BIM技術在PC住宅產業化中的應用

來源：BIM之家網

編輯：001號

1、序言

隨著建築業信息技術的發展，建築信息模型（BIM）的相關研究和應用也取得了突破性進展。BIM是一種革命性的技術，它能夠在建築全生命周期中利用協調一致的信息，對建築 物 進 行 分 析 、 模 擬 、 可 視 化 、 統計、計算等工作，從而幫助用戶提高效率、降低成本，並減少對環境的影響。住宅產業化在國內也是一個新興的、並被國家大力推廣的課題。住宅產業化採用工業化的生產方式促進住宅生產現代化，旨在提升住宅建築的生產手段，提高住宅建築的品質，降低建造過程的成本，節省能源並減少排放。 我們可以發現，B I M技術與住宅產業化的目標在很多方面是相同的，BIM技術的特點以及如何在住宅產業化的過程中應用好BIM技術，是本文討論的主要內容。

2、預製裝配式住宅（住宅產業化）

P C 是 預 制 裝 配 式 建 築(Prefabricated Concrete)的英文簡稱。

PC住宅產業化簡單地說就是用工業化的方式生產預製裝配式住宅。PC住宅的主要構件在工廠生產加工，通過運輸工具運送到工地現場，並在工地現場拼裝建造成完整的建築。形象的說法就是「像造汽車一樣建房子」。採用預製裝配式方式建造的住宅，具有以下的特點：

1．出色的強度、品質和耐久性住 宅 建 築 的 大 部 分 構 件 均 在 工廠環境下生產，採用標準化的生產工藝，精細化的質量管理，有良好的成品養護條件，使得產品質量更容易得到保證；而且，建築物的門窗及外飾面都可以在工廠內安裝完成，降低了現場高空作業的安全風險。工廠化生產的預製混凝土住宅構件，強度、品質、耐久性和抗震性能均大大高於現場澆注的混凝土結構。

2．建造速度快

由於大量的預製構件已在工廠製作完成，在施工現場只要進行拼裝工作，而且門窗、外飾面已在工廠內完成，所以建築物可實現內、外裝修和結構施工同時進行。在建築物基礎施工時，結構所需的預製構件已經在工廠進行預製了；在三層樓面的結構進行拼裝施工時，二層樓面的已經在進行管線安裝了；而一層樓面已經可以開始裝修了。預製裝配式建築改變了傳統建築先土建、後設備、再裝修的施工工藝，從而使建築整體的建造速度有了很大的提高。據有關統計數據，應用預製裝配式建築技術，建築的建造速度相比傳統施工工藝可提高30％～50％左右。在國內，將BIM應用貫穿應用於建築的整個全生命周期的應用案例很少。

4.2 BIM在住宅產業化中應用的優勢

BIM源自建築全生命周期管理理念 ， 從 某 種 意 義 上 說 發 源 自 制 造 業（製造業很早就有了產品全生命周期管理理論PDM）。我們看到，目前很多建築業的BIM軟體最早都來源於機械、航空、造船等製造業的P D M軟體。對於製造業的PDM，其管理的最基本單位是單個「零件」，傳統的採用現澆方式的建築，其「零件」的概念不是很明晰，而預製裝配式建築主要由預製的「柱、梁、板、樓梯、陽台」等構件組成，實質上這樣的建築物是被「零件化」了，所以產業化的住宅是最接近製造業生產方式的一種建築產品，也非常適用於採用類似製造業的方法進行管理，所以BIM在住宅產業化中的應用有天然的優勢。

工 業 化 的 住 宅 具 有 房 型 簡 單 、模塊化等特點，採用BIM技術可比較容 易 的 實 現 模 塊 化 設 計 和 構 件 的 零件庫，這使得BIM建模工作的難度降低。產業化的住宅生產方式也要求實現全產業鏈的、全生命周期的管理，而這種生產和管理方式又與BIM技術所擅長的全生命周期管理理念不謀而合。另外，在產業化住宅建造過程中也有對BIM技術的實際需求，如住宅設計過程中的空間優化，減少錯漏碰缺、深化設計需求、施工過程的優化和模擬、項目建設中的成本控制等。

總之，BIM技術非常適合在住宅產業化中推廣應用，而且相對投入的成本較低，應用產出的效能較高，通過BIM技術可以大大提高產業化住宅建設過程整體的管理水平。

5、B I M在上海城建預製裝配式住宅產業化中的應用實踐BIM在住宅產業化中的應用可以貫穿預製裝配式住宅的設計、深化設計、構件生產、構件物流運輸、現場施工以及物業管理等建築的全生命周期（圖1）。考慮到技術以及實施難度等因素，上海城建首先將BIM技術應用於設計、深化設計以及PC住宅建造相關的生產過程管理應用。

5.1 BIM在PC住宅設計、深化設計中的應用

在設計階段，可以利用BIM進行建築設計、結構設計以及設備設計，同時利用BIM模型可以進行建築物的性能分析，如：日照性能分析，採光性能分析，能耗性能分析，結構性能

分析等。深化設計階段是產業化住宅生產中的非常重要的環節，由於預製件是在工廠生產然後運輸到現場進行安裝，預製件設計和生產的精確度就決定了現場安裝的準確度，所以要進

行預製構件設計的「深化」工作，其目的是為了保證每個構件到現場都能准 確 的 安 裝 ， 不 發 生 錯 漏 碰 缺 。 但是，一棟普通PC住宅的預製構件往往有數千個，要保證每個預製構件到現場拼裝不發生問題，靠人工進行校對和篩查顯然是不可能的，但BIM可以

