造模型,借助计算机能够直观反应PC建筑建造的过程。通过虚拟建造,可以检查各项工作的持续时间及工作间的逻辑关系是否正确,便于及时发现实际进度与计划进度偏差的原因并及时采取措施;对于设计变更,经过调整施工进度图,进度安排也会随之改变且依然可进行模拟,大大降低了工期延误风险。

(4)成本信息化管理。对施工阶段的成本风险管理,可利用BIM建立5D施工资源信息模型(3D实体、时间、工序)关系数据库,将发生的实际费用数据及时输入5D信息模型,快速实现对成本的汇总、统计和分析,及时找出不合理支出并采取对应的控制措施,降低成本超支风险。

5.运营维护阶段的风险管理

设备可视化动态监测。该阶段主要是对设备安全运行进行维护,防止出现安全事故。利用BIM建立可视化模型并通过特定软件与设备进行连接,将设备的基本信息和维修信息储存在可视化模型中,设备开始运转时,通过可视化模型动态检测设备的各项参数,提前发现隐患,防止由于设备运行故障出现安全事故。设备维修过后,及时将维修信息输入BIM模型中,便于以后的检测和维修。BIM技术使设备的运行风险始终处于动态监管中,实现了对设备风险的事前识别与管理。此外,对于地下线路、管道的破损,也可利用BIM提供线路、管道的铺设路径详细信息,缩小寻找破损处的范围。相比传统查找图纸的方式,BIM技术更为快捷、准确,降低了由于维修时间不及时而造成额外损失的风险。

6.报废拆除阶段风险管理

(1)环境影响减量化。拆除过程不可避免地会对周围环境造成一定的影响,而BIM可以使拆除过程对周围环境的影响程度到达最小。利用BIM对优化后的拆除方案进行模拟拆除,直观地了解拆除过程,对可能会出现的风险提前进行评估并制定应对措施,将对周围环境的影响降低到最低。

(2)建筑垃圾资源化。为减小拆除下来的建筑垃圾对环境造成二次污染,可通过BIM数据库和RFID标签查阅PC构件的具体信息,判断其中哪些PC构件可以回收再利用。BIM与RFID的结合不仅实现了建筑垃圾的减量化和资源化,还减小了废品排放的风险。

 

三、PC建筑项目风险管理中应用BIM的优势

1.风险管理效率较高

传统的风险管理模式主要通过表格、文本等形式进行风险信息的储存和传递,不注重各参与主体之间的沟通和反馈,项目中存在的风险需要对资料的翻阅对比和分析才能识别,效率较低。而BIM技术通过建立信息数据库,使相关参与主体在同一数据库中进行信息共享和沟通,及时发现风险因素,并为其在风险决策时提供信息数据支持,提高了风险的管理效率。

2.风险管理协同性强

建设项目的完成需要不同专业的协作,而在传统风险管理模式下,由于各专业相互之间没有法律的约束关系,它们之间的生产活动相对比较独立,缺乏必要的信息交流,导致风险管理过程的脱节,影响风险管理的有效性。BIM可将不同专业之间风险因素的关联性以可视化模拟的形式展现出来,不同专业的责任主体通过BIM的模拟演示,识别其他专业的风险因素对自己生产活动的影响程度,促使他们相互之间增强信息沟通,实现风险的协同管理。

3.风险管理系统性强

传统的风险管理最主要的特点就是阶段性管理,注重对单个风险对象进行管理,缺乏风险整体化管理的理念。而BIM能够将传统的阶段性风险管理转变为全寿命周期的风险管理,将传统单个风险的孤立管理转变为综合性管理,将传统特定的风险责任主体管理转变为全员风险管理,实现全体参与者在同一信息模型下对项目风险的全寿命周期管理如图3所示。

BIM技术在预制混凝土PC建筑全寿命周期有哪些帮助?

四、结语

PC建筑已逐渐成为建筑业的发展方向,有效管控PC建筑全寿命周期中的风险,是发展PC建筑的重要保障举措。相比传统的风险管理方式,BIM实现了全寿命周期、全部参与者对建筑动态信息的收集和无障碍共享,能够使不同的责任主体基于同一建筑信息模型进行风险管理,避免由于信息不对称或沟通匮乏而不能有效识别风险的因素,同时也消除了传统风险管理的阶段性和针对性,真正意义上实现了全寿命周期无缝隙风险管理。尽管BIM技术在应用层面上还未实现大范围的普及,但是随着对BIM应用的加深和风险意识的提高,BIM将成为未来PC建筑风险管理的重要工具。

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