姜　曦

(成都師范學(xué)院,成都　611130)

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淺析基于BIM的PC住宅在新農(nóng)村民居建設(shè)中的應(yīng)用

姜曦

(成都師范學(xué)院,成都611130)

文章結(jié)合目前新農(nóng)村的建設(shè)，提出了將PC住宅用于新農(nóng)村民居建造。同時(shí)，分別從結(jié)構(gòu)系統(tǒng)選擇、構(gòu)件功能、環(huán)保性等方面闡述了PC住宅在新農(nóng)村建設(shè)中的優(yōu)勢(shì)和適用性，并提出了基于BIM技術(shù)的PC住宅設(shè)計(jì)施工過(guò)程控制方法。通過(guò)實(shí)例說(shuō)明了PC農(nóng)村住宅建造的流程和達(dá)到的節(jié)能效果。

PC住宅； 新農(nóng)村； BIM； 應(yīng)用

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.04.18

1　引言

今天，我國(guó)的新農(nóng)村建設(shè)正在廣大國(guó)土上有條不紊地推進(jìn)著，其中一個(gè)重要的內(nèi)容就是村莊村落的民居建設(shè)，即“新民居”建設(shè)。各省都在大力推進(jìn)農(nóng)村新民居建設(shè)，比如河北省從2000年以來(lái)，民居建設(shè)規(guī)模每年均在2 000萬(wàn)m2以上，投資額每年都超過(guò)了100億元，近幾年更是有多無(wú)少。與此同時(shí)，國(guó)家保障性住房也開(kāi)始向農(nóng)村延伸，農(nóng)村人居環(huán)境改善將是推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的一個(gè)重要部分?？梢哉f(shuō)，新農(nóng)村民居的大規(guī)模建設(shè)已經(jīng)開(kāi)始。然而現(xiàn)在的農(nóng)村民居建設(shè)已大大有別于過(guò)去，首先在提倡土地節(jié)約和強(qiáng)調(diào)人居環(huán)境的今天，不再是粗獷性的分散建設(shè)，而更多地是統(tǒng)一規(guī)劃，集中建設(shè)； 其次隨著農(nóng)民生活水平的逐年提高，對(duì)房屋的要求也不再是“能住就行”，對(duì)房屋的外觀、舒適性和功能性也有了更高的要求。

因此如何一方面保證規(guī)定時(shí)間內(nèi)的規(guī)模化建設(shè)任務(wù)，另一方面保證農(nóng)村民居的建筑質(zhì)量和耐久性，同時(shí)又滿足節(jié)能環(huán)保、綠色多功能和舒適性，將

是建筑行業(yè)面臨的新問(wèn)題。

2　PC住宅

2.1PC住宅定義

建筑PC技術(shù)，即在工廠中通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)化方式加工生產(chǎn)的建筑混凝土制品，其源自上個(gè)世紀(jì)60年代，過(guò)去多用于小型建筑構(gòu)件，在21世紀(jì)初曾由于適用條件等多種原因淡出過(guò)人們的視線，但隨著我國(guó)建筑市場(chǎng)中現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體系弊端逐漸趨于明顯化，以及國(guó)外的住宅產(chǎn)業(yè)化成功經(jīng)驗(yàn)，建筑行業(yè)在近幾年掀起了“建筑工業(yè)化”、“住宅產(chǎn)業(yè)化”的浪潮，因此PC技術(shù)又隨之進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代，即用于建筑整體的修建。國(guó)內(nèi)萬(wàn)科、遠(yuǎn)大等知名企業(yè)現(xiàn)已紛紛開(kāi)始推行PC住宅，即將住宅的部分或全部構(gòu)件在工廠預(yù)制完成，然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，再將構(gòu)件通過(guò)可靠的連接方式組裝而建成的住宅。

2.2PC住宅的優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)的住宅建造方式相比，PC住宅無(wú)論是在建造質(zhì)量，還是在綠色環(huán)保上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，如下表。

表1　住宅建造方式對(duì)比表

傳統(tǒng)住宅建造方式PC住宅建造方式勞動(dòng)生產(chǎn)率現(xiàn)場(chǎng)作業(yè),生產(chǎn)效率較低工廠生產(chǎn),生產(chǎn)效率高資源能源消耗耗地、耗水、耗能、耗材循環(huán)經(jīng)濟(jì)特征明顯,資源節(jié)約環(huán)境污染垃圾高、揚(yáng)塵嚴(yán)重、噪音大噪聲低,揚(yáng)塵少,垃圾回收率提高施工人員勞動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、人員需求多勞動(dòng)時(shí)間短、勞動(dòng)力資源節(jié)省建筑壽命可改造差,建筑壽命低更好的可改造性,住宅壽命長(zhǎng)質(zhì)量安全安全事故隱患大安全事故隱患低

3　PC技術(shù)應(yīng)用

結(jié)合目前新農(nóng)村民居建設(shè)的大力推行，PC技術(shù)是否適用，是否能有效地解決新民居建設(shè)中面臨的問(wèn)題，我們從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

