北京构力科技有限公司

一、基本情况

（一）案例简介

　　基于BIM的装配式建筑设计软件PKPM-PC(以下简称PKPM-PC), 作为“十三五”国家重点研发计划项目“基于BIM的预制装配建筑体系应用技术”成果，基于自主BIMBase平台，面向设计、生产、科研单位和高等院校，按照全流程一体化设计思想，集成标准化、智能化技术，可大幅提高装配式建筑全流程设计效率。软件重点解决基于BIM技术的装配式建筑方案设计和深化设计问题，内置国标预制部品部件库，提供智能化构件拆分、全专业协同设计、结构计算分析、构件深化与详图生成、碰撞检查、设备开洞与管线预埋、装配率统计与材料统计、设计数据接力生产设备等模块。

（二）申报单位简介

　　北京构力科技有限公司(简称：构力科技)是中国建筑科学研究院有限公司建研科技股份有限公司所属子公司，是国内最早开发建筑行业计算机应用技术的单位之一，国资委批准的全国首批十家混合所有制改革试点企业之一。1988年创立了PKPM软件品牌，产品涵盖了建筑工程全专业、全生命期的软件和系统。构力科技承担了“九五”至“十三五”期间十余项国家科研项目课题，主编和参编了众多国家和行业标准，于2021年推出国内自主知识产权的BIMBase系统，并推出包括PKPM-PC软件在内的基于BIMBase平台的建筑工程BIM应用软件系列。2021年国务院国资委将BIMBase系统列入“国有企业科技创新十大成果”和《中央企业科技创新成果推荐目录(2020年版)》。

二、案例应用场景和技术产品特点

（一）案例技术方案要点

　　软件依据数据库设计原则和装配式建筑构件标准，采用分布式数据库技术，基于BIM 平台建立了开放的参数化标准预制构件与部品库，提供可视化、参数化拼装方法，可实现预制构件的智能拆分与拼装;软件提供多专业协同设计模式，通过BIM模型集成多专业信息，完成预制构件详图的自动化成图。各部分内容之间的关系如下图所示。

　　图1装配式建筑设计软件系统内容组成及关系架构图

（二）关键技术经济指标

　　与传统的设计方式相比，采用PKPM-PC的装配式建筑设计效率可提高20%以上，并大幅减少“错漏碰缺”等现象的发生，设计精度大为提高。与国外BIM软件相比，由于自主BIMBase平台的几何引擎、显示引擎和数据引擎都针对建筑工程的特点进行了针对性优化，提供了按需动态加载机制，占用资源少，可使PKPM-PC软件在较低配置的电脑上实现大体量模型、图纸的流畅显示和编辑，支持数千张图纸同时生成，实现图纸“秒出”。

（三）创新点

1．国内自主知识产权的专业化BIM软件

　　PKPM-PC软件基于自主BIMBase平台，实现了核心引擎、专业平台和专业模块的自主国产化，所有软件代码自主可控，是国内自主知识产权的BIM装配式建筑设计软件。BIMBase平台突破了大体量几何图形的优化存储与显示等关键核心技术，为装配式建筑精细化设计提供重要基础。

2．创新装配式建筑智能化、精细化、一体化设计模式

　　PKPM-PC软件针对装配式建筑精细化、一体化、多专业集成的特点，可快速完成装配式建筑全流程设计，包括方案、拆分、计算、统计、深化、施工图和加工详图的各个阶段;可实现智能拆分、智能统计、智能查找钢筋碰撞点，智能生成设备洞口和预埋管线，构件智能归并，即时统计预制率和装配率，自动生成各类施工图和构件详图，自动生成构件材料清单，设计数据可直接导入生产加工设备等功能。与传统设计和采用其他通用BIM软件设计相比效率更高。

