Tekla BIM技術在上海城建PC建筑深化設計中的應用

夏海兵 熊 城

(上海城建集團，上海 200032)

1 概述

預制裝配式住宅(簡稱PC)，指先在工廠生產(chǎn)加工主要構(gòu)件等，然后再通過運輸工具送到工地現(xiàn)場，最后在現(xiàn)場拼裝成完整的住宅建筑。PC建筑具有施工工期短，投資回收快;施工方便，節(jié)能環(huán)保;高質(zhì)量，出色地強度，品質(zhì)和耐久性等優(yōu)點。在日本，一幢5層樓民用住宅采用全PC構(gòu)件組裝，安裝完工僅需10天。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，應用PC建筑技術，建造速度相比傳統(tǒng)施工工藝可提高30%—50%。工廠化生產(chǎn)的PC構(gòu)件，無論強度、品質(zhì)、耐久性和抗震性能均大大高于現(xiàn)場澆注的混凝土結(jié)構(gòu)，也更能滿足“節(jié)能”和“環(huán)境友好型”設計的要求。例如，用在PC建筑中的預制混凝土夾芯保溫復合墻板，就是事先將保溫材料像夾心餅干一樣做在混凝土墻體中，這樣就不易受外界環(huán)境侵蝕，建筑的保溫性能和安全性也更好。Tekla Structures是第一款用于混凝土結(jié)構(gòu)的BIM軟件。預制混凝土的制造者及深化設計員可受益于其獨一無二的3D結(jié)構(gòu)建模和詳細深化工具，它們可以用來創(chuàng)建任何形式的混凝土結(jié)構(gòu)。Tekla BIM模型在整個工程建造的過程中可以共享，這些過程包括結(jié)構(gòu)設計、深化設計、制造以及施工階段，從而可以形成一個完整的項目流程。參與者可以從共享的模型中創(chuàng)建任何圖紙、報告或者其它形式的輸出。和基于2D的CAD圖紙相比，Tekla BIM模型可以帶來高效率及準確性，在整個項目過程中全面提高生產(chǎn)率。

圖1 PC構(gòu)件現(xiàn)場吊裝

預制裝配式建筑將傳統(tǒng)的建筑構(gòu)件化、模數(shù)化，并以工業(yè)化的方式生產(chǎn)，相比一般建筑，PC建筑自身特點使它適合應用 Tekla BIM技術，我們把Tekla BIM技術應用到PC建筑，充分結(jié)合二者的優(yōu)勢，把整個建筑流程的信息更好的集成起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，構(gòu)建各個專業(yè)協(xié)調(diào)工作的平臺，減少重復勞動，從而進一步提升PC建筑的效率。

2 創(chuàng)建PC項目的Tekla BIM模型

Tekla Structures軟件包含了所有可以在實際建筑結(jié)構(gòu)中找到的對象的零件命令，它支持3D環(huán)境中的參數(shù)化建模，我們在使用的零件屬性對話框中定義好對應的參數(shù)(名稱、截面、強度等)，甚至還可以在零件用戶定義屬性中添加定制的參數(shù)，就可以很快的創(chuàng)建出需要的Tekla BIM模型。

此外，還可以使用Tekla的整合功能，將其它軟件中創(chuàng)建的3D模型轉(zhuǎn)成Tekla中的結(jié)構(gòu)模型。例如在上海首個住宅產(chǎn)業(yè)化示范基地—“上海城建預制裝配式建筑研發(fā)中心”2號實驗樓項目中，我們將Revit中創(chuàng)建完成的2號樓模型輸出為IFC(Industry Foundation Class，即工業(yè)基礎標準)格式，然后在Tekla中，以參考模型的形式導入此IFC文件，再利用Tekla內(nèi)置的“轉(zhuǎn)換IFC對象”功能直接將參考模型轉(zhuǎn)化為可編輯、深化的Tekla BIM模型。

結(jié)構(gòu)模型搭建之后，可以利用Tekla Structures豐富的內(nèi)置混凝土配筋節(jié)點進行配筋，所有參數(shù)，包括鋼筋的混凝土保護層厚度，主筋的長度、半徑、等級、箍筋的數(shù)量、間距、加密區(qū)及非加密區(qū)的詳細布置等等都可以直接在形象的配筋節(jié)點對話框中設置。

