文／宋元璋 日照兴业房地产开发有限公司 山东日照 276800

刘子源 日照鸿方建设工程有限公司 山东日照 276800

方红梅 日照银华建设工程有限公司 山东日照 276800

1.装配式混凝土（PC）建筑的基本概述

1.1 PC 建筑概念

装配式建筑相较于传统建筑，其施工建设中主要为预制式、装配式工艺，就是建筑结构中的各种构件在工厂预制、再在现场组装而形成完整结构。

1.2 PC 建筑特点

PC 建筑与传统建筑的施工工艺有明显区别，前者为预制工艺，后者为现浇工艺，依据施工流程、工期、技术难度等的对比，PC 建筑的施工更为简单和高效。当前市场上的装配式建筑呈现数量增多、规模扩大的趋势，这类型建筑具有以下特点：结构构件均为工厂预制而成，构件精度高，工厂内为标准化、机械化作业，现场湿作业少，施工更为便捷和高效，施工周期短；设计生产可实现一体化，制作的构件能循环利用，现场组装中产生的噪音小、污染少，施工更为环保；现场很多作业流程均由专业机械设备完成，人工投入大大减少[1]。

1.3 PC 建筑施工工艺流程

如工程项目为PC 建筑，施工流程应严格按照流程以保障每个环节的施工质量，并加强不同环节的衔接，可提高工程质量与安全。

2.PC 构件设计-生产阶段的现状与特点

2.1 PC 构件设计生产现状

现阶段的建筑工程市场上，装配式建筑作为一种独特的形式，受到了人们的一致关注。虽装配式工艺日渐成熟，形成了较为科学且完善的施工技术体系，但因为行业内企业的规模、发展水平参差不齐，一些企业并未完全掌握预制工艺，在PC 建筑施工中部分环节还依旧采用传统工艺，影响了施工效果。另外，PC 建筑项目中的承发包依旧停留在DBB（设计—招标—建造）方面，部分项目虽采用了EPC 总承包模式，但不同主体在开展工作时并未严格按照新模式展开，还受到传统理念、模式的影响，导致PC 建筑的施工效率低、质量差、成本高。首先，当前装配式建筑尚处于发展初期，并未进入成熟期，且部分设计方水平有限，各种PC 建筑中推行直接面向构件的设计方法不具有现实的可行性，设计方在确定方案时主要参考现浇结构完成初步设计，遵循“等同现浇”原则拆分大型构件优化方案；不同专业之间未做好协调工作，各自的工作相互分离，影响了项目的顺利实施，极易出现质量、安全、进度等问题。其次，针对深化设计，大部分均由PC 构件生产商或其委托单位来负责，很少有项目由设计单位负责深化设计，设计任务与深化设计独立开展，二者之间的衔接不够，无法凸显设计方的牵头作用，深化设计方、设计方之间往往就很多问题难以达成一致意见，耗时耗力。最后，PC 构件生产商为新的参与主体，从项目实施的全过程分析，该参与方处于中间位置，其与深化设计方、施工方之间都保持密切关系，主要工作就是参考标准化设计，以机械化方式高效生产构件。但部分PC 构件生产商仅仅将现浇混凝土转移到了工厂，本质上并未推行预制工艺。

2.2 PC 构件设计与生产的信息化现状

PC 建筑的多方参与性决定了在设计施工中应采用信息化管理模式，构建一个集多种功能于一体的动态系统，该系统兼具信息传递、应用、共享功能。不论是设计、深化设计、施工阶段，均可利用该系统展开协调、管理任务，发挥信息技术的优势。目前PC 建筑中信息化管理虽取得了一定的工作成效，但却存在信息共享不足的情况，这是未来信息化工作的重点。

目前PC 建筑信息化现状如下：

（1）设计方借助专业的设计软件或者平台得到设计方案，生成设计阶段的建筑、结构、机电、内装信息模型，形成这些模型后开展专业内部、专业之间的碰撞检查，优化设计细节，将最终得到的设计成果提交给深化设计单位。

