摘要：面臨我國建筑產(chǎn)業(yè)化升級的迫切性，大力發(fā)展裝配式住宅成為建筑產(chǎn)業(yè)化升級的第一 步。但是裝配式住宅的實施仍有很多制約因素，例如標準化、系列化還不夠完善。除了要有健全的政策法規(guī)支持外，設計本身也需要進行變革。因此，本文的研宄目的主要有兩點：一是基于BIM技術優(yōu)化當前裝配式混凝土剪力墻結(jié)構住宅設計流程，遵循“少規(guī)格、 多組合”的設計原則，實現(xiàn)裝配式住宅套型設計的標準化與系列化，根據(jù)裝配式建造方式的特點實現(xiàn)立面的個性化和多樣化，降低設計成本；二是基于三湘前灘項目實例工程，將BIM技術貫穿應用于設計、生產(chǎn)以及施工管理過程中，為裝配式混凝土結(jié)構住宅的標準化設計、工程化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理以及智能化應用提供有力支撐，促進建筑產(chǎn)業(yè)化升級。

關鍵詞：裝配式住宅；PC；BIM

1、項目背景

項目名稱：三湘前灘住宅項目

建設單位：上海湘盛置業(yè)發(fā)展有限公司

建設地點：浦東新區(qū)黃浦江南延伸段前灘地區(qū)36-01地塊

項目占地面積13965.3㎡，總建筑面積53799.86㎡，其中地上建筑面積29835.62㎡，地下建筑面積23964.24㎡，建筑高度42m

項目概況： 本項目包括1～9號樓及地下車庫，1～7號樓為裝配式住宅，預制裝配率為25%，8～9號樓為配套用房。

項目特色：大面積采用PC裝配式技術，集設計、生產(chǎn)、施工、裝修及管理一體的信息化管理工程。

2、裝配式建筑設計

2.1標準化設計

為了體現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)化的特點，使住宅設計更加標準化，規(guī)范化，滿足工業(yè)化的生產(chǎn)方式，本項目設計從預制構件尺寸特點以及人體活動空間的角度出發(fā)考慮，首先確定設計的基本模數(shù)為，并作為開間進深尺寸、層高、立面設計以及部分構件尺寸設計的依據(jù)，最大限度的實現(xiàn)尺寸的配合優(yōu)化。從建筑物的節(jié)能和造價方面考慮，盡可能選擇規(guī)則的建筑平面布置，較少的凹凸變化。 本項目建筑方案平面軸網(wǎng)大多以固定的模數(shù)網(wǎng)格進行劃分設計，局部可根據(jù)實際情況進行適當調(diào)整。

2.2立面設計

住宅立面設計的標準化并不意味著呆板與單一，以組合平面為基礎，對立面進行多樣化設計，通過色彩變化、部品構件的重組等方法形成豐富多樣的立面風格，使其與周圍環(huán)境有很好的融合。與普通住宅相比，裝配式住宅立面設計最大的特點是通過組裝拼合而成，這其中包括預制墻體構件、功能性構件等。在這種生產(chǎn)模式下，構件的種類越少，數(shù)量越大，成本就越低，因此，為了降低構件成本，提高施工效率，增加構件標準化設計，減少構件種類，設計師在BIM構件庫中選擇不同風格的預制墻體構件或功能性構件，經(jīng)過標準構件不同形式的組合，形成復雜多樣的立面形式，最終展現(xiàn)出了裝配式住宅立面設計的多樣化。使建筑活躍時尚，具有韻律感，豐富了立面表現(xiàn)形式，與周圍建筑物、綠化、水體景觀很好的融合。

