BIM技術(shù)研究下的PC裝配式建筑分析

周偉東

【摘要】受市場經(jīng)濟(jì)新常態(tài)化轉(zhuǎn)型因素影響，建筑行業(yè)競爭壓力逐漸增大，傳統(tǒng)粗放型建設(shè)方式已無法滿足當(dāng)前集約化、結(jié)構(gòu)化社會建設(shè)要求。為切實(shí)提升建筑項(xiàng)目建設(shè)期間的生態(tài)效益，基于BIM技術(shù)的PC裝配式建筑項(xiàng)目數(shù)量有所增加，對切實(shí)增強(qiáng)工程整體建設(shè)效率、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)意義重大。本文針對此，以BIM技術(shù)、PC裝配式建筑概念為切入點(diǎn)。敘述了BIM技術(shù)在PC裝配式建筑中的應(yīng)用方向，結(jié)合具體PC裝配式建筑工程案例，闡述了BIM技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程，以供參考。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù); PC裝配式建筑;應(yīng)用分析

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.05.050

1、 BIM技術(shù)與PC裝配式建筑理論分析

1.1 BIM技術(shù)概念

BIM技術(shù)，又稱建筑信息模型，該技術(shù)概念于20世紀(jì)70年代首次提出，通過設(shè)計(jì)建筑描述系統(tǒng)，加強(qiáng)建筑工程整體管控水平。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)相比，BIM技術(shù)集成了CAD技術(shù)、CAM技術(shù)、PDM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，能夠基于工程各參與單位實(shí)施要求，在構(gòu)建起的建筑三維模型中插入不同部門工作權(quán)限，使工程信息能夠得到及時(shí)更新及修改，從根本上提升工程施工管理工作期間的傳輸效果。

從實(shí)質(zhì)角度分析，BIM技術(shù)主要就是借助建筑構(gòu)建幾何、屬性及關(guān)系信息建立三維模型，完成建筑項(xiàng)目信息的共享與轉(zhuǎn)換，具備三維化、協(xié)同性、全過程等特征。BIM項(xiàng)目實(shí)施規(guī)劃制定程序如圖1所示。

1.2? PC裝配式建筑

PC預(yù)制建筑是混凝土預(yù)制建筑工程的縮寫。裝配式建筑組裝時(shí)需將預(yù)制構(gòu)件運(yùn)到施工現(xiàn)場集中組裝，以簡化實(shí)際施工過程，提高施工效率[1]。經(jīng)實(shí)際調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，到2020年，裝配式建筑將占新建筑的15%和關(guān)鍵區(qū)域的20%。

由于PC裝配式建筑施工期間具有顯著的綜合效益，各地區(qū)均針對建筑裝配率頒布了系統(tǒng)指標(biāo)。為加快預(yù)制建筑項(xiàng)目開發(fā)實(shí)施過程，對預(yù)制混凝土建筑項(xiàng)目的裝配率和不同建筑高度下單棟建筑的預(yù)制率做出了明確規(guī)定，使PC裝配式建筑工程逐步朝規(guī)范化、市場化方向發(fā)展。

PC裝配式工程施工過程中，需要首先根據(jù)預(yù)制構(gòu)件特征不斷優(yōu)化建筑工程施工設(shè)計(jì)方案內(nèi)容。全面收集與分析施工現(xiàn)場及類似工程資料，對施工圖初步設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)數(shù)值進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算。結(jié)合計(jì)算結(jié)果，深化預(yù)制構(gòu)件規(guī)范設(shè)計(jì)，繪制出更為完善的施工圖紙。

