淺析基于BIM的PC住宅在新農(nóng)村民居建設中的應用

姜　曦

(成都師范學院,成都　611130)

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淺析基于BIM的PC住宅在新農(nóng)村民居建設中的應用

姜曦

(成都師范學院,成都611130)

文章結合目前新農(nóng)村的建設，提出了將PC住宅用于新農(nóng)村民居建造。同時，分別從結構系統(tǒng)選擇、構件功能、環(huán)保性等方面闡述了PC住宅在新農(nóng)村建設中的優(yōu)勢和適用性，并提出了基于BIM技術的PC住宅設計施工過程控制方法。通過實例說明了PC農(nóng)村住宅建造的流程和達到的節(jié)能效果。

PC住宅； 新農(nóng)村； BIM； 應用

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.04.18

1　引言

今天，我國的新農(nóng)村建設正在廣大國土上有條不紊地推進著，其中一個重要的內(nèi)容就是村莊村落的民居建設，即“新民居”建設。各省都在大力推進農(nóng)村新民居建設，比如河北省從2000年以來，民居建設規(guī)模每年均在2 000萬m2以上，投資額每年都超過了100億元，近幾年更是有多無少。與此同時，國家保障性住房也開始向農(nóng)村延伸，農(nóng)村人居環(huán)境改善將是推進新型城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的一個重要部分?？梢哉f，新農(nóng)村民居的大規(guī)模建設已經(jīng)開始。然而現(xiàn)在的農(nóng)村民居建設已大大有別于過去，首先在提倡土地節(jié)約和強調(diào)人居環(huán)境的今天，不再是粗獷性的分散建設，而更多地是統(tǒng)一規(guī)劃，集中建設； 其次隨著農(nóng)民生活水平的逐年提高，對房屋的要求也不再是“能住就行”，對房屋的外觀、舒適性和功能性也有了更高的要求。

因此如何一方面保證規(guī)定時間內(nèi)的規(guī)?；ㄔO任務，另一方面保證農(nóng)村民居的建筑質(zhì)量和耐久性，同時又滿足節(jié)能環(huán)保、綠色多功能和舒適性，將

是建筑行業(yè)面臨的新問題。

2　PC住宅

2.1PC住宅定義

建筑PC技術，即在工廠中通過標準工業(yè)化方式加工生產(chǎn)的建筑混凝土制品，其源自上個世紀60年代，過去多用于小型建筑構件，在21世紀初曾由于適用條件等多種原因淡出過人們的視線，但隨著我國建筑市場中現(xiàn)澆結構體系弊端逐漸趨于明顯化，以及國外的住宅產(chǎn)業(yè)化成功經(jīng)驗，建筑行業(yè)在近幾年掀起了“建筑工業(yè)化”、“住宅產(chǎn)業(yè)化”的浪潮，因此PC技術又隨之進入了一個嶄新的時代，即用于建筑整體的修建。國內(nèi)萬科、遠大等知名企業(yè)現(xiàn)已紛紛開始推行PC住宅，即將住宅的部分或全部構件在工廠預制完成，然后運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，再將構件通過可靠的連接方式組裝而建成的住宅。

2.2PC住宅的優(yōu)點

與傳統(tǒng)的住宅建造方式相比，PC住宅無論是在建造質(zhì)量，還是在綠色環(huán)保上都具有明顯的優(yōu)勢，如下表。

表1　住宅建造方式對比表

傳統(tǒng)住宅建造方式PC住宅建造方式勞動生產(chǎn)率現(xiàn)場作業(yè),生產(chǎn)效率較低工廠生產(chǎn),生產(chǎn)效率高資源能源消耗耗地、耗水、耗能、耗材循環(huán)經(jīng)濟特征明顯,資源節(jié)約環(huán)境污染垃圾高、揚塵嚴重、噪音大噪聲低,揚塵少,垃圾回收率提高施工人員勞動時間長、人員需求多勞動時間短、勞動力資源節(jié)省建筑壽命可改造差,建筑壽命低更好的可改造性,住宅壽命長質(zhì)量安全安全事故隱患大安全事故隱患低

