BIM 視角下PC 建筑施工技術探討

文／宋元璋 日照興業房地產開發有限公司 山東日照 276800

劉子源 日照鴻方建設工程有限公司 山東日照 276800

方紅梅 日照銀華建設工程有限公司 山東日照 276800

1.裝配式混凝土（PC）建筑的基本概述

1.1 PC 建筑概念

裝配式建筑相較于傳統建筑，其施工建設中主要為預制式、裝配式工藝，就是建筑結構中的各種構件在工廠預制、再在現場組裝而形成完整結構。

1.2 PC 建筑特點

PC 建筑與傳統建筑的施工工藝有明顯區別，前者為預制工藝，后者為現澆工藝，依據施工流程、工期、技術難度等的對比，PC 建筑的施工更為簡單和高效。當前市場上的裝配式建筑呈現數量增多、規模擴大的趨勢，這類型建筑具有以下特點：結構構件均為工廠預制而成，構件精度高，工廠內為標準化、機械化作業，現場濕作業少，施工更為便捷和高效，施工周期短；設計生產可實現一體化，制作的構件能循環利用，現場組裝中產生的噪音小、污染少，施工更為環保；現場很多作業流程均由專業機械設備完成，人工投入大大減少[1]。

1.3 PC 建筑施工工藝流程

如工程項目為PC 建筑，施工流程應嚴格按照流程以保障每個環節的施工質量，并加強不同環節的銜接，可提高工程質量與安全。

2.PC 構件設計-生產階段的現狀與特點

2.1 PC 構件設計生產現狀

現階段的建筑工程市場上，裝配式建筑作為一種獨特的形式，受到了人們的一致關注。雖裝配式工藝日漸成熟，形成了較為科學且完善的施工技術體系，但因為行業內企業的規模、發展水平參差不齊，一些企業并未完全掌握預制工藝，在PC 建筑施工中部分環節還依舊采用傳統工藝，影響了施工效果。另外，PC 建筑項目中的承發包依舊停留在DBB（設計—招標—建造）方面，部分項目雖采用了EPC 總承包模式，但不同主體在開展工作時并未嚴格按照新模式展開，還受到傳統理念、模式的影響，導致PC 建筑的施工效率低、質量差、成本高。首先，當前裝配式建筑尚處于發展初期，并未進入成熟期，且部分設計方水平有限，各種PC 建筑中推行直接面向構件的設計方法不具有現實的可行性，設計方在確定方案時主要參考現澆結構完成初步設計，遵循“等同現澆”原則拆分大型構件優化方案；不同專業之間未做好協調工作，各自的工作相互分離，影響了項目的順利實施，極易出現質量、安全、進度等問題。其次，針對深化設計，大部分均由PC 構件生產商或其委托單位來負責，很少有項目由設計單位負責深化設計，設計任務與深化設計獨立開展，二者之間的銜接不夠，無法凸顯設計方的牽頭作用，深化設計方、設計方之間往往就很多問題難以達成一致意見，耗時耗力。最后，PC 構件生產商為新的參與主體，從項目實施的全過程分析，該參與方處于中間位置，其與深化設計方、施工方之間都保持密切關系，主要工作就是參考標準化設計，以機械化方式高效生產構件。但部分PC 構件生產商僅僅將現澆混凝土轉移到了工廠，本質上并未推行預制工藝。

2.2 PC 構件設計與生產的信息化現狀

PC 建筑的多方參與性決定了在設計施工中應采用信息化管理模式，構建一個集多種功能于一體的動態系統，該系統兼具信息傳遞、應用、共享功能。不論是設計、深化設計、施工階段，均可利用該系統展開協調、管理任務，發揮信息技術的優勢。目前PC 建筑中信息化管理雖取得了一定的工作成效，但卻存在信息共享不足的情況，這是未來信息化工作的重點。

目前PC 建筑信息化現狀如下：

（1）設計方借助專業的設計軟件或者平臺得到設計方案，生成設計階段的建筑、結構、機電、內裝信息模型，形成這些模型后開展專業內部、專業之間的碰撞檢查，優化設計細節，將最終得到的設計成果提交給深化設計單位。