2、 PC裝配式建筑工程發(fā)展現(xiàn)狀

同發(fā)達(dá)國家相比，中國PC裝配式建筑項(xiàng)目在短期內(nèi)推廣，其實(shí)際施工過程中會存在許多質(zhì)量問題和安全隱患，在確保項(xiàng)目建設(shè)效益方面很難發(fā)揮出重要作用。具體而言， PC裝配式建筑工程中存在的問題主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）PC裝配式建筑工程施工標(biāo)準(zhǔn)體系不完善?，F(xiàn)階段PC裝配式建筑工程規(guī)格及構(gòu)配件生產(chǎn)期間的規(guī)范體系標(biāo)準(zhǔn)缺失，導(dǎo)致PC裝配式建筑工程建設(shè)期間經(jīng)常會因生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)不一致而出現(xiàn)規(guī)格不統(tǒng)一問題，嚴(yán)重影響了施工期間的質(zhì)量和效率[2]。部分地區(qū)數(shù)控生產(chǎn)能力較為薄弱，現(xiàn)階段依然無法實(shí)現(xiàn) PC預(yù)制構(gòu)件的大規(guī)模量產(chǎn)，導(dǎo)致 PC裝配式建筑工程的推廣效果不佳;

2）PC裝配式施工項(xiàng)目管理水平尚待提升。部分PC裝配式建筑工程管理模式依然采用傳統(tǒng)建筑工程管理理念及方法，導(dǎo)致實(shí)際管理期間經(jīng)常會出現(xiàn)管理漏洞問題。在沒有加強(qiáng)PC裝配式建筑工程質(zhì)量管控力度的情況下，工程實(shí)施期間質(zhì)量問題頻繁發(fā)生，施工期間的綜合效益難以從根本上得到保障;

3）PC裝配式建筑項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)鏈不完善。當(dāng)前PC裝配式建筑工程設(shè)計(jì)、 PC構(gòu)件生產(chǎn)、現(xiàn)場安裝及后期維護(hù)工作產(chǎn)業(yè)鏈并不完整，難以實(shí)現(xiàn)一體化生產(chǎn)目標(biāo)，導(dǎo)致工程施工期間的信息流通性與整體性較差。

3、 BIM技術(shù)在PC裝配式建筑工程中的應(yīng)用作用

通過分析PC裝配式建筑工程項(xiàng)目的發(fā)展現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致工程施工質(zhì)量及效率較低的原因主要是裝配式生產(chǎn)與現(xiàn)場安裝期間的信息傳輸不到位、各部門業(yè)務(wù)需求無法在同一管理期間得到根本滿足。BIM技術(shù)應(yīng)用于PC裝配式工程，可以切實(shí)增強(qiáng)工程各實(shí)施環(huán)節(jié)及各參建單位的協(xié)調(diào)合作水平，確保存在于 PC裝配式工程中的各類問題能夠得到及時(shí)解決。

將BIM技術(shù)與PC裝配式建筑工程技術(shù)相結(jié)合，還可以借助BIM三維模型，為PC裝配式建筑工程提供批量化生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，切實(shí)提升 PC裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)期間的規(guī)范性與合理化水平[3]?；贐IM技術(shù)信息在裝配式施工項(xiàng)目各實(shí)施階段的交付數(shù)據(jù)和施工目標(biāo)，還能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在于工程建設(shè)期間的不穩(wěn)定因素，制定一種更特殊、更可行的施工控制機(jī)制，確保PC裝配式建筑工程始終朝向規(guī)范化、高質(zhì)化開展。裝配式建筑構(gòu)件三維模型如圖2所示。

4、 BIM技術(shù)在PC裝配式建筑工程中的應(yīng)用方向

4.1 BIM技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

現(xiàn)階段PC裝配式建筑工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)化原則。通過開展前導(dǎo)性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化工作，使建筑工程戶型及構(gòu)件均處于標(biāo)準(zhǔn)化水平。憑借構(gòu)建庫及模具庫管理平臺，使建筑中構(gòu)件及模具的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)信息均能在各參建部門得到公開共享。大力發(fā)展預(yù)制構(gòu)件數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)換技術(shù)，通過數(shù)字化構(gòu)建庫與數(shù)字建設(shè)生產(chǎn)系統(tǒng)的有效銜接，保持設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和生產(chǎn)建設(shè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)流的統(tǒng)一。

