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装配式叠合板剪力墙结构体系的BIM应用

2016年03月22日

1、建筑信息模型（BIM）的概念

建筑信息模型（BIM：Building Information Modeling）是一种创新的建筑设计、施工和管理方法。它的出现有效解决建筑行业普遍存在的设计与施工不协调、集成程度难以提高的问题。其富含有效信息的3D模型及模型信息同步化的概念为设计、施工的一体化提供了一种全新的思路和一种有效的、用来整合的技术操作平台。

BIM技术有别于传统的二维CAD设计，它是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目等各种相关信息的工程数据模型（见图1），是数字技术在建筑工程中的直接应用。该模型可以对建筑工程项目各种相关信息进行详尽、真实、形象的表达，让用户在项目开工前就能得到整套的项目信息并通过模型搭建体验到项目建造过程及建成后的效果。这样的平台不但加强了设计的协调性、施工的可行性，而且把协调工作和集成化管理贯穿于建筑工程的整个周期。作为协同工作的坚实基础，建筑信息模型（BIM）可以帮助工程建筑项目提高效率、显著减少质量、施工事故，有效进行项目投资控制，并且可以减少工程对环境的影响，有效整合并节约了大量的社会资源。

图1：建筑信息模型（BIM）

2、PC预制建筑工业化

PC 是指预制混凝土构件（Prefabricated Conrete），PC预制建筑工业化是以一定预制化比例，将建筑所需预制构件采用工厂化、机械化及自动化的过程进行生产，并通过运输工具运到施工场地进行现场安装，结合现场的作业内容，实现建筑的部分或整体装配。较传统的建筑建造方式，工业化的预制装配式建筑有诸多优越性。

2.1 尺寸精准质量一致

建筑构件采用工厂化的方式进行生产，并进行集成化、精细化管理，从生产的全过程对构件的生产进行监控，从而有效保证产品的品质及质量的一致性。由于是在工厂环境下进行构件的生产，产品的生产及养护环境能够得到有效的控制，混凝土的强度、耐久性相比传统的现浇方式得到了极大的改善。

2.2 施工便捷绿色环保

建筑构件中的相当部分的钢筋，大部分的线盒、套管和部分线管在工厂生产时已经进行了准确的预留预埋，在现场只需进行简单的吊装、拼装、混凝土的灌缝及部分浇筑工作，相比传统的施工方式，大大节约现场施工的时间及施工所需的人工。另，预制构件安装前已经制作成型，无需现场支模及后期找平，可节省大量木材，减少建筑垃圾对环境的影响。

2.3 结构安全性价比高

通过控制连接点现浇来保证结构的整体性，从而做到预制与现浇的完美结合，即满足结构的受力，又符合抗震等规范的要求。与传统建筑施工过程相比较，由于减少了大部分的钢筋、混凝土作业，从而大大减少机械用具的使用，在机械费方面比传统方式节约20%左右；构件在工厂生产，节省了大量模板，在材料周转费方面比传统降低60%左右。此外建筑构件的质量得到有效的保证，解决了传统现浇后期维护难、费用高等问题，相比传统模式，在建筑全寿命周期里，建筑后期的后期维修、维护费用可以节省80%。

3、BIM 在西伟德装配式叠合板剪力墙结构公租房工程中具体应用

BIM 在住宅设计、预制构件深化设计和生产以及施工阶段的应用（见图2）盘活了贯穿整个建筑的各个环节，不但降低图纸出错率、减少质量事故的发生、而且增加了项目的透明度和可控性。在未来，BIM 技术将全面改善建筑的建造、维护和后期管理的状况，它在建筑的全寿命期有着各方面得优越性。西伟德（合肥）着眼 BIM 在中国广阔的发展空间，结合 BIM 在国外的应用实践，完成了 BIM 技术在预制装配式住宅设计、深化设计、生产和施工环节管理平台的建设和应用。

图2：BIM在PC住宅中的应用

3.1 设计阶段

这里所说的设计不同于传统的设计，它包括含了建筑本身的设计以及后期的深化设计。从初步设计开始，BIM就需要建筑工程师、结构工程师和设备工程师一起参与进来协调工作。通过BIM技术建立起的集成工作平台，使与项目相关的不同组织（甲方、设计、制造、施工等）能够一同参与项目的管理与实施。由于整个工作平台是三维和虚拟现实的，所以使得整个协调工作的过程变的简单、易操作。

3.1.1 建筑、结构、设备的协调设计

建筑本身的全部要素通过BIM 技术这个集成平台，在不同专业的协调工作下得以实现，并附带全部的设计信息。三维模型建立后可以生成平面、立面、剖面图纸，在修改图纸时，设计人员只要修改模型中的要素，平、立、剖、节点会随着模型的改动而改变。由于整个操作环境是三维的，诸多要素（梁、柱、墙、板、水电管线、设备等）在实现的过程，它们之间的关系清晰可见，传统设计中经常出现设计变更的情况在这里得到改善，大大减少图纸错误率。此外 BIM 中保存了建筑物的三维技术信息，可以以此为平台展开对建筑物的采光分析、日照分析、节能分析，并根据分析结果，通过改变建筑布局，改进采暖、通风和空调系统来实现绿色环保的设计理念。