3.1PC結(jié)構(gòu)體系

結(jié)構(gòu)體系是PC住宅的核心內(nèi)容，其直接影響到住宅的安全性和造價(jià)。目前，PC住宅常用的建筑材料包括鋼材和鋼筋混凝土，從受力體系上其可分為預(yù)制裝配整體式框架結(jié)構(gòu)、預(yù)制裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)和預(yù)制裝配整體式框剪結(jié)構(gòu)。那么什么樣的結(jié)構(gòu)更適用于農(nóng)村新民居？不難發(fā)現(xiàn)目前新農(nóng)村民居常見(jiàn)的類型一是獨(dú)棟住宅，此類住宅樓層往往只有2～3樓，建筑面積在400m2以下； 二是安置小區(qū)中的電梯公寓，此類住宅樓層在10～30樓之間，單棟建筑面積在20 000～50 000m2。

從受力體系來(lái)說(shuō)，第一類住宅整體荷載較小，對(duì)地基要求不高，可選用框架結(jié)構(gòu)或剪力墻結(jié)構(gòu)，PC率可達(dá)到100%。若是選擇框架結(jié)構(gòu)，可采用框架加掛板的形式，此種方式優(yōu)點(diǎn)在于墻體自重小，拼裝難度相對(duì)較低，缺點(diǎn)在于過(guò)多的拼裝縫對(duì)防水處理有一定的影響； 若是采用剪力墻結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)在于住宅整體性較好，但自重大，運(yùn)輸安裝相對(duì)困難。

對(duì)于第二類住宅——電梯公寓，其屬于高層建筑，結(jié)構(gòu)方面要求較高，因此應(yīng)采用框剪結(jié)構(gòu)，同時(shí)可采用全預(yù)制和半預(yù)制的方法，如遠(yuǎn)大集團(tuán)的新方舟酒店P(guān)C項(xiàng)目，其采用鋼構(gòu)件加PC掛板的全預(yù)制方式。但是考慮到新農(nóng)村民居的整體性要求和造價(jià)，建議采用PC構(gòu)件加部分現(xiàn)澆的方式，如疊合板技術(shù)。

3.2PC住宅構(gòu)件

PC住宅構(gòu)件除具備傳統(tǒng)墻體所具有的分隔、承重功能以外，可根據(jù)新民居的建設(shè)要求在預(yù)制過(guò)程中集成新技術(shù)實(shí)現(xiàn)更多的功能，以提高住宅的功能性和舒適性，如在北方廣大農(nóng)村地區(qū)，此地區(qū)溫差較大，但日照充分，即可一方面在PC墻體構(gòu)件中集成太陽(yáng)能面板，另一方面將新型保溫材料預(yù)制進(jìn)墻體構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)住宅的綠色環(huán)保。

另外，墻體、樓板等建筑構(gòu)件的耐久性會(huì)直接影響到住宅的使用。傳統(tǒng)農(nóng)村民居的修建多采用框架現(xiàn)澆加墻體砌筑的方式，且多為自建，并無(wú)相應(yīng)的施工管理，同時(shí)工人水平也參差不齊，導(dǎo)致建筑質(zhì)量整體較差，因此房屋耐久性較差，在地震等自然災(zāi)害中也容易出現(xiàn)較大程度的損害。而PC技術(shù)最大的特點(diǎn)就在于建筑構(gòu)件生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化和工廠化，一方面PC構(gòu)件工廠其生產(chǎn)條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于施工現(xiàn)場(chǎng)，其既保證了建筑構(gòu)件本身的質(zhì)量，也減少了現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)環(huán)境的污染； 另一方面，規(guī)?；臉?gòu)件預(yù)制能大大縮短現(xiàn)場(chǎng)施工中養(yǎng)護(hù)等待的時(shí)間，對(duì)于工期的影響就顯而易見(jiàn)。

此外，標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件也為PC住宅的改建和后期維護(hù)提供了便捷的方式。在農(nóng)村民居中常出現(xiàn)的改建是房屋的加高和加寬，以增加更多的建筑使用面積，然而傳統(tǒng)的方式是在現(xiàn)有樓層上直接進(jìn)行搭建，其與已有建筑的連接薄弱，抗震性較差。而PC住宅其構(gòu)件在預(yù)制時(shí)均留有連接節(jié)點(diǎn)，因此后期的改擴(kuò)建仍可通過(guò)墻體或樓板上的預(yù)留節(jié)點(diǎn)完成連接，其住宅整體高，抗震性能好。

3.3基于BIM的設(shè)計(jì)和施工

對(duì)于PC住宅來(lái)說(shuō)，構(gòu)件預(yù)制的準(zhǔn)確性會(huì)直接影響到現(xiàn)場(chǎng)拼裝的質(zhì)量，同時(shí)PC構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)拼裝的順序都會(huì)直接影響到施工質(zhì)量和施工工期。因此，我們引入目前建筑行業(yè)中革命性的新技術(shù)——建筑信息模型來(lái)完成整個(gè)設(shè)計(jì)施工的過(guò)程控制。