（2）设计方与深化设计方的信息平台未完全统一，虽设计方按照相关规定向深化设计方提交了其设计成果，但深化设计方无法在自身平台上直接打开，还需要进行修正或者重新建模，工作量大且需耗费一定时间。

（3）智能化作业方面，仅实现了部分流程的智能化，尚未实现完全智能化，工厂没有与设计阶段的数据相对接，导致有关人员很难直接调取和利用前一流程所产生的数据，还需要人工重新梳理、整合数据，工作效率低，且人工处理下可能出现数据偏差。

2.3 设计-生产阶段信息集成的可行性分析

由于PC 建筑的建设模式、工艺与传统建筑有所不同，施工建设中企业必须意识到信息化的必要性和重要性，采用现代先进工艺构成信息化管理模式，在系统中集成信息，促进物流、信息流在不同阶段、不同参与方之间的流动。PC建筑建设中以设计、深化设计、生产过程作为主要流程，在各个阶段产生各种数据，并将这些数据在不同主体之间传输和共享。为达到信息集成目标，工程企业需引进BIM技术，以BIM 技术为基准优化PC 建筑施工流程和工艺，发挥BIM 技术的协调性、模拟性优势。

3.PC 建筑中利用BIM 实现信息集成的方式

3.1 设计阶段信息集成

PC 建筑中设计为施工建设的参考，为提高设计质量，传统的人工设计方法并不可行，设计人员需根据PC 建筑的设计要求，借助Planbar 软件建立专有模型，在该模型中整合各种工程数据，完成协同工作、碰撞检查，调整设计方案的细节，并根据建筑中的构件类型、尺寸等，实施体系化、模式化拆分设计。设计阶段的信息集成主要体现在以下方面：

（1）构成规范的建模与协同组装标准。相关人员需参考行业要求，保障定位基准、命名规则的统一性，在此前提下再考虑建筑项目的特殊结构要求，在模型中人为设定PC 构件的属性、尺寸，绘制构件、建立户型和标准层BIM 模型，同步协调土建、机电、装修等设计，考虑不同专业的各自要求，处理不同专业之间的矛盾与冲突[2]。

（2）标准化设计以及体系化、模式化拆分设计。PC建筑中采用BIM 模型时，将该模型作为一个体系，在具体的设计工作中相关人员需按照PC 构件拆分要求开展标准化设计，在符合结构要求的基础上减少大型构件的数量，使大型构件变为一个个小型构件，每个构件都是结构体系中不可或缺的部分。

（3）深度碰撞检查、调整方案细节。PC 建筑中的构 件、管线等数量较多，如缺乏协同设计，可能造成构件或者管线之间的碰撞与冲突，影响建筑功能。而利用BIM的设计功能，系统可自动协调各个设计细节，完成碰撞检查并生成报告，在报告中呈现碰撞位置等，再依据碰撞结果实施优化与调整，得到高质量的设计方案。

3.2 深化设计阶段信息集成

PC 建筑中应用BIM 技术时，深化设计阶段的工作必不可少，此项工作是为了保持各个部分设计的精细化。具体的设计工作中有关人员需以前期确定的BIM 模型作为基准，分析不同专业之间的关系，构件生产及装配的需求，对于已经拆分的构件开展配筋、预留预埋、模具设计等工作，建立BIM 模型与各种信息之间的内在逻辑关系，使PC 建筑设计、施工等阶段不同信息能高效传输[3]。首先，在配筋设计方面，其设计对象为拆分后构件，如以预制墙体为例，为提高墙体稳固性，设计人员可直接在BIM 模型中调整有关参数，达到自动配筋。其次，预留预埋设计中，同样也是对拆分后的构件实施预留与预埋处理，但具体的工作中需参考设计图纸，针对每个构件由模型自动预留和预埋，保障预留位置、数量的正确性。如预制墙体中添加配筋、设置斜撑等均属于预留和预埋处理。第三，模具设计，为提高设计质量，具体的设计中必须以构件类型、属性、尺寸为依据，直接调取软件族库中与标准化构件相匹配的模具，遵循少规格、多组合要求。最后，成果输出，因为BIM 模型与构件之间存在紧密联系，再加上构件属性信息与各类报表的信息完全相同，模型中集成了全部的建筑信息，相关人员可自动提取不同维度的信息，如构件类型、钢筋数量、预埋预留件位置、尺寸等信息。

