BIM技術(shù)在PC裝配式建筑中的應用

曾杰

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

PC裝配式建筑通過在建筑構(gòu)件加工廠提前加工完成預制構(gòu)件，再運輸至施工現(xiàn)場進行建筑組裝建造，也稱為裝配式建筑。裝配式建筑具有建筑工期短、建筑施工對環(huán)境影響小、建筑施工精準化等優(yōu)勢，在現(xiàn)代建筑中占據(jù)越來越重要的地位。與此同時，隨著建筑信息技術(shù)的快速發(fā)展，BIM技術(shù)在建筑行業(yè)領域?qū)崿F(xiàn)了廣泛應用，BIM技術(shù)與裝配式建筑的一體化應用，具有廣闊的發(fā)展前景。BIM技術(shù)應用在PC裝配式建筑的各個階段，能夠有效提高建筑效率，解決預制構(gòu)件設計與生產(chǎn)之間的溝通問題，優(yōu)化施工方案，提高構(gòu)件精度，控制建設質(zhì)量，精準化裝配方式，實現(xiàn)建筑從設計施工到交付運營的一體化生產(chǎn)。

2 工程實例概況

本工程項目為PC裝配式住宅建筑項目，工程構(gòu)成主要為12幢5層洋房與8幢6層洋房和5幢17層小高層（包括12-13#、12-2#、13#、14#、15#）。其中，12-1#小高層建筑高度為49.92m，建筑面積為14027㎡，建筑基地面積為949.6㎡。建筑基礎為筏板基礎，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設防烈度為6級。12-1#樓為PC預制裝配式住宅，建筑設計與施工同傳統(tǒng)的混凝土澆筑施工不同，項目前期方案制定差異較小，在進入設計階段后，PC預制裝配式建筑與傳統(tǒng)施工工藝相差較大。為解決PC構(gòu)件的施工問題，本工程采用BIM技術(shù)對PC構(gòu)件進行設計生產(chǎn)及現(xiàn)場模擬施工、碰撞檢測等，從而保障工程順利實施。

3 BIM技術(shù)在工程設計中的應用

在PC裝配式建筑中，設計階段最關鍵的問題就是設計標準化，通過標準化設計，確保預制構(gòu)件生產(chǎn)與后期施工建造的標準后，以避免預制構(gòu)件生產(chǎn)與施工要求不符，造成材料浪費，影響施工質(zhì)量、進度和工程效益[1]。利用BIM技術(shù)，通過創(chuàng)建PC構(gòu)件族庫，搭建BIM建筑模型，實現(xiàn)裝配式建筑的標準化設計。

3.1 創(chuàng)建PC構(gòu)件族庫

PC裝配式建筑的建造方式是通過現(xiàn)場組裝預制好的建筑構(gòu)件完成的。在應用BIM技術(shù)對預制裝配式建筑設計建模中，Revit建模是通過對不同族樣板建模修改達到建模目的的，即模型中的各個建筑部位都表示不同種類的“族”，也可以成為構(gòu)件族，例如建筑結(jié)構(gòu)中的預制疊合梁板、結(jié)構(gòu)柱等不同構(gòu)件。通過獨立編輯構(gòu)件族文件，并能夠在不同項目中進行重復使用，從而有效提高裝配式建筑設計的PC構(gòu)件設計效率[2]。在PC構(gòu)件族庫建立中，根據(jù)標準化、參數(shù)化要求，每個預制構(gòu)件在構(gòu)件族數(shù)據(jù)庫中的信息都應當包括結(jié)構(gòu)體系、使用年限、尺寸信息、物理力學性能、材料狀況、工程項目信息、安裝信息等，方便后期建造環(huán)節(jié)及其他項目使用時及時了解預制構(gòu)件標準化信息。本工程中，主要根據(jù)項目實際創(chuàng)建了疊合梁板族、樓梯族、結(jié)構(gòu)柱族、樓班族和一些非固定模數(shù)的特殊族。以PC樓梯構(gòu)件族為例（見圖1）。

圖1 12-1#樓PC樓梯構(gòu)件族三維圖示

3.2 BIM技術(shù)協(xié)同下深化預制構(gòu)件模塊設計

在BIM系統(tǒng)中，利用裝配式預制構(gòu)件族庫，設計人員只需根據(jù)設計圖紙修改尺寸就可以得到相應的預制構(gòu)件數(shù)據(jù)。搭建裝配式建筑BIM模型時，可以將各個部位預制構(gòu)件進行模塊化整合，從而實現(xiàn)模型搭建，既可以有效節(jié)約設計時間，也可以為設計人員優(yōu)化預制構(gòu)件提供充足空間。在BIM系統(tǒng)下，PC裝配式建筑預制構(gòu)件模塊設計還可以實現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、設備等各專業(yè)的協(xié)同，得出相應模塊，再通過碰撞檢測，確定裝配式建筑的模塊模型，最終根據(jù)模型進行建筑整體模型的搭建，確保結(jié)構(gòu)的整體性，并為裝配式建筑組裝施工提供完整指導。

