第三节　混凝土预制构件

工业化建筑中应用大量的诸如预制混凝土墙板、预制混凝土楼板、预制混凝土楼梯等预制混凝土构件，这些预制构件的标准化、高效和精确生产是保证工业化建筑质量和品质的重要因素。从大量预制混凝土构件的生产经验来看，现有采用平面设计的预制构件深化设计和加工图纸具有不可视化的特点，加工中经常因图纸问题而出现偏差。

BIM技术应用在产业化住宅预制混凝土构件的深化设计、生产加工等过程，能够提高预制构件设计、加工的效率和准确性，同时可以及时发现设计、加工中的偏差，便于在实际的生产中改进。

一、BIM预制构件的数字化深化设计

预制构件的深化设计阶段是工业化建筑生产中非常重要的环节。由于预制混凝土构件是在工厂生产、运输到现场进行安装，构件设计和生产的精确度就决定了其现场安装的准确度，所以要进行预制构件设计的“深化”工作，其目的是为了保证每个构件到现场都能准确地安装，不发生“错、漏、碰、缺”。

一栋普通工业化建筑往往存在数千个预制构件，要保证每个预制构件到现场拼装不发生问题，靠人工进行校对和筛查显然是不可能的，但BIM技术可以很好地担负起这个责任，利用BIM模型，可以把可能发生在现场的冲突与碰撞在模型中进行事先消除。

深化设计人员通过使用BIM软件对建筑模型进行碰撞检测，不仅可以发现构件之间是否存在干涉和碰撞，还可以检测构件的预埋钢筋之间是否存在冲突和碰撞，根据碰撞检测的结果，可以调整和修改构件的设计并完成深化设计图纸。如图2-20所示的是利用BIM模型进行预制梁柱节点处的碰撞检测。

由于工业建筑工程预制构件数量多，建筑构件深化设计的出图量大，采用传统方法手工出图工作量相当大，而且若发生错误修改图纸也不可避免。

采用BIM技术建立的信息模型深化设计完成之后，可以借助软件进行智能出图和自动更新，对图纸的模板做相应定制后就能自动生成需要的深化设计图纸，整个出图过程无须人工干预，而且有别于传统CAD创建的数据孤立的二维图纸，一旦模型数据发生修改，与其关联的所有图纸都将自动更新。

图纸能精确表达构件相关钢筋的构造布置，各种钢筋弯起的做法、钢筋的用量等可直接用于预制构件的生产。例如，一栋三层的住宅楼工程，建筑面积为1000m²，从模型建好到全部深化图纸出图完成只需8d时间，通过BIM技术的深化设计减少了深化设计的工作量，避免了人工出图可能出现的错误，大大提高了出图效率。

例如某工程采用预制装配式框架结构体系，建筑面积为1008m²，建筑高度为14.1m，地上3层（即实际建筑的首层、标准层和顶层部分），梁柱节点现浇，楼板是预制现浇叠合，其他构件工厂预制，预制率达到70%以上。该工程的建设采用BIM技术进行了深化设计。该住宅楼共有预制构件371个，其中外墙板59块，柱78根，主、次梁共计142根，楼板（预制现浇叠合板，含阳台板）86块，预制楼梯6块，利用传统Tekla Structures中自带的参数化节点无法满足建筑的深化设计要求，所有构件独立配筋，人工修改的工作量很大。

为提高工作效率，建设团队对Tekla进行二次开发，除一些现浇构件外，把标准的预制构件都做成参数化的形式（图2-21）。

通过参数化建模极大地提高了工作效率，典型的如外墙板，在不考虑相关预埋件的情况下配筋分两种情况，即标准平板配筋和开口配筋，其中开口分为开口平板和开口L形板片两种，开口平板的窗口又有三种类型，女儿墙也有L形板片和标准板片两种，若干类型组合起来进行手动配筋相当烦琐，经过对比考虑将外墙板做成3种参数化构件，分别对应标准平板、开口墙板和女儿墙，这样就能满足所有墙板的配筋要求。

经过实践统计，如果手动配筋，所有墙板修改完成最快也需要两个人一周的时间，而通过参数化的方式，建筑整体结构模型搭建起来只需一个人2d的时间，大大提高了深化设计的效率。

二、BIM预制构件信息模型建立

预制构件信息模型的建立是后续预制构件模具设计、预制构件加工和运输模拟的基础，其准确性和精度直接影响最终产品的制造精度和安装精度。

在预制构件深化设计的基础上，我们可以借助Solidworks软件、Autodesk Revit系列软件和Tekla BIMsight系列软件等建立每种类型的预制构件的BIM模型（图2-22），这些模型中包括钢筋、预埋件、装饰面、窗框位置等重要信息，用于后续模具的制作和构件的加工工序，该模型经过深化设计阶段的拼装和碰撞检查，能够保证其准确性和精度要求。

三、BIM预制构件模具的数字化设计

预制构件模具的精度是决定预制构件制造精度的重要因素，采用BIM技术的预制构件模具的数字化设计，是在建好的预制构件的BIM模型基础上进行外围模具的设计，最大限度地保证了预制构件模具的精度。图2-23～图2-26是常见工业化建筑预制构件模具的数字化设计图。

在建好的预制构件模具的BIM模型基础上，可以对模具各个零部件进行结构分析及强度校核，从而合理设计模具结构。图2-27为预制墙板模具中底模、端模零部件的拆分，用于进行后续的结构和强度验算。

BIM技术的预制构件模具设计的另一大优势是可以在虚拟的环境中模拟预制构件模具的拆装顺序及其合理性，以便在设计阶段进行模具的优化，使模具的拆装最大限度地满足实际施工的需要，如图2-28所示。

四、BIM预制构件的数字化加工

BIM预制构件的数字化加工基于上述建立的预制构件的信息模型，以预制凸窗板构件为例，由于该模型中包含了尺寸、窗框位置、预埋件位置及钢筋等信息，通过视图转化可以导出该构件的三视图，类似传统的平面CAD图纸，如图2-29所示，但由于三维模型的存在，使得该图纸的可视化程度大大提高，工人按图加工的难度降低，这可大大减少因图纸理解有误造成的构件加工偏差。

还可以根据BIM预制构件信息模型来确定混凝土浇捣方式，以预制凸窗板构件为例，根据此构件的结构特征，墙板中间带窗，构件两侧带有凸台，构件边缘带有条纹，通过合理分析，此构件采用窗口向下、凸台向上的浇捣方式，如图2-30所示。

五、BIM预制构件的模拟运输

BIM基于预制构件信息模型中的构件尺寸信息和重量信息，可以实现电脑中对预制构件运输的模拟，可以模拟出最优的运输方案，最大限度地满足预制构件运输的能力。图2-31和图2-32显示了预制墙板构件运输的模拟和实际运输过程的情况。