BIM技術在PC裝配式建筑中的應用

曾杰

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

PC裝配式建筑通過在建筑構件加工廠提前加工完成預制構件，再運輸至施工現場進行建筑組裝建造，也稱為裝配式建筑。裝配式建筑具有建筑工期短、建筑施工對環境影響小、建筑施工精準化等優勢，在現代建筑中占據越來越重要的地位。與此同時，隨著建筑信息技術的快速發展，BIM技術在建筑行業領域實現了廣泛應用，BIM技術與裝配式建筑的一體化應用，具有廣闊的發展前景。BIM技術應用在PC裝配式建筑的各個階段，能夠有效提高建筑效率，解決預制構件設計與生產之間的溝通問題，優化施工方案，提高構件精度，控制建設質量，精準化裝配方式，實現建筑從設計施工到交付運營的一體化生產。

2 工程實例概況

本工程項目為PC裝配式住宅建筑項目，工程構成主要為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㎡。建筑基礎為筏板基礎，框架剪力墻結構，抗震設防烈度為6級。12-1#樓為PC預制裝配式住宅，建筑設計與施工同傳統的混凝土澆筑施工不同，項目前期方案制定差異較小，在進入設計階段后，PC預制裝配式建筑與傳統施工工藝相差較大。為解決PC構件的施工問題，本工程采用BIM技術對PC構件進行設計生產及現場模擬施工、碰撞檢測等，從而保障工程順利實施。

3 BIM技術在工程設計中的應用

在PC裝配式建筑中，設計階段最關鍵的問題就是設計標準化，通過標準化設計，確保預制構件生產與后期施工建造的標準后，以避免預制構件生產與施工要求不符，造成材料浪費，影響施工質量、進度和工程效益[1]。利用BIM技術，通過創建PC構件族庫，搭建BIM建筑模型，實現裝配式建筑的標準化設計。

3.1 創建PC構件族庫

PC裝配式建筑的建造方式是通過現場組裝預制好的建筑構件完成的。在應用BIM技術對預制裝配式建筑設計建模中，Revit建模是通過對不同族樣板建模修改達到建模目的的，即模型中的各個建筑部位都表示不同種類的“族”，也可以成為構件族，例如建筑結構中的預制疊合梁板、結構柱等不同構件。通過獨立編輯構件族文件，并能夠在不同項目中進行重復使用，從而有效提高裝配式建筑設計的PC構件設計效率[2]。在PC構件族庫建立中，根據標準化、參數化要求，每個預制構件在構件族數據庫中的信息都應當包括結構體系、使用年限、尺寸信息、物理力學性能、材料狀況、工程項目信息、安裝信息等，方便后期建造環節及其他項目使用時及時了解預制構件標準化信息。本工程中，主要根據項目實際創建了疊合梁板族、樓梯族、結構柱族、樓班族和一些非固定模數的特殊族。以PC樓梯構件族為例（見圖1）。

圖1 12-1#樓PC樓梯構件族三維圖示

3.2 BIM技術協同下深化預制構件模塊設計

在BIM系統中，利用裝配式預制構件族庫，設計人員只需根據設計圖紙修改尺寸就可以得到相應的預制構件數據。搭建裝配式建筑BIM模型時，可以將各個部位預制構件進行模塊化整合，從而實現模型搭建，既可以有效節約設計時間，也可以為設計人員優化預制構件提供充足空間。在BIM系統下，PC裝配式建筑預制構件模塊設計還可以實現建筑、結構、設備等各專業的協同，得出相應模塊，再通過碰撞檢測，確定裝配式建筑的模塊模型，最終根據模型進行建筑整體模型的搭建，確保結構的整體性，并為裝配式建筑組裝施工提供完整指導。

4 BIM技術在PC裝配式建筑構件生產及管控中的應用

在PC構件生產中，通過BIM技術能實現預制構件的可視化和參數化，確保構件生產參數的標準化和精確化。同時，借助BIM信息平臺還可以實現構件生產廠商與設計方的協同，及時對構件參數進行溝通，確保構件參數的標準化。因此，BIM技術為PC構件數控化生產提供了重要的技術支持。

同時，對于較為復雜的預制構件，利用BIM還可以模擬組裝方式，及時發現構件參數數據存在的問題，交由設計人員進行優化，避免構件不合格造成損失。同時，將BIM與物聯網技術相結合，通過RFID技術，掃描相應標簽，可以在預制構件BIM中心數據庫中隨時查閱構件的全流程信息，真正實現追根溯源，并且在建筑交付后，還可以通過構件定位追蹤，對其運行狀態進行分析[3]（見圖2）。

圖2 頻段識別RFID技術圖（左）使用物聯系統的BIM技術（右）

5 BIM技術在PC裝配式建筑模擬施工中的應用

本工程中，借助BIM技術的模擬性特點，對工程組裝施工進行了模擬，及時發現構件裝配過程中可能出現的問題，并將構件施工模擬情況反饋至建筑建造各方，通過數據溝通實現對施工模擬問題的協同設計和施工方案調整，提高裝配施工方案的精細化，確保施工質量。例如，在BIM模型中搭建施工現場平面3D模型，確定吊裝機具等設備施工現場布置方案；同時，模擬組裝PC構件安裝施工，根據施工的重要性，明確施工質量控制關鍵點，確定施工工序。其中，對施工質量控制關鍵點還可以進行重點施工模擬，通過構建虛擬施工環境，確定各環節施工關系及施工工序，然后進行施工過程模擬并分析其結果，判斷施工關鍵環節是否滿足施工要求，綜合分析其施工結果是否達到最優。

6 BIM技術在PC裝配式建筑信息化管理中的應用

6.1 設備與空間信息化管理

本工程中，借助BIM技術完成組裝施工后，對其進行了數據控制與管理。在工程竣工階段，借助BIM模型進行預制構件數據值的查詢，并利用其預警功能，深入分析建筑運行情況，為工程驗收及維護人員提供有效依據，及時解決存在的問題。例如，在設備管理中，管理人員可以通過網絡連接BIM模型，實時監控設備運行的相關數據，提前設置好預警閾值，一旦設備運行數據超出正常值范圍則及時發出警報，管理人員可根據故障預警及時采取相應的應對措施，從而及時控制故障問題，降低設備故障造成的損失。

6.2 應急決策管理信息化

BIM預制裝配式建筑模型中，可實現數據實時傳輸，建立建筑事故快速應急響應機制。本工程中，利用BIM模型實現了對建筑物的全時段數據監控，因此，建筑數據一旦出現異常，不僅可以及時發出異常警報，同時還可以準確鎖定事故點，并制定最佳逃生路線，指導人員逃生。同時，監控消防設備及時采取相應措施切斷失火地點電路和通道，減緩火勢蔓延，最大限度降低人員傷亡和財產損失。此外，如果遇到其他緊急狀況，BIM系統還可以自動將警報信息以及建筑模型數據信息發送至救援單位，為救援人員實施救援提供重要依據。

7 結語

PC裝配式建筑是未來建筑行業不斷向綠色可持續發展的一種重要建筑模式。在我國政策的大力支持下，PC裝配式建筑發展前景廣闊。BIM技術在PC裝配式建筑建造中的應用，則為其提供了重要的技術支持。通過BIM技術，能夠實現PC裝配式建筑設計的標準化、構件生產與管控的集成化、構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量，控制施工進度，保障施工安全，同時為建筑穩定運行發揮起著重要的促進作用。