4 BIM技術(shù)在PC裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)及管控中的應用

在PC構(gòu)件生產(chǎn)中，通過BIM技術(shù)能實現(xiàn)預制構(gòu)件的可視化和參數(shù)化，確保構(gòu)件生產(chǎn)參數(shù)的標準化和精確化。同時，借助BIM信息平臺還可以實現(xiàn)構(gòu)件生產(chǎn)廠商與設計方的協(xié)同，及時對構(gòu)件參數(shù)進行溝通，確保構(gòu)件參數(shù)的標準化。因此，BIM技術(shù)為PC構(gòu)件數(shù)控化生產(chǎn)提供了重要的技術(shù)支持。

同時，對于較為復雜的預制構(gòu)件，利用BIM還可以模擬組裝方式，及時發(fā)現(xiàn)構(gòu)件參數(shù)數(shù)據(jù)存在的問題，交由設計人員進行優(yōu)化，避免構(gòu)件不合格造成損失。同時，將BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，通過RFID技術(shù)，掃描相應標簽，可以在預制構(gòu)件BIM中心數(shù)據(jù)庫中隨時查閱構(gòu)件的全流程信息，真正實現(xiàn)追根溯源，并且在建筑交付后，還可以通過構(gòu)件定位追蹤，對其運行狀態(tài)進行分析[3]（見圖2）。

圖2 頻段識別RFID技術(shù)圖（左）使用物聯(lián)系統(tǒng)的BIM技術(shù)（右）

5 BIM技術(shù)在PC裝配式建筑模擬施工中的應用

本工程中，借助BIM技術(shù)的模擬性特點，對工程組裝施工進行了模擬，及時發(fā)現(xiàn)構(gòu)件裝配過程中可能出現(xiàn)的問題，并將構(gòu)件施工模擬情況反饋至建筑建造各方，通過數(shù)據(jù)溝通實現(xiàn)對施工模擬問題的協(xié)同設計和施工方案調(diào)整，提高裝配施工方案的精細化，確保施工質(zhì)量。例如，在BIM模型中搭建施工現(xiàn)場平面3D模型，確定吊裝機具等設備施工現(xiàn)場布置方案；同時，模擬組裝PC構(gòu)件安裝施工，根據(jù)施工的重要性，明確施工質(zhì)量控制關鍵點，確定施工工序。其中，對施工質(zhì)量控制關鍵點還可以進行重點施工模擬，通過構(gòu)建虛擬施工環(huán)境，確定各環(huán)節(jié)施工關系及施工工序，然后進行施工過程模擬并分析其結(jié)果，判斷施工關鍵環(huán)節(jié)是否滿足施工要求，綜合分析其施工結(jié)果是否達到最優(yōu)。

6 BIM技術(shù)在PC裝配式建筑信息化管理中的應用

6.1 設備與空間信息化管理

本工程中，借助BIM技術(shù)完成組裝施工后，對其進行了數(shù)據(jù)控制與管理。在工程竣工階段，借助BIM模型進行預制構(gòu)件數(shù)據(jù)值的查詢，并利用其預警功能，深入分析建筑運行情況，為工程驗收及維護人員提供有效依據(jù)，及時解決存在的問題。例如，在設備管理中，管理人員可以通過網(wǎng)絡連接BIM模型，實時監(jiān)控設備運行的相關數(shù)據(jù)，提前設置好預警閾值，一旦設備運行數(shù)據(jù)超出正常值范圍則及時發(fā)出警報，管理人員可根據(jù)故障預警及時采取相應的應對措施，從而及時控制故障問題，降低設備故障造成的損失。

6.2 應急決策管理信息化

BIM預制裝配式建筑模型中，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時傳輸，建立建筑事故快速應急響應機制。本工程中，利用BIM模型實現(xiàn)了對建筑物的全時段數(shù)據(jù)監(jiān)控，因此，建筑數(shù)據(jù)一旦出現(xiàn)異常，不僅可以及時發(fā)出異常警報，同時還可以準確鎖定事故點，并制定最佳逃生路線，指導人員逃生。同時，監(jiān)控消防設備及時采取相應措施切斷失火地點電路和通道，減緩火勢蔓延，最大限度降低人員傷亡和財產(chǎn)損失。此外，如果遇到其他緊急狀況，BIM系統(tǒng)還可以自動將警報信息以及建筑模型數(shù)據(jù)信息發(fā)送至救援單位，為救援人員實施救援提供重要依據(jù)。

7 結(jié)語

PC裝配式建筑是未來建筑行業(yè)不斷向綠色可持續(xù)發(fā)展的一種重要建筑模式。在我國政策的大力支持下，PC裝配式建筑發(fā)展前景廣闊。BIM技術(shù)在PC裝配式建筑建造中的應用，則為其提供了重要的技術(shù)支持。通過BIM技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)PC裝配式建筑設計的標準化、構(gòu)件生產(chǎn)與管控的集成化、構(gòu)件組裝施工模擬以及信息化管理，從而有效提高裝配置建筑質(zhì)量，控制施工進度，保障施工安全，同時為建筑穩(wěn)定運行發(fā)揮起著重要的促進作用。