（2）設計方與深化設計方的信息平臺未完全統一，雖設計方按照相關規定向深化設計方提交了其設計成果，但深化設計方無法在自身平臺上直接打開，還需要進行修正或者重新建模，工作量大且需耗費一定時間。

（3）智能化作業方面，僅實現了部分流程的智能化，尚未實現完全智能化，工廠沒有與設計階段的數據相對接，導致有關人員很難直接調取和利用前一流程所產生的數據，還需要人工重新梳理、整合數據，工作效率低，且人工處理下可能出現數據偏差。

2.3 設計-生產階段信息集成的可行性分析

由于PC 建筑的建設模式、工藝與傳統建筑有所不同，施工建設中企業必須意識到信息化的必要性和重要性，采用現代先進工藝構成信息化管理模式，在系統中集成信息，促進物流、信息流在不同階段、不同參與方之間的流動。PC建筑建設中以設計、深化設計、生產過程作為主要流程，在各個階段產生各種數據，并將這些數據在不同主體之間傳輸和共享。為達到信息集成目標，工程企業需引進BIM技術，以BIM 技術為基準優化PC 建筑施工流程和工藝，發揮BIM 技術的協調性、模擬性優勢。

3.PC 建筑中利用BIM 實現信息集成的方式

3.1 設計階段信息集成

PC 建筑中設計為施工建設的參考，為提高設計質量，傳統的人工設計方法并不可行，設計人員需根據PC 建筑的設計要求，借助Planbar 軟件建立專有模型，在該模型中整合各種工程數據，完成協同工作、碰撞檢查，調整設計方案的細節，并根據建筑中的構件類型、尺寸等，實施體系化、模式化拆分設計。設計階段的信息集成主要體現在以下方面：

（1）構成規范的建模與協同組裝標準。相關人員需參考行業要求，保障定位基準、命名規則的統一性，在此前提下再考慮建筑項目的特殊結構要求，在模型中人為設定PC 構件的屬性、尺寸，繪制構件、建立戶型和標準層BIM 模型，同步協調土建、機電、裝修等設計，考慮不同專業的各自要求，處理不同專業之間的矛盾與沖突[2]。

（2）標準化設計以及體系化、模式化拆分設計。PC建筑中采用BIM 模型時，將該模型作為一個體系，在具體的設計工作中相關人員需按照PC 構件拆分要求開展標準化設計，在符合結構要求的基礎上減少大型構件的數量，使大型構件變為一個個小型構件，每個構件都是結構體系中不可或缺的部分。

（3）深度碰撞檢查、調整方案細節。PC 建筑中的構 件、管線等數量較多，如缺乏協同設計，可能造成構件或者管線之間的碰撞與沖突，影響建筑功能。而利用BIM的設計功能，系統可自動協調各個設計細節，完成碰撞檢查并生成報告，在報告中呈現碰撞位置等，再依據碰撞結果實施優化與調整，得到高質量的設計方案。

3.2 深化設計階段信息集成

PC 建筑中應用BIM 技術時，深化設計階段的工作必不可少，此項工作是為了保持各個部分設計的精細化。具體的設計工作中有關人員需以前期確定的BIM 模型作為基準，分析不同專業之間的關系，構件生產及裝配的需求，對于已經拆分的構件開展配筋、預留預埋、模具設計等工作，建立BIM 模型與各種信息之間的內在邏輯關系，使PC 建筑設計、施工等階段不同信息能高效傳輸[3]。首先，在配筋設計方面，其設計對象為拆分后構件，如以預制墻體為例，為提高墻體穩固性，設計人員可直接在BIM 模型中調整有關參數，達到自動配筋。其次，預留預埋設計中，同樣也是對拆分后的構件實施預留與預埋處理，但具體的工作中需參考設計圖紙，針對每個構件由模型自動預留和預埋，保障預留位置、數量的正確性。如預制墻體中添加配筋、設置斜撐等均屬于預留和預埋處理。第三，模具設計，為提高設計質量，具體的設計中必須以構件類型、屬性、尺寸為依據，直接調取軟件族庫中與標準化構件相匹配的模具，遵循少規格、多組合要求。最后，成果輸出，因為BIM 模型與構件之間存在緊密聯系，再加上構件屬性信息與各類報表的信息完全相同，模型中集成了全部的建筑信息，相關人員可自動提取不同維度的信息，如構件類型、鋼筋數量、預埋預留件位置、尺寸等信息。