此外，我們大部分時候總會有特殊的配筋節(jié)點要求，而這時Tekla Structures自帶的節(jié)點就無法滿足我們的需要。不過Tekla開放的節(jié)點庫允許用戶二次開發(fā)參數(shù)化節(jié)點并保存在節(jié)點庫中隨時可以調(diào)用。

3 BIM模型的應用

創(chuàng)建好的Tekla BIM模型是集成了項目大量信息的數(shù)據(jù)模型，這里的信息不僅是三維幾何信息，還包括了各種非幾何信息但又非常重要的數(shù)據(jù)，如構(gòu)件的材質(zhì)、空間定位、時間屬性、編碼等等。這樣的一個數(shù)據(jù)模型，不僅能用于設計階段，還可以用于工廠建造，運輸管理，施工管理乃至整個建筑生命周期的各個階段。下文將對我們應用Tekla BIM模型的情況作一個簡單的介紹。

圖2 上海某大型保障性居住社區(qū)住宅Tekla模型

3．1 智能碰撞檢查

我們需要從信息繁多的BIM模型中找到原有設計的不合理信息繼而優(yōu)化我們的設計。比如從圖6可以看到，完成配筋的整個Tekla BIM模型鋼筋錯綜復雜，由此模型生成的PC構(gòu)件圖將直接用于指導加工生產(chǎn)和現(xiàn)場吊裝，模型中PC構(gòu)件、主筋、箍筋、拉結(jié)筋、K支架等是否存在不合理碰撞，如圖7所示的關鍵位置，這是預制梁柱連接部位，預制梁a、b、c均有25mm擱置在下方預制柱a的頂部，中間的灰色區(qū)域需要在現(xiàn)場澆筑完成。這個區(qū)域梁和柱的主筋密集交錯排布，一旦發(fā)生碰撞，這將給現(xiàn)場的吊裝帶來極大地不便。無論是返回到工廠修改或是在現(xiàn)場整改都將延誤工期，造成大量的人工及材料的浪費。

圖3 Revit建筑模型轉(zhuǎn)化為Tekla結(jié)構(gòu)模型

我們利用Tekla Structures軟件自帶的碰撞檢查功能可以很好解決這樣的隱患，在設計階段就提前發(fā)現(xiàn)問題并可以很方便的利用鋼筋的參數(shù)進行設置調(diào)整，避免施工階段的返工。

圖4 Tekla內(nèi)置板配筋節(jié)點

圖5 Tekla參數(shù)化配筋節(jié)點

3．2 自動生成PC構(gòu)件深化圖

以上海城建浦江保障房一期PC項目為例，這個項目一期的預制構(gòu)件近1萬5千根，如果所有的預制構(gòu)件圖紙都以傳統(tǒng)二維方式生成，那么出圖的工作量將無比巨大，而一旦設計有了變更，修改的工作量也是異常艱巨，更難以想象的是，由于設計更改導致的所有圖紙修改都必須由人腦來考慮，可以預知，那樣導致的圖紙錯誤將是不可避免的。

有了Tekla BIM模型，我們可以直接由模型自動生成各平、立、剖面圖以及PC構(gòu)件深化詳圖，有別于傳統(tǒng)CAD創(chuàng)建的數(shù)據(jù)孤立的二維圖紙，Tekla自動生成的圖紙和模型動態(tài)鏈接，一旦模型數(shù)據(jù)發(fā)送修改，與其關聯(lián)的所有圖紙都將自動更新。

圖6 上海某大型保障性居住社區(qū)住宅完整Tekla配筋模型

我們還根據(jù)每個構(gòu)件的三維定位屬性生成其獨有的構(gòu)件編碼(非構(gòu)件編號)，并定制了Tekla模板文件在澆筑體圖紙中以條形碼的形式生成構(gòu)件編碼。在構(gòu)件加工廠，工人在每個構(gòu)件中都置入一個RFID(Radio Frequency Identification無線射頻識別)芯片，用定制的手持設備掃描構(gòu)件對應的加工圖紙上條形碼來讀取構(gòu)件的唯一編碼以寫入進RFID芯片中，每個構(gòu)件中都永遠跟隨一個標識芯片，同時這個編碼與芯片的關聯(lián)信息還會通過現(xiàn)場無線局域網(wǎng)傳輸進遠程的管理系統(tǒng)，而且在構(gòu)件加工、運輸、吊裝的任何階段，工人都會將每個構(gòu)件的即時狀態(tài)通過手持設備掃描芯片并傳輸?shù)缴虾３墙ü芾硐到y(tǒng)。這樣，任何構(gòu)件的加工狀態(tài)、吊裝狀態(tài)甚至是在建筑運營階段的狀態(tài)都是可監(jiān)控的，從而實現(xiàn)構(gòu)件乃至整個建筑的全生命周期管理。

