PKPM-BIM在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張聞 王威 吳鳳先

PKPM-BIM在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張聞1王威1吳鳳先2

（1.揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)，江蘇 揚(yáng)州 225009；2.南京市水務(wù)工程建設(shè)管理中心，江蘇 南京 210017）

基于PKPM-BIM軟件，結(jié)合整體裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)計(jì)算、構(gòu)件拆分、鋼筋碰撞檢測、結(jié)構(gòu)出圖、裝配率計(jì)算等方面對裝配式建筑的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行探索，同時(shí)為預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)提出了建議，為進(jìn)一步完善、發(fā)展裝配式建筑的設(shè)計(jì)提供有益的參考。

PKPM-BIM；裝配式建筑；預(yù)制構(gòu)件

引言

目前，裝配式建筑以其生產(chǎn)效率高、節(jié)省人工、環(huán)保節(jié)約等優(yōu)點(diǎn)得到國家的大力推廣和發(fā)展。與裝配式建筑的發(fā)展速度相比，裝配式建筑的設(shè)計(jì)方法略顯滯后。當(dāng)前的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法主要存在以下問題：一是可以通過BIM技術(shù)建立裝配式建筑的3D模型，但是針對模型缺乏可靠完整的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件；二是按照原有結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)后，對模型進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件拆分的效果并不理想。而PKPM-BIM軟件能夠在一定程度上克服上述缺點(diǎn)。筆者以某門診病房樓為例，重點(diǎn)研究PKPM-BIM軟件在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的全過程應(yīng)用，以期為裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供有益的參考。

1 PKPM-BIM簡介

PKPM-BIM軟件以PKPM2010為核心，提供包含預(yù)制構(gòu)件脫模、運(yùn)輸、吊裝過程中的計(jì)算工具，實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)分析、內(nèi)力調(diào)整、連接設(shè)計(jì)、三維拆分與預(yù)拼裝、碰撞檢查、構(gòu)件詳圖和材料統(tǒng)計(jì)，BIM數(shù)據(jù)直接接力到生產(chǎn)加工設(shè)備，真正實(shí)現(xiàn)裝配式建筑設(shè)計(jì)生產(chǎn)一體化。

2 PKPM-BIM在裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 工程概況

本工程為某門診病房樓，采用裝配整體式框架結(jié)構(gòu)形式。裝配式構(gòu)件布置在±0.00以上的地上結(jié)構(gòu)。預(yù)制構(gòu)件主要為水平構(gòu)件即疊合樓板（預(yù)制60 mm+，現(xiàn)澆70 mm）、預(yù)制框架梁（自梁頂預(yù)留120 mm高，與樓板現(xiàn)澆）以及樓梯梯段，構(gòu)件強(qiáng)度均為C30。

2.2 結(jié)構(gòu)模型建立

PKPM-BIM軟件模型建立包括軸網(wǎng)生成、模型管理、參數(shù)定義、構(gòu)件和荷載布置五大部分，與PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件相比，操作流程及功能基本相同。有明顯改變的是：本軟件可以直接導(dǎo)入AutoCAD等軟件的建筑施工圖，實(shí)現(xiàn)不同軟件的融合。因本工程建筑部分未建立BIM模型，此次建模通過導(dǎo)入建筑施工圖（CAD平面圖紙）的方式，本工程主要預(yù)制構(gòu)件是梁板等水平受力構(gòu)件，豎向構(gòu)件均為現(xiàn)澆，因此只選取標(biāo)準(zhǔn)層作為建模對象。

2.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

結(jié)構(gòu)計(jì)算分析包含PM數(shù)據(jù)計(jì)算和裝配式結(jié)構(gòu)計(jì)算兩部分。PM數(shù)據(jù)計(jì)算是對已建模型的內(nèi)力計(jì)算，等同于PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算部分。計(jì)算完成后，系統(tǒng)自動(dòng)生成PM數(shù)據(jù)文件，該計(jì)算文件無法打開，后續(xù)裝配式結(jié)構(gòu)計(jì)算直接讀取。