在原PC裝配式建筑工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)人員主要使用CAD等二維平面計(jì)算技術(shù)，對構(gòu)件結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)節(jié)描繪，確保設(shè)計(jì)出的構(gòu)件規(guī)格以及具體參數(shù)數(shù)值能夠切實(shí)滿足業(yè)主方實(shí)際建設(shè)要求。但由于二維圖紙無法直觀展現(xiàn)出PC裝配式建筑結(jié)構(gòu)的所有細(xì)節(jié)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)圖紙需要經(jīng)常變更，嚴(yán)重影響了項(xiàng)目建設(shè)期間的綜合效益。經(jīng)過將BIM技術(shù)應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)時(shí)段，可以建立起 PC裝配式構(gòu)件三維模型，更為直觀的展現(xiàn)出構(gòu)件實(shí)際情況，切實(shí)優(yōu)化工程設(shè)計(jì)方案。建造起的建筑三維模型為實(shí)現(xiàn)裝配式建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，借助模型結(jié)構(gòu)對裝配式構(gòu)件進(jìn)行深化優(yōu)化，能夠增強(qiáng)裝配式構(gòu)件設(shè)計(jì)的合理性。使裝配式構(gòu)件設(shè)計(jì)方案能夠在指導(dǎo)構(gòu)建生產(chǎn)、為構(gòu)件生產(chǎn)提供可靠安全信息中發(fā)揮出重要作用。以外掛墻為例，外掛墻構(gòu)件三維模型如圖3所示。9AD4D60A-5422-4593-85AF-B82A4E2257F3

4.2 BIM技術(shù)在工程全面管控中的應(yīng)用

從根本上提高pc裝配式建筑工程施工水平，還應(yīng)最大限度發(fā)揮出管理部門的有效監(jiān)督管理作用。通過制定專項(xiàng)可行的工程監(jiān)督管理機(jī)制，控制工程實(shí)施全過程中的不穩(wěn)定因素。當(dāng)前，PC裝配式建筑工程管理工作多選用傳統(tǒng)模式，管理信息資料體系繁雜，實(shí)際利用率不足，致使工程整體監(jiān)管水平與預(yù)期目標(biāo)存在較大差距。將BIM技術(shù)應(yīng)用在PC裝配式建筑工程管理環(huán)節(jié)，可以有效規(guī)避傳統(tǒng)監(jiān)管模式弊端問題，進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)有管理控制系統(tǒng)平臺功能，實(shí)現(xiàn)了對管理信息高效集成和利用的目標(biāo)。借助BIM技術(shù)下的數(shù)據(jù)和信息平臺，建立專業(yè)的PC裝配式建筑工程數(shù)據(jù)庫，為管理工作的實(shí)施提供足夠理論保障。在BIM技術(shù)下構(gòu)建專業(yè)平臺時(shí)，還需要注重設(shè)置工程其他參建單位，如設(shè)計(jì)單位、施工單位、建設(shè)單位及其他系統(tǒng)權(quán)限等，使工程實(shí)施全過程中的信息能夠?qū)崿F(xiàn)高效共享以及動態(tài)管控，從根本上提高 PC裝配式建筑工程在實(shí)施期間的綜合管理水平。

4.3 BIM技術(shù)在工程進(jìn)度管控中的應(yīng)用

結(jié)合裝配式建筑工程時(shí)間要素構(gòu)建的模型，也可以對裝配式建筑工程進(jìn)行高質(zhì)高效的進(jìn)度管理。經(jīng)過多層級進(jìn)度計(jì)劃構(gòu)建方式，不斷對具體施工方案進(jìn)行優(yōu)化，有針對性的研究裝配式建筑工程關(guān)鍵線路、關(guān)鍵工作節(jié)點(diǎn)，建立科學(xué)正確的施工技術(shù)控制方案。具體而言，利用BIM軟件的四維施工仿真手段，對裝配式建筑工程施工過程中的關(guān)鍵部件和復(fù)雜部件進(jìn)行模擬，通過比較計(jì)劃進(jìn)度和施工進(jìn)度，有針對性的進(jìn)行偏差控制工作。