3．3 自動統(tǒng)計材料清單及創(chuàng)建各類報表

Tekla BIM模型是一個包含豐富工程信息的數(shù)據(jù)庫，可以根據(jù)軟件自帶或自定制的各類模板進行工程量統(tǒng)計，可以真實地提供造價管理需要的工程量信息，軟件可以快速對各種構(gòu)件進行統(tǒng)計分析，減少了繁瑣的人工操作和潛在錯誤，實現(xiàn)工程量信息與設計方案的完全一致。

3．4 4D施工模擬

建筑施工是復雜的動態(tài)工作，它包括多道工序，其施工方法和組織程序存在多樣性和多變性的特點，目前對施工方案的優(yōu)化主要依賴施工經(jīng)驗，存在一定局限性，而模擬施工過程就是通過仿真手段，設計和制定施工方案，同時也可以發(fā)現(xiàn)實際施工中存在的問題或可能出現(xiàn)的問題。在上海首個住宅產(chǎn)業(yè)化示范基地—“上海城建預制裝配式建筑研發(fā)中心”2號實驗樓項目中，我們在Tekla BIM模型中導入MSProject編制完成的2號實驗樓施工計劃甘特圖，將3D模型與施工計劃相關聯(lián)，Tekla中的任務管理器可以將施工計劃時間寫入相應構(gòu)件的用戶定義屬性中，這樣就在Tekla 3D模型基礎上加入了時間因素，使其變成一個可模擬現(xiàn)場施工及吊裝管理的4D模型。

圖13 構(gòu)件參數(shù)中已自動加入時間屬性

在4D施工展示中，輸入任意一個日期去查看當天現(xiàn)場的施工情況。下圖中，綠色構(gòu)件表示在輸入的日期之前已經(jīng)吊裝完成，而紅色構(gòu)件表示當天正在吊裝。

除了進行項目的4D模擬之外，我們在Tekla模型中還對項目進行簡易的吊裝模擬，讓施工人員更加直觀地了解施工工序，提前規(guī)劃吊車位置及路徑、定制并優(yōu)化構(gòu)件吊裝計劃，使吊裝過程更加有序性、科學性。

4 總結(jié)

我們在PC設計及深化中應用Tekla BIM技術，將傳統(tǒng)的二維圖紙?zhí)嵘饺S建筑BIM模型，使得我們的PC設計及深化做到盡善盡美。我們在可視化的BIM模型中集成了大量的項目信息，模型碰撞檢查、工程量統(tǒng)計、構(gòu)件深化圖等工作都可以實現(xiàn)自動化，很大的提高了PC設計與深化的工作效率及準確性。而同樣利用模型可視化的功能實現(xiàn)的4D項目管理，可以幫助我們檢驗施工方案的合理性，協(xié)助項目管理人員精確有效的管理PC建筑的施工。通過這些應用，我們可以看出Tekla BIM技術在預制裝配式住宅乃至整個建筑行業(yè)的應用前期都非常廣闊，但是我們也要看到它的美中不足，比如它的4D(3D+時間)、5D(3D+時間+成本)功能的不足與缺陷，異形構(gòu)件配筋功能的殘疾、圖紙中尺寸標注的不夠智能化。我們希望Tekla公司能夠不斷完善軟件功能，帶給我們用戶更加完美的軟件應用體驗。

［1］趙志平，賈俊禮，張現(xiàn)林．基于BIM的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的虛擬現(xiàn)實表現(xiàn)．土木建筑工程信息技術，2011，4(1):73-75．

［2］劉穎．像造汽車一樣建房子．解放軍日報．

［3］熊誠．BIM技術在PC住宅產(chǎn)業(yè)化中的應用，2012，06:17-20．

［4］李恒，郭紅領，黃霆等．推進中國住宅工業(yè)化進程的關鍵技術［J］．土木建筑工程信息技術，2009(2):15-22．

［5］何關培．中國工程建設BIM應用研究報告，2011．

［6］何關培．BIM總論［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011．