裝配式結(jié)構(gòu)計(jì)算是在將預(yù)制構(gòu)件在模型中進(jìn)行預(yù)制屬性定義后，進(jìn)行初步計(jì)算分析生成計(jì)算結(jié)果，系統(tǒng)自動(dòng)生成各構(gòu)件配筋情況。預(yù)制構(gòu)件配筋信息下方會(huì)用“PC”標(biāo)記，明顯區(qū)分于現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件。計(jì)算結(jié)果呈現(xiàn)后，關(guān)閉PKPM軟件，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)從PDB中導(dǎo)入計(jì)算完成后更新的結(jié)果以及從PM文件中讀取配筋結(jié)果，為接下來的構(gòu)件拆分作鋪墊。

本工程結(jié)構(gòu)體系為裝配式整體框架結(jié)構(gòu)，豎向荷載考慮結(jié)構(gòu)自重和樓面活荷載，荷載布置圖見圖1。同時(shí)，考慮水平風(fēng)荷載和水平地震力作用，經(jīng)過PM數(shù)據(jù)與裝配式計(jì)算后的配筋結(jié)果見圖2。

圖1 梁荷載布置三維模型

圖2 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析結(jié)果

2.4 深化設(shè)計(jì)

深化設(shè)計(jì)是本軟件裝配設(shè)計(jì)的核心部分，包括構(gòu)件拆分、碰撞檢查、預(yù)制率計(jì)算構(gòu)件統(tǒng)計(jì)以及構(gòu)件出圖等內(nèi)容，具體如下：

2.4.1 構(gòu)件拆分

PKPM-BIM裝配式設(shè)計(jì)中的構(gòu)件拆分依據(jù)是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ1-2014以及各地的地方性標(biāo)準(zhǔn)、國標(biāo)圖集，可以進(jìn)行拆分的構(gòu)件包括板、梁、柱和墻四大部分。本工程水平構(gòu)件為預(yù)制，因此只需對梁、板進(jìn)行拆分。拆分方式可選擇全模型自動(dòng)拆分，也可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要將構(gòu)件單獨(dú)拆分。本工程為梁板預(yù)制，采用后者拆分方式。

構(gòu)件拆分前要對拆分構(gòu)件的尺寸、吊裝重量、節(jié)點(diǎn)的連接方式、拆分規(guī)則以及墻板構(gòu)件的具體參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。拆分后的構(gòu)件可按照設(shè)計(jì)者需要導(dǎo)入構(gòu)件庫進(jìn)行分類儲(chǔ)存，便于后續(xù)設(shè)計(jì)的重復(fù)使用。梁板拆分步驟基本相同：拆分前需設(shè)定拆分參數(shù)，確定拆分標(biāo)準(zhǔn)。

本工程中疊合板選用鋼筋桁架，按單向板拆分，拆分模數(shù)可以根據(jù)需要進(jìn)行交互設(shè)置。若不進(jìn)行設(shè)置，系統(tǒng)將自動(dòng)按照地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)或裝配式深化設(shè)計(jì)拆分的相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行自動(dòng)拆分。梁在拆分時(shí)注意預(yù)制高度為梁高H-板厚h，拆分步驟同板。構(gòu)件拆分完成后梁板配筋也會(huì)自動(dòng)生成。本工程梁板拆分示意圖及鋼筋生成圖見圖3、圖4。

圖3 梁板拆分示意圖

圖4 疊合板配筋生成圖

圖5 鋼筋碰撞檢查結(jié)果

2.4.2 鋼筋碰撞檢查

鋼筋碰撞檢查分為鋼筋精細(xì)化和碰撞檢查兩部分。精細(xì)化是將鋼筋具體化、定位化。細(xì)化后梁板配筋非常清晰，可顯示鋼筋細(xì)節(jié)，便于后續(xù)的碰撞檢查，也有利于施工人員進(jìn)行現(xiàn)場控制。