3.3 生产阶段信息集成

PC 建筑项目中完成深化设计阶段的工作后，相关人员需进入生产阶段，此阶段同样需通过信息集成提升工作效果。为达到信息集成、数据共享目标，有关人员需在前期模型和平台的基础上内置数据接口，由此接口导入TIM平台，将该平台与BIM 模型对接后利用平台自带功能，生成各类物料清单。与此同时，TIM 平台还需与车间生产管理系统保持数据传递、共享，在项目建设中合理安排生产计划、加强车间管理。

生产阶段的信息集成主要体现在以下方面：

（1）生成物料清单。PC 建筑建设中包含的物料种类繁多，各种物料都在建筑结构、功能中起着重要的作用，生产阶段工业设计部门需根据深化设计阶段的物料需求，制定合理的计划物料清单，与此同时，由生产方车间生产部门依据生产作业流程、技术规范与标准生成制造物料清单，后续的物料管理及生产中参考此清单。

（2）与生产数据对接并建立关联关系。在TIM 平台中建立有专门的SQL 数据库，该数据库的结构等决定了其与工厂MES 系统之间可直接对接，相互之间的信息传输不再受到限制，有利于保持生产计划、执行阶段的高度协同，减少数据传输不及时引发的问题[4]。首先，制造物料清单中包含的材料种类较多，如有主体材料、钢筋、预埋件、模具等的完整信息，还存在生产期间的流程、参数、设备等数据，通过集成和分析这些信息，MES 系统的生产管理更具针对性，可提高生产加工效率，即使在生产与加工中遇到了问题，有关人员也可直接调取系统中的数据展开分析，锁定问题并制定最佳方案。

3.4 应用效果

PC 建筑中合理利用BIM 技术，可有效发挥BIM 技术的优势，特别是在设计—深化设计—生产阶段以BIM技术为基础构建Planbar+TIM 集成化平台，在该平台中集成各种建筑信息，使不同参与方之间能共享信息，以信息为基准制定决策。综合PC 建筑中BIM 的应用情况，其作用主要体现在以下方面：

（1）有利于提高PC 构件的生产质量。设计、深化设计阶段均能利用BIM 技术的模拟、协调功能，再经由碰撞检查、标准化设计等，可及时处理PC 构件的设计问题，通过调整和优化参数、流程等减少PC 构件质量问题。得益于BIM 技术，PC 构件、预留预埋件、模具设计质量显著提高，设计偏差大大降低。

（2）沟通协调更为便捷。由于PC 建筑的设计施工难度大、技术要求高，在任何阶段都需要保障不同参与方之间的信息共享，如遇问题应及时协商与沟通。为BIM技术支持下构建的Planbar+TIM 平台，在平台中可集成大量的信息，不同参与方可在平台内调取信息并相互沟通，避免了原先沟通不畅引发的工程质量或者安全问题。

（3）流程管理更为规范。PC 建筑的实施流程繁多，任一流程出现问题，与之相关的其他流程也会受到影响，从工程进度、质量、安全等管理角度，流程管理十分关键。而Planbar+TIM 集成管理平台自带流程管控功能，利用该功能可开展规范化管理，保障把不同流程之间的高度衔接。

4.案例分析

4.1 工程概况

以某PC 建筑为例，该工程的工艺特殊，为三明治墙体结构、夹心外保温PC 技术，预制装配式剪力墙结构体系，建筑面积超30 万m3，占地面积为8.5 万m3。由于本建筑的规模庞大、工艺特殊，为提高工程建设的质量与效益，工程企业引进了BIM 技术辅助设计与施工。

