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思考丨BIM技术助力建筑业转型升级——关于自主PKPM-BIM及装配式系统

文化交流
2019-11-07

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背景

2014年起,中共中央国务院和地方政府陆续出台有关装配式建筑的政策和指导方针,要求装配式建筑面积占新建面积不断增加,并大力推进建筑工业化进程,优化现代建筑产业体系。2017年5月4日,住建部正式印发《建筑业发展“十三五”规划》(本文简称《规划》),对建筑业发展成就和存在的问题进行回顾,提出今后五年建筑业发展的六大主要目标和九大任务,指出:全国建筑业总产值年均增长7%,建筑业增加值年均增长5.5%;装配式建筑面积占新建建筑面积比例达到15%。2018年12月24日,全国住房和城乡建设工作会议在京召开。住房和城乡建设部党组书记、部长王蒙徽全面总结了2018年住房和城乡建设工作,分析了面临的形势和问题,提出了2019年工作总体要求和重点任务。其中明确指出要以发展新型建造方式为重点,深入推进建筑业供给侧结构性改革。

2017~2019年,重庆市为响应中央政府十三五规划,陆续出台了《重庆市装配式建筑产业发展规划(2018—2025年)》《关于大力发展装配式建筑的实施意见》(渝府办发〔2017〕185号)等相关文件,鼓励保障性住房和政府投资、主导建设的建筑工程项目及桥梁、综合管廊、人行天桥等市政设施工程发展装配式项目,并计划到2025年全市装配式建筑面积占新建面积的比例达30%以上。利好的政策为装配式建筑飞速发展提供了契机。

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BIM技术升级转型

2019年9月20日,我院邀请中国建筑科学研究院重庆浩软科技有限公司负责人——孙峰,来院讲解BIM建筑的技术转型升级和pkpm在其中的应用。

孙峰首先从企业概况、业务范围、科研实力、标准规范四个方面介绍了中国建筑科学研究院。中国建筑科学研究院有限公司(原中国建筑科学研究院,简称“中国建研院”)成立于1953年,隶属于国务院国有资产监督管理委员会,是全国建筑行业最大的综合性研究和开发机构。科研及业务工作涵盖建筑结构、地基基础、工程抗震、建筑环境与节能、建筑软件、建筑机械化、建筑防火、施工技术、建筑材料等专业中的70个研究领域,近年来又加强了绿色建筑成套技术、新能源应用技术、防灾减灾技术以及智能化集成技术等的研究与开发。

在不断努力下,中国建筑科学研究院为建筑行业提供了基于BIM的建筑行业专业软件及集成应用解决方案——PKPM-BIM系统。

装配式建筑成本随着预制率的提高,成本单价会上升,从设计时开始管控成本非常重要。因此装配式建筑要求模数化、标准化、少规格、多组合。

从方案设计开始,预制构件设计考虑因素多,涉及面广,工作强度大,容易出错。软件内置了几十种系统构件库。将设计中需要考虑固化的内容内置到软件中,通过设计人员选择不同的构件类型和设置合理的设计参数,自动识别模型内在关联和设计结果,完成不同类型、不同连接形式的预制构件精细化设计。

在结构设计时,PKPM-PC可以和PKPMV4.3结构设计软件相配合,完全按照《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014对装配整体式混凝土结构采用等同现浇结构设计。同时,软件通过BIM模型自动生成各类拆分方案图和统计表,其中包含计算书、施工图和pc计算指标等,从而做到简化设计流程,满足报审要求。同时软件包含结构后期的深化设计,如:现浇节点设计,装配式构件和配筋的调整等。

PKPM-BIM系统是集成建筑、结构、给排水、暖通、电气、绿建全专业设计软件,能够共享模型数据,互相引用参照,实现专业内和专业间协同设计。对比传统设计有如下显著优势。

1、在传统设计方式下,专业间基本是点对点交流,靠文件传递信息,就像一个个信息孤岛,沟通交流成本高。采用PKPM-BIM系统后,各个专业的实时数据会上传到基于BIM技术的协同设计平台,每个专业都是对集成BIM模型存取数据,信息传递简单高效。