4.4 BIM技術(shù)在工程質(zhì)量管理中的應(yīng)用

為了實(shí)現(xiàn)PC裝配式建筑施工項(xiàng)目的智能監(jiān)督作用，需要在項(xiàng)目質(zhì)量管理和加強(qiáng)階段應(yīng)用BIM技術(shù)。提前制作工程混凝土構(gòu)件，增強(qiáng)構(gòu)件生產(chǎn)過程中的質(zhì)量監(jiān)督力度，從根本上減少工程后續(xù)施工過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題的可能性。借助BIM技術(shù)搭建起PC裝配式建筑工程質(zhì)量管控模型，基于裝配式建筑工程構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝等多個(gè)環(huán)節(jié)管理工作，制定出專項(xiàng)可行的質(zhì)量可視化控制與信息可視化控制方案。

舉例而言，在混凝土預(yù)制構(gòu)件澆筑環(huán)節(jié)使用BIM技術(shù)，可借助RFID芯片確定構(gòu)件基本尺寸。在預(yù)制構(gòu)件到達(dá)施工現(xiàn)場后，施工人員可以通過識別 RFID芯片內(nèi)容判斷該構(gòu)件具體安裝位置，從根本上提高工程施工質(zhì)量控制水平，確保工程能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)范化、高質(zhì)量建設(shè)目的。

5、 BIM技術(shù)在PC裝配式建筑工程中的應(yīng)用要點(diǎn)

本文以居民區(qū)裝配式建筑施工為例，該小區(qū)建筑總面積為13208㎡，地下面積為675㎡，地上住宅面積為12533㎡。建筑總高度為84.8m，整體結(jié)構(gòu)屬于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。采用預(yù)制建筑工程PC生產(chǎn)方式，需要進(jìn)行預(yù)制的混凝土配件主要為預(yù)制柱、梁體、樓板、臺階與陽臺等。基本提高了裝配式工程生產(chǎn)水平，管理部門在 BIM技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化組件數(shù)據(jù)庫的幫助下，建立了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工聯(lián)合控制平臺，使項(xiàng)目實(shí)際生產(chǎn)施工過程中的數(shù)據(jù)流能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一的共享目標(biāo)。憑借BIM技術(shù)，構(gòu)建三維模型，對裝配式構(gòu)件進(jìn)行深化和優(yōu)化，依照模型定型定量生產(chǎn)，能夠從根本上增強(qiáng)生產(chǎn)效率。配合使用BIM技術(shù)移動端，增強(qiáng)構(gòu)件運(yùn)輸及安裝效果。

5.1 BIM模型建立

利用BIM技術(shù)構(gòu)建數(shù)字預(yù)制建筑信息模型，可以圍繞模型細(xì)節(jié)和參數(shù)值進(jìn)行后續(xù)設(shè)計(jì)工作。建筑工程采用帶有可視化輔助圖形編輯軟件的建筑工程三維模型構(gòu)建，然后利用測繪、地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)信息建立參數(shù)數(shù)據(jù)庫，對預(yù)制結(jié)構(gòu)的參數(shù)、規(guī)格、尺寸、規(guī)范進(jìn)行標(biāo)注。結(jié)合現(xiàn)有施工圖紙及資料搭建BIM平臺下的信息化數(shù)據(jù)模型，細(xì)致分析模型搭建期間預(yù)制構(gòu)件信息，確保建立起的模型能夠切實(shí)滿足預(yù)制生產(chǎn)特征，避免在工程建設(shè)過程中因信息交流不通暢引發(fā)施工質(zhì)量及效率問題。

源于BIM模型集成項(xiàng)目的類別信息，創(chuàng)建材料清單，快速總結(jié)各部件材料使用情況，為PC構(gòu)件制造商提供材料生產(chǎn)依據(jù)，并為工程成本管控人員提供準(zhǔn)確的工程量，為實(shí)現(xiàn)PC裝配式構(gòu)件統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)目標(biāo)提供充足理論依據(jù)。