4.2 PC 建筑中的BIM 技术

4.2.1 设计阶段

PC 建筑设计阶段的核心任务是确定设计方案，设计人员需通过构建模型来实现对象的构件化、模数化，与此同时还需整合、分析项目所在地的气象变化、场地环境、采光条件等因素。通过综合分析优化原先的二维图纸设计，得到三维可视化模型，全面还原建筑场地、结构等特点。有关人员在应用BIM 技术时需参考前期的体量模型、施工图设计模型，选择Ecotect、CFD 等专业软件对于每一种方案的可行性，从技术、经济、安全等角度优选方案。

概念设计环节，由Ecotect 的气象分析工具全面统计建筑所在地的气象信息，以此结果作为施工依据与参考；方案设计环节，保持BIM 模型与CFD 软件的对接，分析建筑现场的风环境情况，展开一系列优化工作，采取措施为现场营造室外风环境、室内通风条件；将BIM 与Ecotect 建立联系，分析建筑的自然采光情况，判断其采光效果能否与建筑建设要求相一致，依据模拟与分析结果调整幕墙可见光相关数据[5]。

4.2.2 深化设计阶段

PC 建筑中包含的构件数量多，不同构件往往存在属性、尺寸等差异，深化设计时相关人员需利用Revit 给结构中的每个构件进行单独、分块参数化建模，如建筑中的预制夹心保温外墙、预制楼梯、预制内墙等，均可通过参数化建模来优化设计。通过给内部预埋件、钢筋、套筒、线盒管线等建模，能减少不同构件之间的冲突，提高构件质量水平。此外，利用BIM 技术进行的参数化建模，还可保障工作的便捷性，模型精度更高，即使后续涉及设计变更，调整也相对简单，不再需要人工开展大量的计算与对比工作。

Navisworks 中配备有碰撞检验管理器，再加上具备可视化功能，在实际的工作中可全面评估各个设计细节，从微观角度检查预制装配式结构节点布置是否合理，并以检查结果为基准调整现浇核心区域、复杂节点钢筋的排列，如检查中发现不同管线、构件之间存在碰撞情况，需利用可视化来减少碰撞。深化模型具有碰撞检测功能的前提下，专业人员利用Revit 能自动生成平面、立面、剖面图、预制装配式结构节点图，即使后续出现设计变更，只需要在模型中进行即可，通过调整关键部分，与之相关的其他部分将同步变化。

4.2.3 生产阶段

预制构件的生产质量关乎PC 建筑的质量与安全。正式的生产作业开始之前，有关人员需引入BIM 技术完成三维建模，在该模型中完整、准确地反映建筑中的混凝土、钢筋、预埋件等各类构件的信息。模型中集成了全部的构件信息后，由软件自动完成碰撞检查，检查结束后调整连接节点。BIM 模型能提供完整的预制构件模具设计的三维几何数据、辅助数据，构件厂家依据其生产线自动拼模，与此同时将BIM 模型中的钢筋数据导入到数控机床，由数控机床依据尺寸等信息自动调整生产参数，提高生产效率与质量。

4.2.4 施工阶段

PC 建筑的设计、深化设计、生产阶段等各项工作结束后，需立即进入施工阶段。由于本工程项目的规模庞大，施工流程多，工艺要求较高，为减少施工现场的质量、安全、进度等问题，施工建设中工程企业可利用BIM 来模拟施工全过程，依据模拟过程及结果及时发现问题，制定可行的施工策略。施工企业可将BIM 模型与Project 之间建立联系，通过二者的数据传输与共享为施工计划的导入与导出提供便捷，使施工人员能利用模型自带的功能评估和模拟施工作业，合理调配资源、安排工期。

结语：

建筑行业发展的过程中，PC 建筑的发展潜力巨大，其预制式、装配式工艺能凸显其在施工效率、施工成本、节能环保方面的作用。但目前的PC 建筑中BIM 技术必不可少，为提高PC 建筑施工建设水平，工程企业在当前及未来需持续研究BIM 技术的应用。