碰撞檢查主要針對預(yù)制梁柱節(jié)點(diǎn)、梁板節(jié)點(diǎn)的鋼筋實(shí)體的碰撞檢測，屬于碰撞檢測中的硬檢測，以減少施工過程的不必要損耗，節(jié)約資源。以本工程梁柱節(jié)點(diǎn)為例，碰撞檢查結(jié)果：在梁柱鋼筋交接位置處檢測出碰撞點(diǎn)（圖5中“×”表示），即梁底部縱筋與柱縱筋發(fā)生碰撞，此時(shí)，需返回“深化設(shè)計(jì)”中的“拆分設(shè)計(jì)”進(jìn)行重新設(shè)定，根據(jù)設(shè)計(jì)需求選擇避讓方式及避讓尺寸。

2.4.3 預(yù)制率及計(jì)算統(tǒng)計(jì)

利用PKPM-BIM中的預(yù)制率統(tǒng)計(jì)功能，能夠快速得出整個(gè)模型中各種類型裝配單元的算量統(tǒng)計(jì)表，以及具體預(yù)制構(gòu)件的材料用量以及尺寸參數(shù)，也可計(jì)算裝配式建筑的體積裝配率和重量裝配率以及構(gòu)件的材料用量，有利于后期工程造價(jià)控制與管理。

2.5 構(gòu)件鋼筋出圖

在深化設(shè)計(jì)完成后，軟件可自動(dòng)完成全套加工圖紙的繪制。在“詳圖及加工數(shù)據(jù)”命令中對圖紙的基本參數(shù)、視圖、顏色、填充、標(biāo)題欄信息進(jìn)行設(shè)置，圖紙可以保存多種格式文件，也可以按DWG、DXF等格式導(dǎo)出文件，供后續(xù)二次編輯。以本工程預(yù)制板為例，平面圖15～16軸與B～C軸中的預(yù)制板，短邊凈跨尺寸為3 000 mm，軟件系統(tǒng)按默認(rèn)模數(shù)自動(dòng)拆分為一塊1 600 mm和一塊1 400 mm（見圖6），拆分后預(yù)制板配筋三維示意圖見圖7。

圖6 PKPM-BIM板拆分結(jié)果

圖7 預(yù)制板配筋三維示意圖

3 結(jié)語

本文基于PKPM-BIM軟件，從結(jié)構(gòu)計(jì)算、構(gòu)件拆分、鋼筋碰撞檢測、結(jié)構(gòu)出圖、裝配率計(jì)算等方面對整體裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與裝配設(shè)計(jì)有機(jī)統(tǒng)一起來，實(shí)現(xiàn)了裝配式建筑的全過程設(shè)計(jì)。同時(shí)，裝配設(shè)計(jì)中的鋼筋碰撞檢查以及預(yù)制構(gòu)件統(tǒng)計(jì)計(jì)算，能夠提高裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的施工效率，為工程造價(jià)的合理控制與管理奠定了基礎(chǔ)。

[1]鄭惠珍.PKPM-BIM軟件在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J].黎明職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2019(1):85-90.

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Application Research of PKPM-BIM in Prefabricated Buildings Design

Zhang Wen1, Wang Wei1, Wu Fengxian2

Based on the PKPM-BIM software and the integrated prefabricated concrete structure, this paper explores the design process of the prefabricated building from the aspects of structural calculation, component splitting, steel bar collision detection, structure drawing, prefabrication rate calculation, etc. The recommendations are made for the production prefabricated components. The research results of this paper provides a useful reference for further improving and developing the design of prefabricated buildings.

PKPM-BIM; prefabricated buildings; prefabricated component

TU17

A

1009－8429(2019)02－0001－04

2019-05-11

2018年揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)校級科研項(xiàng)目（20148ZR24）；2017年江蘇省建設(shè)系統(tǒng)科技指導(dǎo)性項(xiàng)目（2017ZD083）。

張 聞（1981－），女，揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院講師；

王 威（1975－），男，揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院講師；

吳鳳先（1984－），男，南京市水務(wù)工程建設(shè)管理中心工務(wù)科工程師。