PKPM-BIM在装配式建筑设计中的应用

张闻 王威 吴凤先

PKPM-BIM在装配式建筑设计中的应用

张闻1王威1吴凤先2

（1.扬州市职业大学，江苏 扬州 225009；2.南京市水务工程建设管理中心，江苏 南京 210017）

基于PKPM-BIM软件，结合整体装配式混凝土结构，从结构计算、构件拆分、钢筋碰撞检测、结构出图、装配率计算等方面对装配式建筑的设计过程进行探索，同时为预制构件的生产提出了建议，为进一步完善、发展装配式建筑的设计提供有益的参考。

PKPM-BIM；装配式建筑；预制构件

引言

目前，装配式建筑以其生产效率高、节省人工、环保节约等优点得到国家的大力推广和发展。与装配式建筑的发展速度相比，装配式建筑的设计方法略显滞后。当前的装配式混凝土结构的设计方法主要存在以下问题：一是可以通过BIM技术建立装配式建筑的3D模型，但是针对模型缺乏可靠完整的结构设计软件；二是按照原有结构计算软件进行设计后，对模型进行预制构件拆分的效果并不理想。而PKPM-BIM软件能够在一定程度上克服上述缺点。笔者以某门诊病房楼为例，重点研究PKPM-BIM软件在装配式建筑结构设计中的全过程应用，以期为装配式建筑的结构设计提供有益的参考。

1 PKPM-BIM简介

PKPM-BIM软件以PKPM2010为核心，提供包含预制构件脱模、运输、吊装过程中的计算工具，实现整体结构分析、内力调整、连接设计、三维拆分与预拼装、碰撞检查、构件详图和材料统计，BIM数据直接接力到生产加工设备，真正实现装配式建筑设计生产一体化。

2 PKPM-BIM在装配式钢筋混凝土结构设计中的应用

2.1 工程概况

本工程为某门诊病房楼，采用装配整体式框架结构形式。装配式构件布置在±0.00以上的地上结构。预制构件主要为水平构件即叠合楼板（预制60 mm+，现浇70 mm）、预制框架梁（自梁顶预留120 mm高，与楼板现浇）以及楼梯梯段，构件强度均为C30。

2.2 结构模型建立

PKPM-BIM软件模型建立包括轴网生成、模型管理、参数定义、构件和荷载布置五大部分，与PKPM结构设计软件相比，操作流程及功能基本相同。有明显改变的是：本软件可以直接导入AutoCAD等软件的建筑施工图，实现不同软件的融合。因本工程建筑部分未建立BIM模型，此次建模通过导入建筑施工图（CAD平面图纸）的方式，本工程主要预制构件是梁板等水平受力构件，竖向构件均为现浇，因此只选取标准层作为建模对象。

2.3 结构计算分析

结构计算分析包含PM数据计算和装配式结构计算两部分。PM数据计算是对已建模型的内力计算，等同于PKPM结构设计软件中的结构设计计算部分。计算完成后，系统自动生成PM数据文件，该计算文件无法打开，后续装配式结构计算直接读取。

装配式结构计算是在将预制构件在模型中进行预制属性定义后，进行初步计算分析生成计算结果，系统自动生成各构件配筋情况。预制构件配筋信息下方会用“PC”标记，明显区分于现浇混凝土构件。计算结果呈现后，关闭PKPM软件，系统会自动从PDB中导入计算完成后更新的结果以及从PM文件中读取配筋结果，为接下来的构件拆分作铺垫。

本工程结构体系为装配式整体框架结构，竖向荷载考虑结构自重和楼面活荷载，荷载布置图见图1。同时，考虑水平风荷载和水平地震力作用，经过PM数据与装配式计算后的配筋结果见图2。

图1 梁荷载布置三维模型

图2 结构计算分析结果

2.4 深化设计

深化设计是本软件装配设计的核心部分，包括构件拆分、碰撞检查、预制率计算构件统计以及构件出图等内容，具体如下：

2.4.1 构件拆分

PKPM-BIM装配式设计中的构件拆分依据是行业标准《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014以及各地的地方性标准、国标图集，可以进行拆分的构件包括板、梁、柱和墙四大部分。本工程水平构件为预制，因此只需对梁、板进行拆分。拆分方式可选择全模型自动拆分，也可以根据设计需要将构件单独拆分。本工程为梁板预制，采用后者拆分方式。

构件拆分前要对拆分构件的尺寸、吊装重量、节点的连接方式、拆分规则以及墙板构件的具体参数进行设定。拆分后的构件可按照设计者需要导入构件库进行分类储存，便于后续设计的重复使用。梁板拆分步骤基本相同：拆分前需设定拆分参数，确定拆分标准。

