年度好文推荐 | 基于 BIM 技术的预制梁中幕墙预埋件精准定位研究与应用

作者：白思敏，李松晏，秦传明，阚马，邓亮

作者单位：中建四局第一建筑工程有限公司

中国建筑第四工程局有限公司

全文刊登于《施工技术》2020年第2期

摘要

Abstract

以华南理工大学广州国际校区一期工程 3 栋装配式高层建筑为工程背景，为实现预制梁中幕墙预埋件精准定位，应用 BIM 技术根据原装配式施工图纸建立预埋件三维模型，并与优化好的结构模型进行整合; 从而及早发现问题。并及时在 BIM 模型里对预埋件进行优化调整，输出预埋件优化后图纸，对现场作业人员进行详细准确的技术交底，实现对预埋件的精确定位，减少因材料浪费及返工造成的经济损失、工期延误现象。

Part 0

引言

幕墙在建筑外立面的使用率越来越高，而幕墙预埋件安装质量好坏直接影响后期幕墙安装质量。标高及轴线偏差是预埋件安装的主要质量问题。人工标识预埋件不仅容易出错，而且直观地表达信息有限，而通过 BIM 技术生成的预埋优化图在尺寸等细节上与实际建筑内容精确对应，进而精确确定材料用量，大大提高生产效率与质量，避免现场加工制作及定位不准确导致的材料浪费，使工程建设成本和工程工期增加。对此，基于华南理工大学广州国际校区一期工程 3 栋装配式高层建筑展开基于BIM 技术的预制梁中幕墙预埋件精准定位的研究与应用。

Part 01

工程概况

华南理工大学广州国际校区一期工程建筑面积 28. 36 万 m2，是广州第一个装配式面积达总建筑面积 30%且达到 A 级评价标准的装配式建筑。装配式建筑应用于材料基因中心、华工港科大联合研究院、华南岩土工程研究院 3 栋高层建筑( 见图 1) ，单体装配率达 60%以上。

图1 华南理工大学装配式建筑分布

Part 02

工艺原理

1) 运用 BIM 技术，对幕墙预埋件建立三维模型，将工艺参数与影响施工的属性联系起来，以反映施工模型与设计模型之间的交互作用。施工模型要具有可重用性，因此必须建立施工产品主模型描述框架。

2) 传统施工中，建设工程各专业分开设计，导致图纸间冲突问题较多。BIM 技术通过三维模型，在虚拟的三维环境下直观地发现设计中的碰撞冲突，在施工前快速、全面、准确地检查出设计图纸中的错误、遗漏及碰撞等问题，减少由此产生的设计变更和工程洽商，大大提高施工现场生产效率，从而减少返工，节约成本，缩短工期，降低风险。

3) 通过 BIM 技术，保持模型一致性及模型信息的可继承性，实现虚拟施工过程各阶段和各方面的有效集成。直观了解整个幕墙施工或幕墙安装环节的时间节点和工序，并清晰把握在施工过程中的难点和要点，从而优化方案，以提高施工效率和施工方案的安全性。

Part 03

工艺流程

1) 运用 BIM 技术建立三维模型，然后利用ANSYS 软件对预埋件进行有限元受力分析，确保预埋位置对结构不产生影响，且符合受力要求。

2) 利用 BIM 技术进行三维漫游检测和施工动画模拟，当检测到预埋件存在错误和位置发生偏差时，对其进行高亮显示标记，最后根据结果复查设计施工图纸，提前校核现场施工图纸。

3) 将创建好的三维模型导入 TimeLiner，利用BIM 5D 制作施工动画及碰撞检测。根据第一次碰撞报告修改优化模型后，再次进行碰撞检测，重复此步骤直至无碰撞。幕墙安装 BIM 效果如图 2所示。

图2 幕墙安装 BIM 效果

4) 在三维模型中将尺寸标注好后，确定最终施工方案，进行三维可视化技术交底。预制梁上预埋件与钢筋焊接效果如图 3 所示。

图3 预制梁上预埋件与钢筋焊接效果

5) 通过对 BIM 技术的应用，每根梁上预埋点均已进行精准定位并在三维模型中标注尺寸位置，在预埋件埋设过程中，直接用卷尺测量，放线定位。预埋件板面紧贴预制梁模板，并与钢筋焊接在一起。浇筑混凝土时，必须要现场实时观察预埋件状态，防止浇筑混凝土时预埋件发生偏位。

6) 拆模后应在 2d 内将拆模部位预埋件找出并将表面清理干净，用木质扫帚清扫，不可使用钢丝刷等硬质工具，以免将表面防腐层划伤。最后将制作好的预制梁运输至施工现场，根据梁上信息进行吊装，确保吊装准确性。预制梁表面清理后效果如图 4 所示。

图4 预制梁表面清理后效果

7) 龙骨安装 ①将竖向龙骨按图纸尺寸进行选料、切割、去毛边等; ②按实测的安装位置在相应钢龙骨上制孔; ③按图纸和放线位置将钢角码与预埋件焊接，同时再将竖料与角码焊接; ④按图纸要求将钢转接角材置于竖向钢龙骨侧部，测量横向龙骨( 角钢) 水平度，确认水平无误后，将转接件焊接在竖向龙骨上; ⑤调整好竖向龙骨后，按设计图纸分格尺寸将横向龙骨与竖向龙骨进行焊接，焊接过程中利用水准仪进行标高位置调整; ⑥焊接完毕后，对龙骨进行整体自检，从而验证基于 BIM 技术的幕墙预埋件精准定位，之后再进行下一步施工。

Part 04

效益分析

施工过程中，利用 BIM 漫游、防碰撞检测等相结合的施工工艺，大大减少了幕墙预埋件因预埋位置不准确而返工带来的费用。同比传统预埋件定位工艺手段，该工艺明显增加了工期成本效益。同时，施工中定位准确，避免了诸多因施工不当造成的质量事故，减少了因事故造成的经济损失。

1) 华南理工大学广州国际校区项目幕墙预埋件数量共 19 085 个，利用基于 BIM 技术的幕墙预埋件精准定位方法施工的预埋件返工率为0. 8%，而传统施工方法返工率为 7%，幕墙预埋件施工采用包工包料形式，单价为 89 元/个，因此采用此工法节约的返工费用为 M1= ( 7% －0. 8%) ×19 085 个×89元/个= 10. 53 万元。

2) 最大经济效益在于保证施工工期，避免因预埋件定位不准确而造成返工现象。通过此工法，工期缩短 15d，幕墙预埋件施工阶段每天需要工人 156 人，人工费为 200 元/( 人·d) ，则因工期减少可节约的费用为: M2= 156 人×200 元/( 人·d) ×15d = 46. 8 万元。

本项目幕墙预埋件施工节约的成本 M = M1 +M2= 10. 53+46. 8 = 57. 33 万元。

Part 05

结语

通过 BIM 技术建立三维模型，全面考虑并合理布置预埋件位置，减少设计中的碰撞冲突。在施工前快速、全面、准确地检查设计图纸中的错误、遗漏及各专业间的碰撞等问题，直观了解整个幕墙施工或幕墙安装环节的时间节点和工序，并清晰把握在施工过程中的难点和要点，从而优化方案，以提高施工效率和施工方案的安全性。实现幕墙预埋件精准定位，减少由此产生的设计变更和工程洽商，大大提高施工现场生产效率，从而减少施工中的返工，提高建筑质量，节约成本，缩短工期，降低风险。

（参考文献略）