3.3 生產階段信息集成

PC 建筑項目中完成深化設計階段的工作后，相關人員需進入生產階段，此階段同樣需通過信息集成提升工作效果。為達到信息集成、數據共享目標，有關人員需在前期模型和平臺的基礎上內置數據接口，由此接口導入TIM平臺，將該平臺與BIM 模型對接后利用平臺自帶功能，生成各類物料清單。與此同時，TIM 平臺還需與車間生產管理系統保持數據傳遞、共享，在項目建設中合理安排生產計劃、加強車間管理。

生產階段的信息集成主要體現在以下方面：

（1）生成物料清單。PC 建筑建設中包含的物料種類繁多，各種物料都在建筑結構、功能中起著重要的作用，生產階段工業設計部門需根據深化設計階段的物料需求，制定合理的計劃物料清單，與此同時，由生產方車間生產部門依據生產作業流程、技術規范與標準生成制造物料清單，后續的物料管理及生產中參考此清單。

（2）與生產數據對接并建立關聯關系。在TIM 平臺中建立有專門的SQL 數據庫，該數據庫的結構等決定了其與工廠MES 系統之間可直接對接，相互之間的信息傳輸不再受到限制，有利于保持生產計劃、執行階段的高度協同，減少數據傳輸不及時引發的問題[4]。首先，制造物料清單中包含的材料種類較多，如有主體材料、鋼筋、預埋件、模具等的完整信息，還存在生產期間的流程、參數、設備等數據，通過集成和分析這些信息，MES 系統的生產管理更具針對性，可提高生產加工效率，即使在生產與加工中遇到了問題，有關人員也可直接調取系統中的數據展開分析，鎖定問題并制定最佳方案。

3.4 應用效果

PC 建筑中合理利用BIM 技術，可有效發揮BIM 技術的優勢，特別是在設計—深化設計—生產階段以BIM技術為基礎構建Planbar+TIM 集成化平臺，在該平臺中集成各種建筑信息，使不同參與方之間能共享信息，以信息為基準制定決策。綜合PC 建筑中BIM 的應用情況，其作用主要體現在以下方面：

（1）有利于提高PC 構件的生產質量。設計、深化設計階段均能利用BIM 技術的模擬、協調功能，再經由碰撞檢查、標準化設計等，可及時處理PC 構件的設計問題，通過調整和優化參數、流程等減少PC 構件質量問題。得益于BIM 技術，PC 構件、預留預埋件、模具設計質量顯著提高，設計偏差大大降低。

（2）溝通協調更為便捷。由于PC 建筑的設計施工難度大、技術要求高，在任何階段都需要保障不同參與方之間的信息共享，如遇問題應及時協商與溝通。為BIM技術支持下構建的Planbar+TIM 平臺，在平臺中可集成大量的信息，不同參與方可在平臺內調取信息并相互溝通，避免了原先溝通不暢引發的工程質量或者安全問題。

（3）流程管理更為規范。PC 建筑的實施流程繁多，任一流程出現問題，與之相關的其他流程也會受到影響，從工程進度、質量、安全等管理角度，流程管理十分關鍵。而Planbar+TIM 集成管理平臺自帶流程管控功能，利用該功能可開展規范化管理，保障把不同流程之間的高度銜接。

4.案例分析

4.1 工程概況

以某PC 建筑為例，該工程的工藝特殊，為三明治墻體結構、夾心外保溫PC 技術，預制裝配式剪力墻結構體系，建筑面積超30 萬m3，占地面積為8.5 萬m3。由于本建筑的規模龐大、工藝特殊，為提高工程建設的質量與效益，工程企業引進了BIM 技術輔助設計與施工。

