BIM技术在PC装配式建筑中的应用

曾杰

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

PC装配式建筑通过在建筑构件加工厂提前加工完成预制构件，再运输至施工现场进行建筑组装建造，也称为装配式建筑。装配式建筑具有建筑工期短、建筑施工对环境影响小、建筑施工精准化等优势，在现代建筑中占据越来越重要的地位。与此同时，随着建筑信息技术的快速发展，BIM技术在建筑行业领域实现了广泛应用，BIM技术与装配式建筑的一体化应用，具有广阔的发展前景。BIM技术应用在PC装配式建筑的各个阶段，能够有效提高建筑效率，解决预制构件设计与生产之间的沟通问题，优化施工方案，提高构件精度，控制建设质量，精准化装配方式，实现建筑从设计施工到交付运营的一体化生产。

2 工程实例概况

本工程项目为PC装配式住宅建筑项目，工程构成主要为12幢5层洋房与8幢6层洋房和5幢17层小高层（包括12-13#、12-2#、13#、14#、15#）。其中，12-1#小高层建筑高度为49.92m，建筑面积为14027㎡，建筑基地面积为949.6㎡。建筑基础为筏板基础，框架剪力墙结构，抗震设防烈度为6级。12-1#楼为PC预制装配式住宅，建筑设计与施工同传统的混凝土浇筑施工不同，项目前期方案制定差异较小，在进入设计阶段后，PC预制装配式建筑与传统施工工艺相差较大。为解决PC构件的施工问题，本工程采用BIM技术对PC构件进行设计生产及现场模拟施工、碰撞检测等，从而保障工程顺利实施。

3 BIM技术在工程设计中的应用

在PC装配式建筑中，设计阶段最关键的问题就是设计标准化，通过标准化设计，确保预制构件生产与后期施工建造的标准后，以避免预制构件生产与施工要求不符，造成材料浪费，影响施工质量、进度和工程效益[1]。利用BIM技术，通过创建PC构件族库，搭建BIM建筑模型，实现装配式建筑的标准化设计。

3.1 创建PC构件族库

PC装配式建筑的建造方式是通过现场组装预制好的建筑构件完成的。在应用BIM技术对预制装配式建筑设计建模中，Revit建模是通过对不同族样板建模修改达到建模目的的，即模型中的各个建筑部位都表示不同种类的“族”，也可以成为构件族，例如建筑结构中的预制叠合梁板、结构柱等不同构件。通过独立编辑构件族文件，并能够在不同项目中进行重复使用，从而有效提高装配式建筑设计的PC构件设计效率[2]。在PC构件族库建立中，根据标准化、参数化要求，每个预制构件在构件族数据库中的信息都应当包括结构体系、使用年限、尺寸信息、物理力学性能、材料状况、工程项目信息、安装信息等，方便后期建造环节及其他项目使用时及时了解预制构件标准化信息。本工程中，主要根据项目实际创建了叠合梁板族、楼梯族、结构柱族、楼班族和一些非固定模数的特殊族。以PC楼梯构件族为例（见图1）。

图1 12-1#楼PC楼梯构件族三维图示

3.2 BIM技术协同下深化预制构件模块设计

在BIM系统中，利用装配式预制构件族库，设计人员只需根据设计图纸修改尺寸就可以得到相应的预制构件数据。搭建装配式建筑BIM模型时，可以将各个部位预制构件进行模块化整合，从而实现模型搭建，既可以有效节约设计时间，也可以为设计人员优化预制构件提供充足空间。在BIM系统下，PC装配式建筑预制构件模块设计还可以实现建筑、结构、设备等各专业的协同，得出相应模块，再通过碰撞检测，确定装配式建筑的模块模型，最终根据模型进行建筑整体模型的搭建，确保结构的整体性，并为装配式建筑组装施工提供完整指导。

4 BIM技术在PC装配式建筑构件生产及管控中的应用

在PC构件生产中，通过BIM技术能实现预制构件的可视化和参数化，确保构件生产参数的标准化和精确化。同时，借助BIM信息平台还可以实现构件生产厂商与设计方的协同，及时对构件参数进行沟通，确保构件参数的标准化。因此，BIM技术为PC构件数控化生产提供了重要的技术支持。

同时，对于较为复杂的预制构件，利用BIM还可以模拟组装方式，及时发现构件参数数据存在的问题，交由设计人员进行优化，避免构件不合格造成损失。同时，将BIM与物联网技术相结合，通过RFID技术，扫描相应标签，可以在预制构件BIM中心数据库中随时查阅构件的全流程信息，真正实现追根溯源，并且在建筑交付后，还可以通过构件定位追踪，对其运行状态进行分析[3]（见图2）。

图2 频段识别RFID技术图（左）使用物联系统的BIM技术（右）

5 BIM技术在PC装配式建筑模拟施工中的应用

本工程中，借助BIM技术的模拟性特点，对工程组装施工进行了模拟，及时发现构件装配过程中可能出现的问题，并将构件施工模拟情况反馈至建筑建造各方，通过数据沟通实现对施工模拟问题的协同设计和施工方案调整，提高装配施工方案的精细化，确保施工质量。例如，在BIM模型中搭建施工现场平面3D模型，确定吊装机具等设备施工现场布置方案；同时，模拟组装PC构件安装施工，根据施工的重要性，明确施工质量控制关键点，确定施工工序。其中，对施工质量控制关键点还可以进行重点施工模拟，通过构建虚拟施工环境，确定各环节施工关系及施工工序，然后进行施工过程模拟并分析其结果，判断施工关键环节是否满足施工要求，综合分析其施工结果是否达到最优。

6 BIM技术在PC装配式建筑信息化管理中的应用

6.1 设备与空间信息化管理

本工程中，借助BIM技术完成组装施工后，对其进行了数据控制与管理。在工程竣工阶段，借助BIM模型进行预制构件数据值的查询，并利用其预警功能，深入分析建筑运行情况，为工程验收及维护人员提供有效依据，及时解决存在的问题。例如，在设备管理中，管理人员可以通过网络连接BIM模型，实时监控设备运行的相关数据，提前设置好预警阈值，一旦设备运行数据超出正常值范围则及时发出警报，管理人员可根据故障预警及时采取相应的应对措施，从而及时控制故障问题，降低设备故障造成的损失。

6.2 应急决策管理信息化

BIM预制装配式建筑模型中，可实现数据实时传输，建立建筑事故快速应急响应机制。本工程中，利用BIM模型实现了对建筑物的全时段数据监控，因此，建筑数据一旦出现异常，不仅可以及时发出异常警报，同时还可以准确锁定事故点，并制定最佳逃生路线，指导人员逃生。同时，监控消防设备及时采取相应措施切断失火地点电路和通道，减缓火势蔓延，最大限度降低人员伤亡和财产损失。此外，如果遇到其他紧急状况，BIM系统还可以自动将警报信息以及建筑模型数据信息发送至救援单位，为救援人员实施救援提供重要依据。

7 结语

PC装配式建筑是未来建筑行业不断向绿色可持续发展的一种重要建筑模式。在我国政策的大力支持下，PC装配式建筑发展前景广阔。BIM技术在PC装配式建筑建造中的应用，则为其提供了重要的技术支持。通过BIM技术，能够实现PC装配式建筑设计的标准化、构件生产与管控的集成化、构件组装施工模拟以及信息化管理，从而有效提高装配置建筑质量，控制施工进度，保障施工安全，同时为建筑稳定运行发挥起着重要的促进作用。