3　PC技術應用

結合目前新農(nóng)村民居建設的大力推行，PC技術是否適用，是否能有效地解決新民居建設中面臨的問題，我們從以下幾個方面進行分析。

3.1PC結構體系

結構體系是PC住宅的核心內(nèi)容，其直接影響到住宅的安全性和造價。目前，PC住宅常用的建筑材料包括鋼材和鋼筋混凝土，從受力體系上其可分為預制裝配整體式框架結構、預制裝配整體式剪力墻結構和預制裝配整體式框剪結構。那么什么樣的結構更適用于農(nóng)村新民居？不難發(fā)現(xiàn)目前新農(nóng)村民居常見的類型一是獨棟住宅，此類住宅樓層往往只有2～3樓，建筑面積在400m2以下； 二是安置小區(qū)中的電梯公寓，此類住宅樓層在10～30樓之間，單棟建筑面積在20 000～50 000m2。

從受力體系來說，第一類住宅整體荷載較小，對地基要求不高，可選用框架結構或剪力墻結構，PC率可達到100%。若是選擇框架結構，可采用框架加掛板的形式，此種方式優(yōu)點在于墻體自重小，拼裝難度相對較低，缺點在于過多的拼裝縫對防水處理有一定的影響； 若是采用剪力墻結構，優(yōu)點在于住宅整體性較好，但自重大，運輸安裝相對困難。

對于第二類住宅——電梯公寓，其屬于高層建筑，結構方面要求較高，因此應采用框剪結構，同時可采用全預制和半預制的方法，如遠大集團的新方舟酒店PC項目，其采用鋼構件加PC掛板的全預制方式。但是考慮到新農(nóng)村民居的整體性要求和造價，建議采用PC構件加部分現(xiàn)澆的方式，如疊合板技術。

3.2PC住宅構件

PC住宅構件除具備傳統(tǒng)墻體所具有的分隔、承重功能以外，可根據(jù)新民居的建設要求在預制過程中集成新技術實現(xiàn)更多的功能，以提高住宅的功能性和舒適性，如在北方廣大農(nóng)村地區(qū)，此地區(qū)溫差較大，但日照充分，即可一方面在PC墻體構件中集成太陽能面板，另一方面將新型保溫材料預制進墻體構件，實現(xiàn)住宅的綠色環(huán)保。

另外，墻體、樓板等建筑構件的耐久性會直接影響到住宅的使用。傳統(tǒng)農(nóng)村民居的修建多采用框架現(xiàn)澆加墻體砌筑的方式，且多為自建，并無相應的施工管理，同時工人水平也參差不齊，導致建筑質(zhì)量整體較差，因此房屋耐久性較差，在地震等自然災害中也容易出現(xiàn)較大程度的損害。而PC技術最大的特點就在于建筑構件生產(chǎn)的標準化和工廠化，一方面PC構件工廠其生產(chǎn)條件遠遠優(yōu)于施工現(xiàn)場，其既保證了建筑構件本身的質(zhì)量，也減少了現(xiàn)場施工對環(huán)境的污染； 另一方面，規(guī)?；臉嫾A制能大大縮短現(xiàn)場施工中養(yǎng)護等待的時間，對于工期的影響就顯而易見。

此外，標準化構件也為PC住宅的改建和后期維護提供了便捷的方式。在農(nóng)村民居中常出現(xiàn)的改建是房屋的加高和加寬，以增加更多的建筑使用面積，然而傳統(tǒng)的方式是在現(xiàn)有樓層上直接進行搭建，其與已有建筑的連接薄弱，抗震性較差。而PC住宅其構件在預制時均留有連接節(jié)點，因此后期的改擴建仍可通過墻體或樓板上的預留節(jié)點完成連接，其住宅整體高，抗震性能好。

3.3基于BIM的設計和施工

對于PC住宅來說，構件預制的準確性會直接影響到現(xiàn)場拼裝的質(zhì)量，同時PC構件生產(chǎn)、運輸、現(xiàn)場拼裝的順序都會直接影響到施工質(zhì)量和施工工期。因此，我們引入目前建筑行業(yè)中革命性的新技術——建筑信息模型來完成整個設計施工的過程控制。