2.3構件設計

構件的深化設計是生產(chǎn)前的重要準備工作之一。BIM整體模型經(jīng)過拆分后，由預制部分和現(xiàn)澆部分組成，預制部分按照實際情況在標準BIM構件庫中挑選出構件之后，在原有深化模型的基礎上，按照具體項目的設計要求進行進一步的深化設計修改，重點考慮需要連接的構件連接構造以及各種預埋件、管線預留洞口等，對預制構件內(nèi)的鋼筋排布進行優(yōu)化調(diào)整，使其符合實際生產(chǎn)和施工需要。利用BIM相關軟件（revit）對構件進行深化，使得設計結(jié)果更加直觀精準，將復雜的二維表達轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)高度集成的滿足生產(chǎn)需要的三維模型表達，并根據(jù)需要自動生成與模型關聯(lián)的相關CAD圖紙，將三維數(shù)據(jù)模型與圖紙一并提供給構件生產(chǎn)企業(yè)進行構件的制作。

有數(shù)據(jù)顯示，預制構件的生產(chǎn)和安裝成本比例約為7： 3，而在預制構件的成本組成中， 模具的攤銷費用約占5%～10%，因此模具對于整個裝配式建筑成本而言是非常重要的。對于一些造型復雜的預制構件（比如三明治外墻板），這種外墻板在構造上存在企口造型，大量的連接鋼筋以及灌漿套筒開口，采用BIM軟件進行三維設計，將會使整套模具設計體系更加直觀化、精準化。在模具制造過程中要重點關注模具的精度問題，同時還要考慮模具的通用性、方便生產(chǎn)運輸?shù)确矫娴膯栴}。

2.4連接點設計

預制構件的深化設計階段是工業(yè)化建筑生產(chǎn)中非常重要的環(huán)節(jié)。由于預制混凝土構件是在工廠生產(chǎn)、運輸?shù)浆F(xiàn)場進行安裝，構件設計和生產(chǎn)的精確度就決定了其現(xiàn)場安裝的準確度，所以要進行預制構件設計的“深化”工作，其目的是為了保證每個構件到現(xiàn)場都能準確地安裝，不發(fā)生錯漏碰缺。但是，一棟普通住宅建筑往往存在數(shù)千個預制構件，要保證每個預制構件到現(xiàn)場拼裝不發(fā)生問題，靠人工進行校對和篩查顯然是不可能的，但BIM技術可以很好地擔負起這個責任，通過BIM模型對每個不同部位、不同的預制構件、不同的節(jié)點進行預拼裝，使用BIM軟件對模型進行碰撞檢測，不僅可以發(fā)現(xiàn)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存在沖突和碰撞，根據(jù)碰撞檢測結(jié)果，可以調(diào)整和修改構件的設計并完成深化設計圖紙。把可能發(fā)生在現(xiàn)場的沖突與碰撞在模型中進行事先消除。保證今后實際安裝準確無誤。

2.5防水節(jié)點等構造節(jié)點的設計

裝配式建筑的分塊拼裝特點使得構件之間留下大量的拼接縫，從而對建筑的防水處理提出了挑戰(zhàn)。預制構件之間、預制構件與后澆混凝土結(jié)合處等接縫的防水密封，以及門窗周邊、預留洞口等防水部位的防是裝配式建筑防水的重點與難點。處理好這些部位的防水是保證建筑使用功能的重要因素之一。

2.6保溫一體化、機電設備一體化

保溫一體化：建筑保溫與結(jié)構一體化技術，即保溫材料與主體圍護結(jié)構墻體融為 一體，墻體結(jié)構與保溫材料形成復合保溫墻體，從而實現(xiàn)建筑圍護結(jié)構節(jié)能的工作目標。

外墻夾心保溫

裝修和建筑設計一體化：建筑和裝修設計主要含有建筑設計、室內(nèi)設計、結(jié)構設計、給排水設計、暖通設計等幾個步驟。裝修和建筑設計一體化使得裝修設計工作應在建筑設計時同期開展，將居室空間分解為幾個功能區(qū)域，每個區(qū)域視為一個相對獨立的功能模塊，如廚房模塊、衛(wèi)生間模塊。在模塊化設計時，綜合考慮部品的尺寸關系，采用標準模數(shù)對空間及部品進行設計，以利于部品的工廠化生產(chǎn)。

