BIM技術(shù)在PC裝配式建筑中的應(yīng)用

曾杰

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司）

1 引言

PC裝配式建筑通過(guò)在建筑構(gòu)件加工廠提前加工完成預(yù)制構(gòu)件，再運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行建筑組裝建造，也稱(chēng)為裝配式建筑。裝配式建筑具有建筑工期短、建筑施工對(duì)環(huán)境影響小、建筑施工精準(zhǔn)化等優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)代建筑中占據(jù)越來(lái)越重要的地位。與此同時(shí)，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(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了廣泛應(yīng)用，BIM技術(shù)與裝配式建筑的一體化應(yīng)用，具有廣闊的發(fā)展前景。BIM技術(shù)應(yīng)用在PC裝配式建筑的各個(gè)階段，能夠有效提高建筑效率，解決預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)與生產(chǎn)之間的溝通問(wèn)題，優(yōu)化施工方案，提高構(gòu)件精度，控制建設(shè)質(zhì)量，精準(zhǔn)化裝配方式，實(shí)現(xiàn)建筑從設(shè)計(jì)施工到交付運(yùn)營(yíng)的一體化生產(chǎn)。

2 工程實(shí)例概況

本工程項(xiàng)目為PC裝配式住宅建筑項(xiàng)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(chǔ)為筏板基礎(chǔ)，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為6級(jí)。12-1#樓為PC預(yù)制裝配式住宅，建筑設(shè)計(jì)與施工同傳統(tǒng)的混凝土澆筑施工不同，項(xiàng)目前期方案制定差異較小，在進(jìn)入設(shè)計(jì)階段后，PC預(yù)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(wèn)題，本工程采用BIM技術(shù)對(duì)PC構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)及現(xiàn)場(chǎng)模擬施工、碰撞檢測(cè)等，從而保障工程順利實(shí)施。

3 BIM技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在PC裝配式建筑中，設(shè)計(jì)階段最關(guān)鍵的問(wèn)題就是設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，確保預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)與后期施工建造的標(biāo)準(zhǔn)后，以避免預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)與施工要求不符，造成材料浪費(fèi)，影響施工質(zhì)量、進(jìn)度和工程效益[1]。利用BIM技術(shù)，通過(guò)創(chuàng)建PC構(gòu)件族庫(kù)，搭建BIM建筑模型，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

3.1 創(chuàng)建PC構(gòu)件族庫(kù)

PC裝配式建筑的建造方式是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)組裝預(yù)制好的建筑構(gòu)件完成的。在應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)建模中，Revit建模是通過(guò)對(duì)不同族樣板建模修改達(dá)到建模目的的，即模型中的各個(gè)建筑部位都表示不同種類(lèi)的“族”，也可以成為構(gòu)件族，例如建筑結(jié)構(gòu)中的預(yù)制疊合梁板、結(jié)構(gòu)柱等不同構(gòu)件。通過(guò)獨(dú)立編輯構(gòu)件族文件，并能夠在不同項(xiàng)目中進(jìn)行重復(fù)使用，從而有效提高裝配式建筑設(shè)計(jì)的PC構(gòu)件設(shè)計(jì)效率[2]。在PC構(gòu)件族庫(kù)建立中，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、參數(shù)化要求，每個(gè)預(yù)制構(gòu)件在構(gòu)件族數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息都應(yīng)當(dāng)包括結(jié)構(gòu)體系、使用年限、尺寸信息、物理力學(xué)性能、材料狀況、工程項(xiàng)目信息、安裝信息等，方便后期建造環(huán)節(jié)及其他項(xiàng)目使用時(shí)及時(shí)了解預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化信息。本工程中，主要根據(jù)項(xiàng)目實(shí)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(jiàn)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(yù)制構(gòu)件模塊設(shè)計(jì)

在BIM系統(tǒng)中，利用裝配式預(yù)制構(gòu)件族庫(kù)，設(shè)計(jì)人員只需根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙修改尺寸就可以得到相應(yīng)的預(yù)制構(gòu)件數(shù)據(jù)。搭建裝配式建筑BIM模型時(shí)，可以將各個(gè)部位預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行模塊化整合，從而實(shí)現(xiàn)模型搭建，既可以有效節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間，也可以為設(shè)計(jì)人員優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件提供充足空間。在BIM系統(tǒng)下，PC裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件模塊設(shè)計(jì)還可以實(shí)現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等各專(zhuān)業(yè)的協(xié)同，得出相應(yīng)模塊，再通過(guò)碰撞檢測(cè)，確定裝配式建筑的模塊模型，最終根據(jù)模型進(jìn)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(dǎo)。