建筑信息模型(Building Information Modeling，簡(jiǎn)稱BIM)是將工程項(xiàng)目中相關(guān)信息數(shù)據(jù)融入到三維建筑模型的建立過(guò)程中，后可通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)仿真模擬該項(xiàng)目所具有的真實(shí)信息。它具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)階段，我們可以在可視條件下完成整個(gè)住宅的初步方案、施工圖等設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，并且利用BIM的協(xié)同技術(shù)完成土建、設(shè)備、結(jié)構(gòu)等專業(yè)間的設(shè)計(jì)整合，最大限度地避免了后期的設(shè)計(jì)變更。因?yàn)樵O(shè)計(jì)變更對(duì)于PC住宅來(lái)說(shuō)，是成本增加的主要因素之一。即使出現(xiàn)了必要的設(shè)計(jì)變更，我們也可通過(guò)BIM快速地完成各專業(yè)的設(shè)計(jì)修改以確保工期。在施工階段，我們可以事先通過(guò)BIM的仿真模擬技術(shù)完成PC住宅的虛擬建造過(guò)程來(lái)確定構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、吊裝的先后次序，以保證現(xiàn)場(chǎng)施工的準(zhǔn)確性。

4　實(shí)例

以某農(nóng)村新民居建設(shè)為例，該新民居為20棟獨(dú)棟住宅，要求每棟住宅的建筑面積為200m2。項(xiàng)目采用PC住宅，結(jié)構(gòu)體系為剪力墻結(jié)構(gòu)。通過(guò)前期的資料收集，利用BIM技術(shù)完成了項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案和施工方案：

4.1初步方案階段

結(jié)合當(dāng)?shù)氐默F(xiàn)場(chǎng)條件，完成了該居民區(qū)的建筑初步方案和規(guī)劃方案。同時(shí)，利用BIM綠色分析軟件Ecotect對(duì)建筑設(shè)計(jì)方案和規(guī)劃方案進(jìn)行了分析。例如對(duì)單棟建筑方案進(jìn)行了日照、熱量等方面的綠色分析，對(duì)整個(gè)居民區(qū)的建筑布局也進(jìn)行了相關(guān)分析，并根據(jù)分析的結(jié)果修改了初步方案。

圖1　日照時(shí)間分析

圖2　風(fēng)分析

圖3　熱量分析

4.2施工方案的初定及出圖階段

此階段主要完成了住宅的建筑設(shè)計(jì)，同時(shí)通過(guò)BIM完成了土建、結(jié)構(gòu)、管線的專業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程，并通過(guò)模型碰撞進(jìn)行了專業(yè)間的協(xié)調(diào)，最終完成施工圖的設(shè)計(jì)工作。

圖4　BIM土建模型

圖5　BIM管線模型

圖6　工程量統(tǒng)計(jì)

4.3PC構(gòu)件設(shè)計(jì)階段

此階段通過(guò)BIM技術(shù)完成對(duì)住宅構(gòu)件的拆分和編碼工作，同時(shí)確定構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)，完成構(gòu)件的出圖工作。

圖7　PC構(gòu)件節(jié)點(diǎn)圖

圖8　PC構(gòu)件編碼

圖9　虛擬拼裝

4.4施工階段

通過(guò)BIM的虛擬建造，確定構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)安裝的順序后，完成施工。

項(xiàng)目完成后經(jīng)過(guò)測(cè)算，此項(xiàng)目采用PC住宅方式，較傳統(tǒng)方式相比較其施工過(guò)程中耗能減少了75.4%，耗水減少了63.5%，現(xiàn)場(chǎng)使用的建筑材料中80%可回收利用，同時(shí)每棟住宅的套內(nèi)面積增加了8.4%，提前1個(gè)月完成了項(xiàng)目，并且整個(gè)施工對(duì)環(huán)境的影響幾乎為0。

5　結(jié)語(yǔ)

在大力推行建筑信息技術(shù)、建筑工業(yè)化技術(shù)的今天，有效地將PC住宅技術(shù)用于新農(nóng)村民居建設(shè)是完全可行的，其不僅能滿足新民居建設(shè)的基本需要，也符合我國(guó)所倡導(dǎo)的綠色建筑理念，可以說(shuō)在一定程度上也推動(dòng)了我國(guó)建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。當(dāng)然，目前PC住宅并不是適用于所有的新農(nóng)村民居建設(shè)，其具有一定的局限性，同時(shí)其與建筑行業(yè)自身的發(fā)展息息相關(guān)。此外建立一套適用于新農(nóng)村PC住宅的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)也是有待我們解決的問(wèn)題。

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Feasibility Study on Application of PC Residence based on BIM in New Rural Residential Construction

Jiang Xi

(ChengduNormalUniversity，Chengdu611130，China)

By studying the new rural construction, this article introduces PC residence for new rural residential construction. It discusses the advantages and applicability of PC residence in the new rural construction from such aspects of the choice of structural system, functional components, and environmental protection. Meanwhile, the control methods in design and construction for PC residence based on BIM are put forward. Through the example，the construction process and effect of energy saving of PC residence is explained.

PC Residence; New Countryside; BIM; Application

基于BIM的建筑工業(yè)化技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用研究(編號(hào)：14ZB0333)

TU241.4

A

1674-7461(2016)04-00100-05