本工程中叠合板选用钢筋桁架，按单向板拆分，拆分模数可以根据需要进行交互设置。若不进行设置，系统将自动按照地区标准或装配式深化设计拆分的相应规范进行自动拆分。梁在拆分时注意预制高度为梁高H-板厚h，拆分步骤同板。构件拆分完成后梁板配筋也会自动生成。本工程梁板拆分示意图及钢筋生成图见图3、图4。

图3 梁板拆分示意图

图4 叠合板配筋生成图

图5 钢筋碰撞检查结果

2.4.2 钢筋碰撞检查

钢筋碰撞检查分为钢筋精细化和碰撞检查两部分。精细化是将钢筋具体化、定位化。细化后梁板配筋非常清晰，可显示钢筋细节，便于后续的碰撞检查，也有利于施工人员进行现场控制。

碰撞检查主要针对预制梁柱节点、梁板节点的钢筋实体的碰撞检测，属于碰撞检测中的硬检测，以减少施工过程的不必要损耗，节约资源。以本工程梁柱节点为例，碰撞检查结果：在梁柱钢筋交接位置处检测出碰撞点（图5中“×”表示），即梁底部纵筋与柱纵筋发生碰撞，此时，需返回“深化设计”中的“拆分设计”进行重新设定，根据设计需求选择避让方式及避让尺寸。

2.4.3 预制率及计算统计

利用PKPM-BIM中的预制率统计功能，能够快速得出整个模型中各种类型装配单元的算量统计表，以及具体预制构件的材料用量以及尺寸参数，也可计算装配式建筑的体积装配率和重量装配率以及构件的材料用量，有利于后期工程造价控制与管理。

2.5 构件钢筋出图

在深化设计完成后，软件可自动完成全套加工图纸的绘制。在“详图及加工数据”命令中对图纸的基本参数、视图、颜色、填充、标题栏信息进行设置，图纸可以保存多种格式文件，也可以按DWG、DXF等格式导出文件，供后续二次编辑。以本工程预制板为例，平面图15～16轴与B～C轴中的预制板，短边净跨尺寸为3 000 mm，软件系统按默认模数自动拆分为一块1 600 mm和一块1 400 mm（见图6），拆分后预制板配筋三维示意图见图7。

图6 PKPM-BIM板拆分结果

图7 预制板配筋三维示意图

3 结语

本文基于PKPM-BIM软件，从结构计算、构件拆分、钢筋碰撞检测、结构出图、装配率计算等方面对整体装配式混凝土结构设计进行了研究，将结构设计与装配设计有机统一起来，实现了装配式建筑的全过程设计。同时，装配设计中的钢筋碰撞检查以及预制构件统计计算，能够提高装配式混凝土结构的施工效率，为工程造价的合理控制与管理奠定了基础。

[1]郑惠珍.PKPM-BIM软件在装配式混凝土结构中的应用[J].黎明职业大学学报, 2019(1):85-90.

[2]任银寿.试析PKPM软件在建筑结构设计中的应用[J]. 居舍, 2017(20): 69-77.

[3]胡珉, 蒋中行.预制装配式建筑的BIM设计标准研究[J]. 建筑技术, 2016, 47(8): 678-682 .

[4]罗淑平, 许桂芳.BIM技术在建筑设计及施工过程中的应用[J]. 价值工程, 2018, 37(3): 176-177.

[5]中国建筑科学研究院. PKPM-PC装配式建筑设计软件用户手册及技术条件[Z]. 2016.

Application Research of PKPM-BIM in Prefabricated Buildings Design

Zhang Wen1, Wang Wei1, Wu Fengxian2

Based on the PKPM-BIM software and the integrated prefabricated concrete structure, this paper explores the design process of the prefabricated building from the aspects of structural calculation, component splitting, steel bar collision detection, structure drawing, prefabrication rate calculation, etc. The recommendations are made for the production prefabricated components. The research results of this paper provides a useful reference for further improving and developing the design of prefabricated buildings.

PKPM-BIM; prefabricated buildings; prefabricated component

TU17

A

1009－8429(2019)02－0001－04

2019-05-11

2018年扬州市职业大学校级科研项目（20148ZR24）；2017年江苏省建设系统科技指导性项目（2017ZD083）。

张 闻（1981－），女，扬州市职业大学土木工程学院讲师；

王 威（1975－），男，扬州市职业大学土木工程学院讲师；

吴凤先（1984－），男，南京市水务工程建设管理中心工务科工程师。