3.1.2 深化设计

深化设计阶段是装配式叠合板剪力墙结构建筑实现过程中的重要一环，可以说是起到承上启下的作用。通过深化阶段的实施将建筑各个要素进一步细化成单个的包含全部设计信息的构件（见图3）。一个建筑往往包含上千个构件，这里面又包含大量的钢筋、预埋的线盒、线管和设备。深化设计人员利用BIM平台对模型进行碰撞试验，检测不同构件之间，线盒、线管、设备和钢筋之间是否存在相互干涉和碰撞，并根据检测结果对各个要素进行调整，进一步完善各要素之间的关系，直到完成整个深化设计过程。

图3： BIM软件建立钢筋级精确构件信息模型

3.2 生产阶段

当深化设计完成时，构件所包含的所有元素都存在于构件模型中。这里面包含构件的尺寸、重量、线盒、线管和设备预埋等基本信息以及构件堆放表，通过 BIM 软件生产数据的生成系统将构件所有元素信息进行归类整合，并储存在信息模型的中心数据库（见图4）。在生产前，深化设计人员通过 BIM 的内部信息传输功能将单个构件基础信息、整合后的归类信息传输给 AV（生产管理系统：见图5）。生产管理人员根据其中的材料归类整合信息实现与财务ERP(企业资源规划：Enterprise Resource Planning)系统的对读，从而快速实现对物料的统计、归类、采购和用量的精确控制。生产过程中利用 BIM 输出的钢筋切割信息，通过数控机床实现钢筋的自动裁剪和弯折。绘图系统则根据单个构件的基础信息自动进行精准绘图，包括构件尺寸、预埋定位。当钢筋和预埋敷设完成即可进行混凝土浇筑、振捣，并自动传送到养护室进行养护，直至构件运出厂房实现科学堆放。构件的整个生产过程在 BIM 的生产监控平台（见图6）上可视、可控，从而大大加强了对产品质量和生产周期的管理。

图4：BIM 中信息数据库

图5：BIM 中生产管理系统

图6：生产过程监控平台

3.3 施工阶段

在整个建筑的生命周期里，施工阶段的投资最大，也是能否节省投资、减少安全事故的关键。传统施工过程中，由于建筑、结构、设备之间的内部协调性差，会频繁出现设计变更，造成大量不必要的浪费，BIM 的出现能很好的解决这些问题。利用建筑信息模型可以快速获取有关项目进度、成本信息，使得项目施工、材料设备供应等保持较高的透明度和可操作性。

BIM 在项目施工管理的价值和影响主要体现在以下几个方面：

一是图纸审查。BIM 技术创建的建筑信息模型可以自动检查分析施工图，并提供施工图检查报告，减少二维图纸中难以发现的问题，从根本上杜绝因图纸错误造成的返工、材料浪费和工期损失。

二是虚拟施工。利用 BIM 技术在三维环境中模拟体验施工过程，可以实现施工周期的可视化模拟和可视化管理，为各参建方提供一个很好的协同工作平台，使得信息的交流变的通畅、直观，更易排除其中可能出现的问题。通过模拟施工计划来提高施工计划的精确性和施工资源（人、机、材）利用的准确性，而且业主可以随时了解、监督施工进度，适时拨付工程进度款（见图7）。

三是物流管理的便捷性。深化设计完成后，所有的构件都有明确的编号和在建筑模型中的位置信息，根据现场反馈的安装进度，可以直观的了解到不同构件的安装情况，从而根据安装速度和安装计划，很便捷的进行构件运输管理。

四是信息获取的优越性。由于建筑信息模型中包含了建筑物的详尽信息，因此，制作各种材料表、门窗表以及综合归类信息十分容易。可以利用这些数据进行项目概预算和编制采购清单，从而大大减少获取这些信息的成本并提高了信息的准确性。最终，通过BIM技术很好的控制施工的进度和质量并降低建筑的建造和管理的成本。

图7：施工

4、总结

西伟德宝业混凝土预制件（合肥）有限公司在使用BIM方式管理预制建筑的设计、生产、物流及安装施工，在公司内部流程上真正实现了有效的设计信息为生产所使用，为物流及安装所使用，更为公司所用SAP财务软件提供了准确计划，有效结算，物料归类等有效信息对接途径，节省了大量的人力成本。

BIM 技术在PC 建筑工业化中的应用是建筑业的一场革命。它的出现，实现了对建筑全生命周期里的数字化运作和管理，增加了建筑设计的可持续性，提高了住宅建筑的品质，减少了建筑对环境的不利影响，并大大降低了建筑物建造、维护和后期管理的成本。随着国家不断加强对住宅工业化的推广和支持力度，我们相信在未来，BIM 技术会更好、更全面的应用到建筑行业中来。

参考文献

[1] 王广斌，张洋，杨学英，张文娟. 工程项目建设信息化发展方向—虚拟设计与施工[J]. 武汉大学学报(工学版)，2008，4（2）：90-93.

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[3]张勤.BIM技术推动建筑行业变革[J].福建建筑，2011，6：119-120.

[4]（DB34 810-2008）.叠合板式混凝土剪力墙结构技术规程[S].合肥：安徽省建设厅，安徽省质量技术监督局，2008.

[5] （DB34/T1468-2011）.叠合板式混凝土剪力墙结构施工及验收规程[S].合肥：安徽省住房和城乡建设厅，安徽省质量技术监督局，2011.

作者1：樊骅

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