裝修和建筑設計一體化設計

機電設備一體化：設備專業(yè)的標準化設計是在建筑模型設計完成之后與結(jié)構設計同時進行，延續(xù)了建筑、 結(jié)構設計的標準化思想，建筑戶型的設計決定了 MEP的模型方案。設計師根據(jù)建筑戶型樣式，在BIM設備模型庫中挑選出與之相對應的水暖電模型載入到建筑模型中，在BIM 軟件中經(jīng)過微調(diào)使之與建筑戶型相適應。電氣專業(yè)涉及到戶型內(nèi)部各種電氣配件的精確位置，比如插孔插座、電箱、預埋電氣線管、預留線孔等，在設計過程中應考慮預制深化構件的選擇問題，確保由各構件拼裝完成的戶型與電氣模型相匹配。

本項目的電氣模型設計比較復雜，插孔插座、電箱、預埋電氣線管、預留線孔等預埋部分較多，設計時必須確保各個預埋預留部分的位置精度，滿足住戶的使用需求。在戶型模塊以及各預制構部件之間的對接處，電氣預留線管宜采用軟連接，以避免由于精度誤差所引起的線管無法對接的問題。在設計過程中應考慮預制深化構件的選擇問題，確保由各構件拼裝完成的戶型與電氣模型相匹配。

3、構件的生產(chǎn)

3.1構件質(zhì)量控制

通過BIM軟件深化構件，構件信息正確完整的表達在加工圖紙并交付給生產(chǎn)工廠，較之傳統(tǒng)裝配式住宅生產(chǎn)過程，構件質(zhì)量大幅度提高、加工效率和安全性明顯增加，此外，整個流程的盡心也縮減了前置時間。基于BIM技術對構件的變更設計能夠?qū)崿F(xiàn)構件圖紙的一鍵變更，BIM三維可視化技術也減少了對2D紙質(zhì)圖紙的依賴。整個流程信息的精確傳遞與有效對接大大提高了構件生產(chǎn)質(zhì)量。

3.2構件運輸?shù)跹b保護

現(xiàn)代信息管理系統(tǒng)中，BIM與RFID分屬兩個系統(tǒng)———施工控制和材料監(jiān)管。將BIM和RFID技術相結(jié)合，建立一個現(xiàn)代信息技術平臺（ 基于BIM和RFID的建筑工程項目施工過程管理系統(tǒng)架構見圖。即在BIM模型的數(shù)據(jù)庫中添加兩個屬性———位置屬性和進度屬性，使我們在軟件應用中得到構件在模型中的位置信息和進度信息，具體應用如下：

3.2.1構件制作、運輸階段。以BIM模型建立的數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)基礎，RFID收集到的信息及時傳遞到基礎數(shù)據(jù)庫中，并通過定義好的位置屬性和進度屬性與模型相匹配。此外，通過RFID反饋的信息，精準預測構件是否能按計劃進場，做出實際進度與計劃進度對比分析，如有偏差，適時調(diào)整進度計劃或施工工序，避免出現(xiàn)窩工或構配件的堆積，以及場地和資金占用等情況。

3.2.2構件入場、現(xiàn)場管理階段。構件入場時，RFID Reader讀取到的構件信息傳遞到數(shù)據(jù)庫中，并與BIM模型中的位置屬性和進度屬性相匹配，保證信息的準確性；同時通過BIM模型中定義的構件的位置屬性，可以明確顯示各構件所處區(qū)域位置，在構件或材料存放時，做到構配件點對點堆放，避免二次搬運。

3.2.3構件吊裝階段。若只有BIM模型，單純的靠人工輸入吊裝信息，不僅容易出錯而且不利于信息的及時傳遞；若只有RFID，只能在數(shù)據(jù)庫中查看構件信息，通過二維圖紙進行抽象的想象，通過個人的主管判斷，其結(jié)果可能不盡相同。BIM-RFID有利于信息的及時傳遞，從具體的三維視圖中呈現(xiàn)及時的進度對比和二算對比。

