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BIM技术在PC土木建筑工程中的应用

论文编号:lw201803171348152736 所属栏目:土木工程论文 发布日期:2018年03月18日 论文作者:www.51lunwen.com

本文是土木工程论文,本文以作者在上海市某 PC 项目上的实践为基础,以 PC 建筑全产业链为出发点,着重从深化设计阶段、施工阶段入手,以 BIM 技术的应用为支撑展开研究。提出 PC 建筑在发展中的主要难点,分析了 BIM 技术应用于 PC 建筑的可行性。就深化设计阶段、施工阶段的场地规划、进度控制等方面提出 BIM 技术应用架构。


第 1 章 绪论


1.1 论文背景

1.1.1 节能环保的要求

21 世纪我国综合国力提升的同时,人口红利消失,气候变暖、雾霾问题严重,传统建筑业带来的环境噪声污染、资源能源浪费问题逐渐凸显,纪录片《洪水泛滥之前》值得我们深思。2011 年之后我国装配式建筑规模不断扩大,从 2011 年的28.8 亿元增长到 2016 年的 3363 亿元,装配式建筑行业总产值突破 5055 亿元(如图 1-1 所示),预计未来十年将突破 2 万亿元。于此同时装配式建筑带来的节能、节材、节水达到 40%以上,施工用电节约大约 18%,建筑垃圾减少将近 70%如图1-2 所示。由此可见装配式建筑在节能环保方面的重要性,为此 PC 建筑作为装配式建筑的一种更是有望引领这一潮流。

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1.2 国内外发展及研究综述

1.2.1 PC 建筑发展及研究综述

(1)国外 PC 建筑发展及研究综述

国外 PC 建筑的发展大致经历从摸索阶段、发展阶段到成熟阶段三个阶段,摸索阶段致力于解决 PC 生产建造连接构造问题,发展阶段重点则是在解决构造体系基础上改善 PC 建筑的质量,提高性价比,成熟阶段也就是目前阶段的发展目标是实现可持续发展式 PC 建筑,很多西方发达国家已经进入成熟阶段,在降低住宅物耗的同时还在减少环境负荷方面已取得显著成绩。预制混凝土体系的起源可以追溯到 19 世纪 30 年代,PC 的雏形是 PCa,1845年德国制造出本土的首件混凝土预制件,20 年后 Joseph Monier 提出钢筋混凝土梁柱专利。1870 年美国建成了 Willlam Ward 混凝土城堡,并于 20 世纪 20 年代确立了 Earley Process。英国于 1875 年诞生了第一项 PCa 专利,同世纪 90 年代法国也研制出了自己的预制砼梁。1851 年伦敦建成的用铁骨架嵌玻璃的水晶宫是世界上第一座大型装配式建筑。工业革命和 1939 年至 1945 年的二战激化住房的供给矛盾,房荒严重,随着起重器在建筑工地的使用越来越多,开始真正发展起来。

法国以预制装配式混凝土结构为主,1891 年,装配式混凝梁首次出现在巴黎Ed. Coigcnl 公司建造的 BmmU 俱乐部建筑,作业体系逐渐从传统的以湿作业体系为主改为干作业,经历了从早期的专用体系到通用体系,形成了以部件为中心的专业化、社会化大生产,改变 PC 住宅个性缺失的不足。

美国侧重于对标准化、系列化、菜单式的 PC 建筑的研究,其 PC 装配化住宅生产建造已经形成了以大板生产商为主,组装营造商、部件生产商、特殊单元生产商为辅,多类型 PC 住宅分包商为支撑,高度专业化总分包体制为管理手段,多区域生产为保障的“五商、专业、多区”格局,形成了研发-设生产建造-运输-零售-金融服务-安装“六大链”集聚产业链优势。

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第 2 章 BIM+PC 建筑相关理论概述及其研究


2.1 PC 建筑的发展

2.1.1 PC 建筑理念

(1)PC 建筑的定义

装配式建筑是建造方式变革的重要标志之一,思路来源于制造业,主要有四大类,本文研究的是预制装配式混凝土结构((PrecastConcrete))建筑,简称 PC 建筑,就是主要混凝土构件由现浇转为工厂化加工生产,连接方式由传统的湿作业改为采用干作业或以干作业为主、湿作业为辅装配而成混凝土建筑,图 2-1 是我国已建或在建典型的 PC 建筑。

(2)PC 建筑的特点 PC 建筑在提高生产效率、缓减劳动力、推进生态环境建设方面作用突出,具有系统化、整体协同化、多元化、“减提并行”四大典型特点。

1)系统化 PC 建筑核心是“五化一体”,预制 PC 构件需要工厂工业化流水线批量生产,讲求“一气呵成”,流水化的建造方式灵活性强,有利于整个产业链实现在功能上分解,空间上顺序依次进行,时间上重叠并行,效益上满足多品种生产。标准化、模块化保证部品构件统一,提高设计效率,实现量产和共享,数控化工厂实现生产自动化和零错化。结构构件与建筑装饰面一体化生产,免去二次装修施工;EPC 管理和信息化共同推进实现效益最大化。

