浅析基于BIM的PC住宅在新农村民居建设中的应用

姜　曦

(成都师范学院,成都　611130)



浅析基于BIM的PC住宅在新农村民居建设中的应用

姜曦

(成都师范学院,成都611130)

文章结合目前新农村的建设，提出了将PC住宅用于新农村民居建造。同时，分别从结构系统选择、构件功能、环保性等方面阐述了PC住宅在新农村建设中的优势和适用性，并提出了基于BIM技术的PC住宅设计施工过程控制方法。通过实例说明了PC农村住宅建造的流程和达到的节能效果。

PC住宅； 新农村； BIM； 应用

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

1　引言

今天，我国的新农村建设正在广大国土上有条不紊地推进着，其中一个重要的内容就是村庄村落的民居建设，即“新民居”建设。各省都在大力推进农村新民居建设，比如河北省从2000年以来，民居建设规模每年均在2 000万m2以上，投资额每年都超过了100亿元，近几年更是有多无少。与此同时，国家保障性住房也开始向农村延伸，农村人居环境改善将是推进新型城镇化、农业现代化的一个重要部分。可以说，新农村民居的大规模建设已经开始。然而现在的农村民居建设已大大有别于过去，首先在提倡土地节约和强调人居环境的今天，不再是粗犷性的分散建设，而更多地是统一规划，集中建设； 其次随着农民生活水平的逐年提高，对房屋的要求也不再是“能住就行”，对房屋的外观、舒适性和功能性也有了更高的要求。

因此如何一方面保证规定时间内的规模化建设任务，另一方面保证农村民居的建筑质量和耐久性，同时又满足节能环保、绿色多功能和舒适性，将

是建筑行业面临的新问题。

2　PC住宅

2.1PC住宅定义

建筑PC技术，即在工厂中通过标准工业化方式加工生产的建筑混凝土制品，其源自上个世纪60年代，过去多用于小型建筑构件，在21世纪初曾由于适用条件等多种原因淡出过人们的视线，但随着我国建筑市场中现浇结构体系弊端逐渐趋于明显化，以及国外的住宅产业化成功经验，建筑行业在近几年掀起了“建筑工业化”、“住宅产业化”的浪潮，因此PC技术又随之进入了一个崭新的时代，即用于建筑整体的修建。国内万科、远大等知名企业现已纷纷开始推行PC住宅，即将住宅的部分或全部构件在工厂预制完成，然后运输到施工现场，再将构件通过可靠的连接方式组装而建成的住宅。

2.2PC住宅的优点

与传统的住宅建造方式相比，PC住宅无论是在建造质量，还是在绿色环保上都具有明显的优势，如下表。

表1　住宅建造方式对比表

传统住宅建造方式PC住宅建造方式劳动生产率现场作业,生产效率较低工厂生产,生产效率高资源能源消耗耗地、耗水、耗能、耗材循环经济特征明显,资源节约环境污染垃圾高、扬尘严重、噪音大噪声低,扬尘少,垃圾回收率提高施工人员劳动时间长、人员需求多劳动时间短、劳动力资源节省建筑寿命可改造差,建筑寿命低更好的可改造性,住宅寿命长质量安全安全事故隐患大安全事故隐患低

3　PC技术应用

结合目前新农村民居建设的大力推行，PC技术是否适用，是否能有效地解决新民居建设中面临的问题，我们从以下几个方面进行分析。

3.1PC结构体系

结构体系是PC住宅的核心内容，其直接影响到住宅的安全性和造价。目前，PC住宅常用的建筑材料包括钢材和钢筋混凝土，从受力体系上其可分为预制装配整体式框架结构、预制装配整体式剪力墙结构和预制装配整体式框剪结构。那么什么样的结构更适用于农村新民居？不难发现目前新农村民居常见的类型一是独栋住宅，此类住宅楼层往往只有2～3楼，建筑面积在400m2以下； 二是安置小区中的电梯公寓，此类住宅楼层在10～30楼之间，单栋建筑面积在20 000～50 000m2。

从受力体系来说，第一类住宅整体荷载较小，对地基要求不高，可选用框架结构或剪力墙结构，PC率可达到100%。若是选择框架结构，可采用框架加挂板的形式，此种方式优点在于墙体自重小，拼装难度相对较低，缺点在于过多的拼装缝对防水处理有一定的影响； 若是采用剪力墙结构，优点在于住宅整体性较好，但自重大，运输安装相对困难。

对于第二类住宅——电梯公寓，其属于高层建筑，结构方面要求较高，因此应采用框剪结构，同时可采用全预制和半预制的方法，如远大集团的新方舟酒店PC项目，其采用钢构件加PC挂板的全预制方式。但是考虑到新农村民居的整体性要求和造价，建议采用PC构件加部分现浇的方式，如叠合板技术。