4、構件的安裝

4.1塔吊布置及選型與構件設計

塔吊選擇：按照最大單件吊裝、裝配起重量的設計要求，經(jīng)選型、比較后，經(jīng)過詳細分析距離與起重量的雙層因素，選取符合吊裝使用的塔吊。

塔吊布置：裝配式建筑項目施工場地往往需要多臺塔吊同時運行，塔吊的布置不僅要滿足施工需要，還要考慮安全問題。塔吊安全管理主要是明確施工過程中各階段的塔吊的運行軌跡和回轉(zhuǎn)半徑，確保塔吊運行過程中塔吊之間、塔吊和建筑結(jié)構之間的距離滿足安全需要，避免碰撞事故的發(fā)生。通過對塔吊活動范圍進行模擬，確定塔吊的回轉(zhuǎn)半徑和影響區(qū)域以及擺動臂在某個施工段可能到達的范圍。結(jié)合施工進度和塔吊爬升高度實時進行碰撞檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，在實際施工之前就已經(jīng)明確塔吊的活動范圍。管理人員應根據(jù)結(jié)果制定下階段的塔吊安全管理計劃，繪制現(xiàn)場吊裝崗位設置圖，實行定機、定人、定崗、定責任，并及時和施工現(xiàn)場作業(yè)人員進行溝通，降低由于施工人員不能及時得到塔吊的運行信息而帶來的安全風險。

4.2施工方案、施工順序與構件設計

施工質(zhì)量控制是以質(zhì)量控制點為核心的，施工工序是施工過程中的基本單位，是質(zhì)量控制點的設置的基礎。因此施工管理者需要合理安排施工工序，準確識別施工質(zhì)量控制點，提前發(fā)現(xiàn)施工質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié)，達到事前對質(zhì)量進行有效的控制。

利用BIM技術的施工模擬和三維可視化功能對施工質(zhì)量控制點進行識別。將施工組織設計信息與BIM模型相關聯(lián)，通過施工模擬、施工工序模擬可以使管理者對整個施工過程有個清晰、直觀、準確的了解，準確找到施工質(zhì)量控制點，優(yōu)化施工方案。通過三維可視化功能對施工人員進行技術交底，能加強施工人員對施工工藝的理解，清楚的掌握每一道施工工序的施工工藝，所需要的人員、機械及其他材料的數(shù)量、進場時間和施工場地的布置狀況。三湘項目施工流程如下圖。

5、小結(jié)

三湘前灘裝配式住宅項目PC技術應用旨在于利用利用BIM技術集成裝配式住宅、全裝修、綠色科技應用，完善設計-采購-施工（EPC）總承包模式中的控制程序，以及綠色科技裝配式住宅的全裝修管理體系。最終做到成果可復制，過程可推廣，使得所建成項目技術更為完善，布局更為合理。通過一系列嘗試與創(chuàng)新，為裝配式項目設計、構件的生產(chǎn)與安裝提供了適合的解決方案，也為之后的項目提供合理的選型參考。

另一方面，住宅產(chǎn)業(yè)化與BIM技術作為當前國內(nèi)建筑業(yè)最為關注的話題，在將來相當長一段時間內(nèi)會得到快速發(fā)展。BIM技術在裝配式住宅中的運用，可以更好地發(fā)揮BIM的優(yōu)勢，促進我國裝配式標準體系的形成。通過標準BIM模型庫的建立，使得標準化設計方法更好的運用于裝配式住宅設計中，優(yōu)化傳統(tǒng)設計流程，提高設計效率，一定程度的降低住宅的建造成本。對我國裝配式建筑領域的BIM應用進行深入探究，必將會是推廣裝配式住宅建設、促進住宅產(chǎn)業(yè)化升級的有效舉措。

課題名稱：

裝配式住宅的技術集成管理研究