很好的擔負這個責任，利用BIM模型(圖2)，我們可以把可能發生在現場的衝突與碰撞在BIM模型中進行事先消除 ， 深 化 設 計 人 員 在 用BIM軟體對建築模型進行碰撞檢測，這種檢測不僅可以發現構件之間是否存在干涉和碰撞，還可以檢測構件的預埋鋼筋之間是否衝突和碰撞，根據碰撞檢測的結果，可以調整和修改構件的設計並完成深化設計圖紙。（見圖2）

5.2基於B I M技術貫穿P C深化設計、生產、建造環節的管理系統的建立除了在設計、深化設計階段應用B I M技術手段解決 傳 統 的 二 維 設計 不 擅 長 解 決 或者 不 能 解 決 的 問題以外，將B I M應 用 於 工 程 建 設管理也是B I M應用 的 重 點 ， 通 過構建基於B I M的多 方 參 與 的 工 程建設管理集成平台，使參與項目的不同組織（如業主、設計、製造、施工等）能夠同時加入到工程項目管理中來，通過BIM進行信息的溝通；相信在不久的將來，利用BIM進行項目管理 將 開 創 工 程 項 目 管 理 革 新 的 新 紀元。上海城建目前完成了基於BIM技術貫穿PC深化設計、生產和建造環節的管理平台的建設工作,通過這個信息管理系統平台，動態掌控PC住宅構件預製生產進度，倉儲、物流情況以及現場施工進度。該管理平台（圖3）集成了一個中心資料庫和四大子系統：即PC工程的BIM模型中心資料庫以及深化設計子系統、PC構件生產階段管理子系統、現場施工管理子系統、工程遠程監控子系統。(見圖3）

PC工程的BIM模型中心資料庫用於存放具體PC工程的全生命周期BIM模型數據；深化設計子系統將構件深化設計的所有相關數據傳輸到中心資料庫中；P C構件生產階段管理子系統(圖4)從中心資料庫讀取構件深化設計的相關數據以及用於構件生產的基礎信息，同時，將每個預製構件的生產過程信息、質量檢測信息返回記錄中心資料庫中；現場施工管理子系統(圖5)通過讀取中心資料庫的數據，可以了解本工程構件的生產進度情況以及每個構件的具體信息（重量、安裝位置等），同時，將構件的安裝情況返回記錄在中心資料庫中；工程遠程監控子系統(圖6)通過讀取中心資料庫的相關信息，實現遠程動態顯示PC工程的建設進度。考慮到工程管理的需要，我們在每個預製構件中都安裝了R F I D晶元，並為每個構件進行唯一編號，同時將晶元的信息寫入BIM模型，通過手持讀寫設備實現了P C住宅工程在構件製造、現場施工階段的數據採集和數據傳輸問題。通過基於BIM技術的貫穿PC深化設計、生產、建造環節管理系統平台的構建，PC住宅產業化工程項目可以通過BIM平台充分共享建造過程中的數據，工程項目的動態進展情況也可以通過BIM模型進行遠程的查詢，並以三維的形式進行展示，在很大程度上提高了工程管理的效率。（見圖4、5、6）

圖5 現場施工管理子系統

6、B I M技術在P C住宅產業化中應用的進一步拓展BIM技術在PC住宅產業化中的應用前景十分廣闊，根據進一步的應用需求，BIM技術在PC住宅產業化中的應用還可以在以下方面進行拓展和研究。

6.1 4D/5D模擬模擬BIM模型代表的是一座虛擬的建築，通過這個虛擬建築，可以把工程

現場要解決的問題搬到實驗室，在計算機裡面進行模擬和分析。4D是指在BIM的3D模型的基礎上增加時間的維度，通過對建築物不同建造工序方案的模擬模擬，可以對施工工序的可操作性進行檢驗，同時可以分析和比較不同方案的優缺點，從而尋找到最佳圖4 PC構件生產階段管理子系統 方案。5D是指在4D模型的基礎上增加成本的維度，通過BIM5D模型可以實現精細化的預算和項目成本的可視化，通過對工程項目進行5D模擬模擬，可以動態的比較多個可能方案之間的成本差別，通過分析和優化，選擇成本最優的方案進行實施。

6.2 數字化製造

由於P C住宅採用工業化的方式進行生產，所以整個生產過程可以充分利用BIM模型實現數字化和自動化的製造。可以實現數字化製造的有：

1）模具設計自動化，BIM模型可以提供預製構件模具設計所需要的三維幾何數據以及相關輔助數據，可實現模具設計的自動化，如果結合預製構件的自動化生產線，還能實現拼模的自動化。

2) 鋼筋加工自動化，利用BIM模型中的鋼筋數據模型輸出鋼筋加工數控機床的控制數據，實現鋼筋的自動裁剪和彎折加工，並利用軟體實現鋼筋用料的最優化。

3) 構件檢測自動化，利用BIM模型中的尺寸數據並結合預製構件的自動化生產線，實現預製構件成品檢測的自動化。

4）施工現場自動定位放樣，基於BIM模型的空間信息以及全自動全站儀等設備，實現基於BIM模型數據的施工現場自動定位放樣。

參考文獻：

[1] 李恆 郭紅領 黃霆等.推進中國住宅工業化進程的關鍵技術[J].土木建築工程信息技術, 2009年02期

[2] 何關培.中國工程建設BIM應用研究報告（2011）.

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