3.2PC住宅构件

PC住宅构件除具备传统墙体所具有的分隔、承重功能以外，可根据新民居的建设要求在预制过程中集成新技术实现更多的功能，以提高住宅的功能性和舒适性，如在北方广大农村地区，此地区温差较大，但日照充分，即可一方面在PC墙体构件中集成太阳能面板，另一方面将新型保温材料预制进墙体构件，实现住宅的绿色环保。

另外，墙体、楼板等建筑构件的耐久性会直接影响到住宅的使用。传统农村民居的修建多采用框架现浇加墙体砌筑的方式，且多为自建，并无相应的施工管理，同时工人水平也参差不齐，导致建筑质量整体较差，因此房屋耐久性较差，在地震等自然灾害中也容易出现较大程度的损害。而PC技术最大的特点就在于建筑构件生产的标准化和工厂化，一方面PC构件工厂其生产条件远远优于施工现场，其既保证了建筑构件本身的质量，也减少了现场施工对环境的污染； 另一方面，规模化的构件预制能大大缩短现场施工中养护等待的时间，对于工期的影响就显而易见。

此外，标准化构件也为PC住宅的改建和后期维护提供了便捷的方式。在农村民居中常出现的改建是房屋的加高和加宽，以增加更多的建筑使用面积，然而传统的方式是在现有楼层上直接进行搭建，其与已有建筑的连接薄弱，抗震性较差。而PC住宅其构件在预制时均留有连接节点，因此后期的改扩建仍可通过墙体或楼板上的预留节点完成连接，其住宅整体高，抗震性能好。

3.3基于BIM的设计和施工

对于PC住宅来说，构件预制的准确性会直接影响到现场拼装的质量，同时PC构件生产、运输、现场拼装的顺序都会直接影响到施工质量和施工工期。因此，我们引入目前建筑行业中革命性的新技术——建筑信息模型来完成整个设计施工的过程控制。

建筑信息模型(Building Information Modeling，简称BIM)是将工程项目中相关信息数据融入到三维建筑模型的建立过程中，后可通过计算机技术仿真模拟该项目所具有的真实信息。它具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点。在设计阶段，我们可以在可视条件下完成整个住宅的初步方案、施工图等设计环节，并且利用BIM的协同技术完成土建、设备、结构等专业间的设计整合，最大限度地避免了后期的设计变更。因为设计变更对于PC住宅来说，是成本增加的主要因素之一。即使出现了必要的设计变更，我们也可通过BIM快速地完成各专业的设计修改以确保工期。在施工阶段，我们可以事先通过BIM的仿真模拟技术完成PC住宅的虚拟建造过程来确定构件生产、运输、吊装的先后次序，以保证现场施工的准确性。

4　实例

以某农村新民居建设为例，该新民居为20栋独栋住宅，要求每栋住宅的建筑面积为200m2。项目采用PC住宅，结构体系为剪力墙结构。通过前期的资料收集，利用BIM技术完成了项目设计方案和施工方案：

4.1初步方案阶段

结合当地的现场条件，完成了该居民区的建筑初步方案和规划方案。同时，利用BIM绿色分析软件Ecotect对建筑设计方案和规划方案进行了分析。例如对单栋建筑方案进行了日照、热量等方面的绿色分析，对整个居民区的建筑布局也进行了相关分析，并根据分析的结果修改了初步方案。

图1　日照时间分析

图2　风分析

图3　热量分析

4.2施工方案的初定及出图阶段

此阶段主要完成了住宅的建筑设计，同时通过BIM完成了土建、结构、管线的专业设计过程，并通过模型碰撞进行了专业间的协调，最终完成施工图的设计工作。

图4　BIM土建模型

图5　BIM管线模型

图6　工程量统计

4.3PC构件设计阶段

此阶段通过BIM技术完成对住宅构件的拆分和编码工作，同时确定构件的连接节点，完成构件的出图工作。

图7　PC构件节点图

图8　PC构件编码

图9　虚拟拼装

4.4施工阶段

通过BIM的虚拟建造，确定构件生产、运输和现场安装的顺序后，完成施工。

项目完成后经过测算，此项目采用PC住宅方式，较传统方式相比较其施工过程中耗能减少了75.4%，耗水减少了63.5%，现场使用的建筑材料中80%可回收利用，同时每栋住宅的套内面积增加了8.4%，提前1个月完成了项目，并且整个施工对环境的影响几乎为0。

5　结语

在大力推行建筑信息技术、建筑工业化技术的今天，有效地将PC住宅技术用于新农村民居建设是完全可行的，其不仅能满足新民居建设的基本需要，也符合我国所倡导的绿色建筑理念，可以说在一定程度上也推动了我国建筑产业化的发展。当然，目前PC住宅并不是适用于所有的新农村民居建设，其具有一定的局限性，同时其与建筑行业自身的发展息息相关。此外建立一套适用于新农村PC住宅的规范标准也是有待我们解决的问题。

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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的建筑工业化技术在新农村建设中的应用研究(编号：14ZB0333)

TU241.4

A

1674-7461(2016)04-00100-05