2、在传统设计过程中CAD参照是二维模式下的协同工作。PKPM-BIM是构件级协同工作。首先整体建筑模型,不管有多少人参与、多少专业参与,它的工作过程和工作结果始终只有一个文件。这个文件支持多人同时链接。设计过程中会存放很多版本,软件还可以对这些版本进行管理,能够将设计过程中全部的版本进行记录。不仅如此,软件还支持不同版本间的对比。在软件中可以用不同的颜色来标记新增、修改、删除的构件。同时可快速进行查看。

3、PKPM-BIM系统改变了传统二维施工图繁琐抽象的表达,三维信息的共享可以让甲方实时跟进项目设计进度,更改项目方案。

装配式体系

BIM技术不仅对设计行业产生着巨大影响,也对整个建筑工程工业化起到了推动作用。如今,环保任务迫切,人口红利消失,钢铁产能过剩,装配式混凝土和钢结构受到政策鼓励。亟待适应我国国情,逐渐完善装配式住宅全产业链体系。

在BIM 技术全面投入使用前,中国建筑科学研究院在住房城乡建设部的组织下,进行了“十二五”国家科技支撑项目——新型预制装配式混凝土建筑技术研究与示范(2011BAJ10B00)。从2012年到2016年,项目历经5年时间,从单一装配式构建到装配式体系进行论证,在装配式整体流程上不断实现突破。设计,生产,施工安装到自主BIM平台逐渐形成完备的装配式建筑体系。

在装配式系统中装配式建筑的关键施工技术和其他施工过程将对建筑成本管控起到决定性影响。不同的连接、保温、防水技术适用于不同的状况,在模数化、标准化、少规格、多组合要求下对成本进行管控。而构件的尺寸和重量控住对现场施工运输选择产生影响,所以在设计阶段,应结合道路交通运输条例、本地构件厂的台模尺寸、构件厂与工地的相对位置、施工总包单位的机械选择、运输车尺寸及运输路线等综合确定预制构件的尺寸及重量大小。若设计阶段以上多项因素尚不确定,可结合本地以往项目设计经验综合确定。

感想与展望

我国的装配式建筑设计处于起步阶段,有关标准比较审慎,一些规定也不具体明确,远不能适应大规模开展装配式建筑的需求,许多创新的设计也不可能从规范中找到相应的规定。所以装配式建筑设计还需要借鉴国外成熟的经验,进行试验和专家论证。欧美及日本、新加坡等国家有多年的PC建筑经验,尤其日本,许多超高层PC建筑经历了多次大地震的考验。对国外成熟的经验,特别是许多细节,宜采取借鉴方式,但应配合相应的试验和专家论证。装配式建筑的一些配件和配套材料目前国内也处于刚刚开发阶段。因此,试验尤为重要。

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BIM技术的优势是显而易见的。首先,BIM建筑信息模型中,由于整个过程都是可视化的,所以可视化的结果不仅可以用来产出效果图及报表的生成,更重要的是项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。其次,用BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调,生成协调数据,提出合理的解决方案。然后,BIM可以对设计上需要进行模拟的一些东西进行模拟实验。不仅可以对建筑整体的效果进行把控,同时对施工的管理也有巨大帮助。最后,BIM技术出图可以通过建筑模型自动生成。

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然而BIM技术也存在着自己的困境和弊端。

首先,近年来我国建设行业发展非常迅猛,开发的节奏异常之快,设计时间非常之短,而目前情况是设计师一般应用BIM设计的时间要比传统的设计时间长,具体增加的时间和设计师使用BIM的熟练程度有关,同时原来二维设计不考虑的问题,在三维设计中都要解决,这也增加了设计的时间和周期。

其次,目前全国仅有上海、广东、浙江、湖南等少数省市发布了关于BIM收费的相关政策,用于指导地方的BIM收费标准。而大部分省市并未针对装配式建筑提出对应的收费标准。在BIM设计时,三维设计增加了设计工作量,但是没有对应的取费标准,势必会对装配式技术的市场竞争带来困难。

环顾日本、美国、澳大利亚等建筑业更为发达的国家,新建建筑的预制装配率普遍已经达到70%以上。随着我国施工技术的进步,像传统用手作图到现在电脑作图的转化一样,装配式建筑的普及是一个必然的趋势。BIM技术的发展必定会对传统制图技术进行革新。作为设计人员,顺应建筑技术发展潮流,不断学习装配式等相关技术,将会为未来投身装配式设计洪流提供不小的帮助。