建筑信息模型(Building Information Modeling，簡稱BIM)是將工程項目中相關信息數(shù)據(jù)融入到三維建筑模型的建立過程中，后可通過計算機技術仿真模擬該項目所具有的真實信息。它具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點。在設計階段，我們可以在可視條件下完成整個住宅的初步方案、施工圖等設計環(huán)節(jié)，并且利用BIM的協(xié)同技術完成土建、設備、結構等專業(yè)間的設計整合，最大限度地避免了后期的設計變更。因為設計變更對于PC住宅來說，是成本增加的主要因素之一。即使出現(xiàn)了必要的設計變更，我們也可通過BIM快速地完成各專業(yè)的設計修改以確保工期。在施工階段，我們可以事先通過BIM的仿真模擬技術完成PC住宅的虛擬建造過程來確定構件生產(chǎn)、運輸、吊裝的先后次序，以保證現(xiàn)場施工的準確性。

4　實例

以某農(nóng)村新民居建設為例，該新民居為20棟獨棟住宅，要求每棟住宅的建筑面積為200m2。項目采用PC住宅，結構體系為剪力墻結構。通過前期的資料收集，利用BIM技術完成了項目設計方案和施工方案：

4.1初步方案階段

結合當?shù)氐默F(xiàn)場條件，完成了該居民區(qū)的建筑初步方案和規(guī)劃方案。同時，利用BIM綠色分析軟件Ecotect對建筑設計方案和規(guī)劃方案進行了分析。例如對單棟建筑方案進行了日照、熱量等方面的綠色分析，對整個居民區(qū)的建筑布局也進行了相關分析，并根據(jù)分析的結果修改了初步方案。

圖1　日照時間分析

圖2　風分析

圖3　熱量分析

4.2施工方案的初定及出圖階段

此階段主要完成了住宅的建筑設計，同時通過BIM完成了土建、結構、管線的專業(yè)設計過程，并通過模型碰撞進行了專業(yè)間的協(xié)調(diào)，最終完成施工圖的設計工作。

圖4　BIM土建模型

圖5　BIM管線模型

圖6　工程量統(tǒng)計

4.3PC構件設計階段

此階段通過BIM技術完成對住宅構件的拆分和編碼工作，同時確定構件的連接節(jié)點，完成構件的出圖工作。

圖7　PC構件節(jié)點圖

圖8　PC構件編碼

圖9　虛擬拼裝

4.4施工階段

通過BIM的虛擬建造，確定構件生產(chǎn)、運輸和現(xiàn)場安裝的順序后，完成施工。

項目完成后經(jīng)過測算，此項目采用PC住宅方式，較傳統(tǒng)方式相比較其施工過程中耗能減少了75.4%，耗水減少了63.5%，現(xiàn)場使用的建筑材料中80%可回收利用，同時每棟住宅的套內(nèi)面積增加了8.4%，提前1個月完成了項目，并且整個施工對環(huán)境的影響幾乎為0。

5　結語

在大力推行建筑信息技術、建筑工業(yè)化技術的今天，有效地將PC住宅技術用于新農(nóng)村民居建設是完全可行的，其不僅能滿足新民居建設的基本需要，也符合我國所倡導的綠色建筑理念，可以說在一定程度上也推動了我國建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。當然，目前PC住宅并不是適用于所有的新農(nóng)村民居建設，其具有一定的局限性，同時其與建筑行業(yè)自身的發(fā)展息息相關。此外建立一套適用于新農(nóng)村PC住宅的規(guī)范標準也是有待我們解決的問題。

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Feasibility Study on Application of PC Residence based on BIM in New Rural Residential Construction

Jiang Xi

(ChengduNormalUniversity，Chengdu611130，China)

By studying the new rural construction, this article introduces PC residence for new rural residential construction. It discusses the advantages and applicability of PC residence in the new rural construction from such aspects of the choice of structural system, functional components, and environmental protection. Meanwhile, the control methods in design and construction for PC residence based on BIM are put forward. Through the example，the construction process and effect of energy saving of PC residence is explained.

PC Residence; New Countryside; BIM; Application

基于BIM的建筑工業(yè)化技術在新農(nóng)村建設中的應用研究(編號：14ZB0333)

TU241.4

A

1674-7461(2016)04-00100-05