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

在PC構(gòu)件生產(chǎn)中，通過(guò)BIM技術(shù)能實(shí)現(xiàn)預(yù)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(biāo)準(zhǔn)化和精確化。同時(shí)，借助BIM信息平臺(tái)還可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件生產(chǎn)廠商與設(shè)計(jì)方的協(xié)同，及時(shí)對(duì)構(gòu)件參數(shù)進(jìn)行溝通，確保構(gòu)件參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，對(duì)于較為復(fù)雜的預(yù)制構(gòu)件，利用BIM還可以模擬組裝方式，及時(shí)發(fā)現(xiàn)構(gòu)件參數(shù)數(shù)據(jù)存在的問(wèn)題，交由設(shè)計(jì)人員進(jìn)行優(yōu)化，避免構(gòu)件不合格造成損失。同時(shí)，將BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)RFID技術(shù)，掃描相應(yīng)標(biāo)簽，可以在預(yù)制構(gòu)件BIM中心數(shù)據(jù)庫(kù)中隨時(shí)查閱構(gòu)件的全流程信息，真正實(shí)現(xiàn)追根溯源，并且在建筑交付后，還可以通過(guò)構(gòu)件定位追蹤，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析[3]（見(jiàn)圖2）。

圖2 頻段識(shí)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(yīng)用

本工程中，借助BIM技術(shù)的模擬性特點(diǎn)，對(duì)工程組裝施工進(jìn)行了模擬，及時(shí)發(fā)現(xiàn)構(gòu)件裝配過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并將構(gòu)件施工模擬情況反饋至建筑建造各方，通過(guò)數(shù)據(jù)溝通實(shí)現(xiàn)對(duì)施工模擬問(wèn)題的協(xié)同設(shè)計(jì)和施工方案調(diào)整，提高裝配施工方案的精細(xì)化，確保施工質(zhì)量。例如，在BIM模型中搭建施工現(xiàn)場(chǎng)平面3D模型，確定吊裝機(jī)具等設(shè)備施工現(xiàn)場(chǎng)布置方案；同時(shí)，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(guān)鍵點(diǎn)，確定施工工序。其中，對(duì)施工質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)還可以進(jìn)行重點(diǎn)施工模擬，通過(guò)構(gòu)建虛擬施工環(huán)境，確定各環(huán)節(jié)施工關(guān)系及施工工序，然后進(jìn)行施工過(guò)程模擬并分析其結(jié)果，判斷施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)是否滿(mǎn)足施工要求，綜合分析其施工結(jié)果是否達(dá)到最優(yōu)。

6 BIM技術(shù)在PC裝配式建筑信息化管理中的應(yīng)用

6.1 設(shè)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(duì)其進(jìn)行了數(shù)據(jù)控制與管理。在工程竣工階段，借助BIM模型進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件數(shù)據(jù)值的查詢(xún)，并利用其預(yù)警功能，深入分析建筑運(yùn)行情況，為工程驗(yàn)收及維護(hù)人員提供有效依據(jù)，及時(shí)解決存在的問(wèn)題。例如，在設(shè)備管理中，管理人員可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接BIM模型，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)，提前設(shè)置好預(yù)警閾值，一旦設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)超出正常值范圍則及時(shí)發(fā)出警報(bào)，管理人員可根據(jù)故障預(yù)警及時(shí)采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，從而及時(shí)控制故障問(wèn)題，降低設(shè)備故障造成的損失。

6.2 應(yīng)急決策管理信息化

BIM預(yù)制裝配式建筑模型中，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，建立建筑事故快速應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制。本工程中，利用BIM模型實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑物的全時(shí)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(shí)發(fā)出異常警報(bào)，同時(shí)還可以準(zhǔn)確鎖定事故點(diǎn)，并制定最佳逃生路線，指導(dǎo)人員逃生。同時(shí)，監(jiān)控消防設(shè)備及時(shí)采取相應(yīng)措施切斷失火地點(diǎn)電路和通道，減緩火勢(shì)蔓延，最大限度降低人員傷亡和財(cái)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(dòng)將警報(bào)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(shí)施救援提供重要依據(jù)。

7 結(jié)語(yǔ)

PC裝配式建筑是未來(lái)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(guó)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(yīng)用，則為其提供了重要的技術(shù)支持。通過(guò)BIM技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)PC裝配式建筑設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)度，保障施工安全，同時(shí)為建筑穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮起著重要的促進(jìn)作用。