3．适应国家和各地装配式建筑体系

　　PKPM-PC融合国家标准，建立完善统一的、完整的设计体系，将包括墙、梁柱、楼板、悬挑板及楼梯等构件在内的标准化构件融入拆分设计流程中，实现自动拆分及配筋设计，参数化管理预制构件;结合各地装配式发展，逐渐完善特色构件，内置了飘窗、ALC墙板、梁带隔墙等多种预制构件类型，并提供针对异形预制构件的自由设计工具，方便用户自行扩充;同时与远大、三一筑工、碧桂园、中建科技等企业合作，研发对应构件类型，满足多种体系自动设计要求。

4．实现了设计生产数据一体化应用

　　通过与生产管理的信息传递，实现设计与生产数据自动对接。信息数据无需二次录入，在系统的各个环节中流动和传递，实现设计生产一体化，免除了图纸统计清单、清单汇总、清单分配等人工操作环节，减轻工作量，避免人为输入带来的错误。

（四）与国内外同类先进技术的比较

　　PKPM-PC与国外装配式建筑相关软件PLANBAR、REVIT从软件专业功能、成果输出、工作效率等方面的对比情况见下表。

　　PKPM-PC与国外主要进行装配式软件对比表1

　　通过以上对比可知，在专业功能方面PKPM-PC有一定优势，成果输出方面国外软件与PKPM-PC各有优劣。总体来看，PKPM-PC本土化、易用性较好，专业性强、功能与性能占优。

（五）市场应用总体情况

　　PKPM-PC软件主要应用于装配式住宅、公建项目的设计深化阶段，大幅降低了设计难度和工作强度，有效提高设计效率及质量。PKPM-PC软件已服务于全国1000余家设计、构件加工单位，并应用于大量实际工程项目。该软件产品的应用实现装配式建筑的标准化和智能化设计目标，满足建筑工业化、信息化所亟需的多专业协同设计要求，为装配式结构安全设计提供工具，提高设计质量与效率。

三、案例实施情况

（一）案例基本信息

该案例是PKPM-PC软件在北京市中铁门头沟曹各庄项目的应用。该项目位于北京市门头沟区，由中国建筑设计研究院有限公司设计，为装配整体式混凝土框架-剪力墙结构，地上11层，地下3层，地上建筑面积约为7773平方米。该项目预制构件采用预制叠合楼板、预制叠合梁、预制楼梯、预制剪力墙、预制柱，外围护及内隔墙采用非砌筑，公共区及卫生间采用集成管线和吊顶(无厨房)。项目单体预制率40%，单体装配率50%。

（二）应用过程

　　1.装配式建筑方案设计。方案阶段需要在满足建筑功能设计、符合结构分析结果的基础上，考虑生产及施工等因素进行的初步设计，并形成各个预制构件方案模型，具体设计过程如下：

　　(1)预制构件生成。基于预制构件“标准化、模数化”的特点，程序以输入参数->框选构件->批量拆分->模型调整的方式生成预制构件三维模型，在通过标准层到自然层的构件复制、同层构件镜像复制等功能，实现全楼预制构件的快速生成。具体成果见图4.

　　(2)智能重量、尺寸检查。通过软件对于构件进行重量、尺寸检查以确保满足生产、吊装、运输要求。

　　图4项目各层方案设计成果

　　(3)连接节点设计。基于BIM技术进行三维连接节点设计，包括主次梁、梁柱节点、预制墙间现浇段、PCF板、灌浆套筒等，以保证选定可靠的结构连接方式。

　　(4)装配率计算。运用PKPM-PC进行装配式相关方案设计，确定初步方案，进行装配率统计，并进一步调整模型，推敲方案，本项目预制率40%，装配率达到50%，满足地方标准要求。

　　图5预制率统计表

　　(5)方案展示。方案展示利用BIM 软件模拟建筑物的三维空间关系和场景，通过爆炸图功能和VR等的形式提供身临其境的视觉、空间感受，辅助相关人员在方案设计阶段进行方案预览和比选。