2)整体协同化 PC 建筑要求管理前置,整个产业链是一个有机的整体,投资、开发、策划、设计、建造、运营任何一环节出现问题,都会使建筑的质量、工期、安全等带来问题,必须横向、纵向协调一致,全产业链整体统筹推进,致力于整合建筑产业。

3)多元化 PC 结构拥有多种技术体系,部品构件种类繁多,施工机具配套,设计、生产、运营、建造商成一定规模。多元化还体现在 PC 建筑房间格局布置多样化,PC 的要求建筑设计模块化,模块组合多样化,构件设计要标准化,模具种类尽量最少化,做到连接技术通用化,达到构件制作简易化标准,最终实现安装施工便捷化的“7 化”的多元化要求。

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2.2 BIM 技术理念及优势

2.2.1 BIM 技术理念

谈到建筑业,就会关联到 BIM,BIM 技术如同十年前的互联网一样,是国家建筑信息化推广的重中之重。BIM 一直被译为 Building Information Modeling,如今随着住宅产业化和建筑工业化的推广和工业革命的推进,逐渐被赋予工业化、智能化的内容,即可以翻译为 Building Information Industrialization and IntelligentModeling。如今的 BIM 就是应用软件、技术经验和管理经验的集成,是支持工程信息管理最强大的工具之一,最终使建筑业实现智能化。

2.2.2 BIM 技术优势

BIM 技术是 70 年代的坎,80 年代的光明正大,90 年代后的春天,以标准化、系统化为思路,现在 BIM 技术规模化应用,效果显著,通过大量的实践经验以及总结归纳,BIM 技术的优势大致体现在技术和管理两大方面,具体如下:

(1)技术方面

1)强大的族库功能 BIM 拥有机电管线、构件、预埋件及零配件、模具、吊钩吊具、门窗、厨卫部品、支撑系统、构件堆放架体等等一系列的标准化族库功能,根据建筑的相关特性建立相对应的标准化的深化设计构件。通过族库里系列标准化构件进行组装拼合,快速建模,保证构件系列标准化。

2)参数功能 建模包括构件深化是建立在参数化的基础上,通过设定不同的参数建立不同类型、不同规格的参数化构件,通过设定、修改参数减少重新建模的工作量,进行参数化节点设计。同时还附带技术参数,如要模拟空调设备的排风量,必须提前设定这些技术参数才能进行模拟操作。

3)专业协同功能 BIM 平台高效整合,在统一定位基准、统一命名规则的基础上应用统一模型进行建筑、结构、机电等不同专业建模及整合,共享模型数据,互相引用参照,可以实现多专业协同,多人并行工作,提前发现设计变更冲突。

4)施工指导功能 BIM 不是简单的创建模型,而是要做到应用模型去施工,创建可施工的模型。三维虚拟实现管理前置,利用 BIM 事先进行 3D 模拟、4D 进度模拟、5D 成本模拟等,及早评估设计结果在施工中可行性,保证不同专业的可施工性,将设计、生产、吊装中可能出现的问题尽早扼杀在摇篮中。

5)资料输出功能 图纸是土建领域不可或缺的一项,BIM 设计结果可以根据各专业用途生成信息完整的全套构件加工详图、各种料表清单统计表,用于生产、企业管理等;可以进行自动化指标计算(装配式结构整体分析、预制率计算)。

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第 3 章 BIM 技术在 PC 建筑中的应用分析..............27

3.1 PC 建筑存在的问题 ........................ 27

3.1.1 深化设计存在的问题 ..................... 27

3.1.2 场地布置中存在的问题 .................... 27

第 4 章 BIM 在实际项目中的应用..................38

4.1 项目介绍及 BIM 软件选择.......... 38

4.2 建立模型 .............. 40

第 5 章 总结与展望.................59

5.1 总结 ................. 59

5.2 展望 .............. 60


第 4 章 BIM 在实际项目中的应用


4.1 项目介绍及 BIM 软件选择

(1)项目概况

本项目共由 23 座单体组成,采用工程总承包(EPC)管理模式,建筑安全等级均为二级。除了地下车库及 23#楼采用框架结构以外,其余地上所有单体均为剪力墙结构,混凝土强度等级 C30~C50。13~22#楼为多层建筑,1~12#共 12 栋单体属于装配式高层住宅建筑,其中预制部分包括部分外墙板、内墙板、凸窗、阳台板、楼梯板五大板块,PC 预制率约为 31.7~34.8%。

本号楼总高度 78.9 米,共 26 层,从 5 层开始采用装配式预制方式,预制率为 34.8%,外围所有居室房间一致采用预制夹心保温外墙、外页墙厚度60mm,夹心保温层厚度 30mm,内页墙厚度同现浇剪力墙厚度。为保证施工便捷性和结构抗震安全性,楼梯间、核心筒均为等同现浇结构。为提高 PC 构件类型的利用率,在设计户型时