5.2 BIM數(shù)據(jù)庫建立

在裝配式建筑設(shè)計(jì)過程中，需要大量信息資源支持，數(shù)據(jù)全面且復(fù)雜，僅依靠傳統(tǒng)人工管控方式無法從根本上提高數(shù)據(jù)利用率，因此還需要借助BIM軟件，將各種信息和數(shù)據(jù)綜合收集，以增強(qiáng)工程建設(shè)全過程管控水平。使用BIM技術(shù)還可以自動計(jì)算裝配式建筑數(shù)量，預(yù)算項(xiàng)目實(shí)際建設(shè)成本，提高工程建設(shè)綜合經(jīng)濟(jì)效益。通過構(gòu)建組件庫和模量庫管理平臺，能夠使構(gòu)件及模具設(shè)計(jì)及生產(chǎn)全過程信息數(shù)據(jù)得到最大限度資源共享，增強(qiáng)工程整體數(shù)字化管控水平。

5.3裝配式結(jié)構(gòu)細(xì)化

借助搭建起的裝配式建筑工程項(xiàng)目模型，將工程內(nèi)部裝修信息導(dǎo)入到模型平臺中，如鋼筋位置及數(shù)量、預(yù)留設(shè)備管線及孔洞位置。合理設(shè)置各類施工材料入場順序，規(guī)劃混凝土構(gòu)件生產(chǎn)流程。 將BIM技術(shù)平臺提供的數(shù)據(jù)資料應(yīng)用在數(shù)據(jù)化生產(chǎn)構(gòu)件設(shè)置過程中，能夠?qū)?gòu)建內(nèi)電子芯片進(jìn)行充分利用。通過掃描方式獲取構(gòu)件信息，對構(gòu)建進(jìn)行全面數(shù)據(jù)跟蹤處理，以便實(shí)現(xiàn)構(gòu)建裝配及驗(yàn)收期間的全面監(jiān)管目標(biāo)。

利用BIM技術(shù)和預(yù)制建筑構(gòu)件的鋼筋結(jié)構(gòu)要求和分割原則，建立鋼筋布置過程，形成鋼筋參數(shù)信息和鋼筋布置規(guī)則。梁跨內(nèi)后澆筑帶處的縱筋斷裂，后澆筑帶的擺動長度與套筒的實(shí)際安裝尺寸相當(dāng)，使設(shè)計(jì)出的裝配式構(gòu)件更為安全可靠。

設(shè)計(jì)師需要嚴(yán)格遵循分割原則，使用BIM軟件編輯預(yù)埋件和預(yù)埋件規(guī)則。舉例而言，在預(yù)制建筑工程梁柱構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí) ，需要對平面布置規(guī)則進(jìn)行編輯和嵌入，重新規(guī)劃吊鉤形狀以及位置。在梁柱埋件設(shè)計(jì)過程中，調(diào)整預(yù)制柱墻體和柱連接處鋼筋參數(shù)，確保這些參數(shù)數(shù)值精準(zhǔn)可靠，以增強(qiáng)埋件設(shè)計(jì)方案的精準(zhǔn)性。在施工完成后，還需要對設(shè)備及空間進(jìn)行信息化處理，幫助驗(yàn)收人員及維護(hù)人員掌握建筑實(shí)際運(yùn)營情況。

模擬施工安裝環(huán)節(jié)，確保預(yù)制構(gòu)件尺寸合理、節(jié)點(diǎn)位置精準(zhǔn)。在工程施工前，項(xiàng)目部可以用BIM技術(shù)模擬結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝過程中可能出現(xiàn)的碰撞問題或不合理的連接問題，有效規(guī)避構(gòu)建設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致施工返工現(xiàn)象出現(xiàn)，從根本上提升現(xiàn)場實(shí)際安裝效率。

總結(jié)：

總而言之，BIM技術(shù)應(yīng)用于PC預(yù)制施工項(xiàng)目中，能夠從根本上提高預(yù)制施工項(xiàng)目的實(shí)施質(zhì)量和效率，推動PC裝配式建筑工程智能化、現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型。想要充分發(fā)揮BIM技術(shù)的應(yīng)用效果，還需要著重構(gòu)建起一支高素質(zhì)施工團(tuán)隊(duì)，并結(jié)合本工程實(shí)際施工要求，不斷優(yōu)化PC裝配式建筑工程施工方案，確保PC施工的整個(gè)過程能夠得到有效控制。

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