4.2 PC 建筑中的BIM 技術

4.2.1 設計階段

PC 建筑設計階段的核心任務是確定設計方案，設計人員需通過構建模型來實現對象的構件化、模數化，與此同時還需整合、分析項目所在地的氣象變化、場地環境、采光條件等因素。通過綜合分析優化原先的二維圖紙設計，得到三維可視化模型，全面還原建筑場地、結構等特點。有關人員在應用BIM 技術時需參考前期的體量模型、施工圖設計模型，選擇Ecotect、CFD 等專業軟件對于每一種方案的可行性，從技術、經濟、安全等角度優選方案。

概念設計環節，由Ecotect 的氣象分析工具全面統計建筑所在地的氣象信息，以此結果作為施工依據與參考；方案設計環節，保持BIM 模型與CFD 軟件的對接，分析建筑現場的風環境情況，展開一系列優化工作，采取措施為現場營造室外風環境、室內通風條件；將BIM 與Ecotect 建立聯系，分析建筑的自然采光情況，判斷其采光效果能否與建筑建設要求相一致，依據模擬與分析結果調整幕墻可見光相關數據[5]。

4.2.2 深化設計階段

PC 建筑中包含的構件數量多，不同構件往往存在屬性、尺寸等差異，深化設計時相關人員需利用Revit 給結構中的每個構件進行單獨、分塊參數化建模，如建筑中的預制夾心保溫外墻、預制樓梯、預制內墻等，均可通過參數化建模來優化設計。通過給內部預埋件、鋼筋、套筒、線盒管線等建模，能減少不同構件之間的沖突，提高構件質量水平。此外，利用BIM 技術進行的參數化建模，還可保障工作的便捷性，模型精度更高，即使后續涉及設計變更，調整也相對簡單，不再需要人工開展大量的計算與對比工作。

Navisworks 中配備有碰撞檢驗管理器，再加上具備可視化功能，在實際的工作中可全面評估各個設計細節，從微觀角度檢查預制裝配式結構節點布置是否合理，并以檢查結果為基準調整現澆核心區域、復雜節點鋼筋的排列，如檢查中發現不同管線、構件之間存在碰撞情況，需利用可視化來減少碰撞。深化模型具有碰撞檢測功能的前提下，專業人員利用Revit 能自動生成平面、立面、剖面圖、預制裝配式結構節點圖，即使后續出現設計變更，只需要在模型中進行即可，通過調整關鍵部分，與之相關的其他部分將同步變化。

4.2.3 生產階段

預制構件的生產質量關乎PC 建筑的質量與安全。正式的生產作業開始之前，有關人員需引入BIM 技術完成三維建模，在該模型中完整、準確地反映建筑中的混凝土、鋼筋、預埋件等各類構件的信息。模型中集成了全部的構件信息后，由軟件自動完成碰撞檢查，檢查結束后調整連接節點。BIM 模型能提供完整的預制構件模具設計的三維幾何數據、輔助數據，構件廠家依據其生產線自動拼模，與此同時將BIM 模型中的鋼筋數據導入到數控機床，由數控機床依據尺寸等信息自動調整生產參數，提高生產效率與質量。

4.2.4 施工階段

PC 建筑的設計、深化設計、生產階段等各項工作結束后，需立即進入施工階段。由于本工程項目的規模龐大，施工流程多，工藝要求較高，為減少施工現場的質量、安全、進度等問題，施工建設中工程企業可利用BIM 來模擬施工全過程，依據模擬過程及結果及時發現問題，制定可行的施工策略。施工企業可將BIM 模型與Project 之間建立聯系，通過二者的數據傳輸與共享為施工計劃的導入與導出提供便捷，使施工人員能利用模型自帶的功能評估和模擬施工作業，合理調配資源、安排工期。

結語：

建筑行業發展的過程中，PC 建筑的發展潛力巨大，其預制式、裝配式工藝能凸顯其在施工效率、施工成本、節能環保方面的作用。但目前的PC 建筑中BIM 技術必不可少，為提高PC 建筑施工建設水平，工程企業在當前及未來需持續研究BIM 技術的應用。