　　2.结构计算。项目在软件中直接进行内力和承载力计算，并生成对应施工图图纸。

　　3.装配式建筑深化设计。

　　在完成装配式建筑设计阶段后，需根据设计施工图，进行构件深化设计。

　　(1)机电预留预埋设计。通过协同机电专业自动生成、识别机电图纸布置或者交互布置多种方法灵活便捷实现预埋件的布置。

　　图6板上线盒止水节

　　(2)构件单构件验算。根据脱模吊装要求，确定吊点位置，并生成对应的吊装验算报告书。

　　图7桁架筋脱模吊装容许应力验算

(3)碰撞检查及节点钢筋精细化调整。利用碰撞检查，确定构件、钢筋碰撞位置，通过批量调整、交互调整等功能，对钢筋进行避让处理，并在三维钢筋模型中实时查看相对位置;根据规范要求，自动处理洞口处钢筋加强。

　　(4)算量统计。按成果要求分类型统计单个、整层、全楼的预制构件清单，也可采用更灵活的自定义清单功能，自由配置清单样式。

　　(5)构件详图及成果输出。根据BIM模型，通过批量出图功能生成全套装配式平面、构件详图图纸共371张。同时生成生产所需数据包。

四、应用成效

（一）解决的实际问题

1.解决了二维设计图纸无法处理的复杂预制构件生成与节点钢筋避让问题。通过PKPM-PC全楼碰撞检查功能，定位钢筋碰撞和构件碰撞点，如下图所示梁柱节点，通过智能避让工具和自由交互调整工具，可以设计钢筋弯折并准确、实时的查看避让效果，确保钢筋之间不发生碰撞、避免设计错漏、便于后期施工。

　　图18梁柱节点钢筋精细模型

　　2.提升指标计算准确度，助力构件设计安全性。PKPM-PC中的指标与检查功能，可实现全国近二十个地区的装配率计算，满足各省市工程实际要求。同时软件支持自动设计符合验算要求的吊点点位，并批量进行短暂工况验算，生成短暂工况验算报告书，并给出详细计算过程、规范依据，帮助设计师了解计算细节，保证构件吊装安全。

　　3.解决大量详图批量出图及修改问题。在BIM模型设计完成后，可直接批量生成图纸，减轻设计师工作量，同时如发生设计变更和调整，可在模型中调整后，重新出图，有效减少了因二次修改产生的重复工作量，降低设计成本、提高设计质量和效率。

4.实现设计、生产数据自动对接。支持导出生产加工数据包，对接至装配式智慧工厂管理系统。使得生产的多个环节无需人工录入分配，降低人工成本，提高生产效率。并能通过信息传递，实现BIM设计数据在生产过程中三维可视化查看与管理，促进项目进度模拟以及生产控制。

（二）工程应用效果与价值

　　1.利用PKPM-PC软件，可直观从三维层面进行设计，随时观察设计结果，及时发现设计问题并解决，并可利用软件自带的钢筋碰撞检测功能进行检查，最大限度减少修改和返工的时间，有效的降低设计成本，并进一步改善当前设计与施工间的割裂，带来显著的社会效益和经济效益。

　　2.软件提供的合理参数设置、交互设计及图纸清单统计等功能，充分考虑装配式建筑设计、生产到施工各阶段的应用特点，促进装配式建筑设计更合理。

　　3.工程师可从繁重的绘图任务中解放，避免将大量时间浪费在重复绘图、改图中，专注于设计。对于设计过程中因各专业协同而产生的修改，可以直观的体现在模型上。对于类似本项目体量规模的项目，仅需一名工程师约两周即可完成整个项目装配式建筑设计制图，真正实现辅助装配式建筑设计提质增效。

　　4.PKPM-PC基于自主可控的BIMBase平台开发，软件实现了BIM与装配式专业深度融合应用。可实现多专业基于同一个环境，同一个平台，同一个模型，多专业协同数据的无缝衔接，消除数据孤岛。同时设计成果对接后端生产加工，促进了装配式建筑全产业链进一步发展。

　　撰稿人：

　　北京构力科技有限公司(姜立、刘苗苗、陆丹妮、刘晓颖、赵瑞阳)

　　审稿专家：

　　魏来(中国建筑标准设计研究院，副总建筑师)

　　陈顺清(奥格科技股份有限公司，董事长、教授级高工)