基于BIM技術(shù)的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法探析

文/張世洞 青島市建筑設(shè)計(jì)研究院德州分院 山東德州 253000

裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一直是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展的趨勢(shì)之一，而 BIM 技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的推廣則可以直接推動(dòng)裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展。尤其是建筑產(chǎn)業(yè)化的推廣，BIM 技術(shù)可以成為一個(gè)十分有力的手段。無(wú)論是常用的裝配式混凝土構(gòu)件和鋼構(gòu)件，還是較少應(yīng)用的竹木等材質(zhì)構(gòu)件，在 BIM 技術(shù)的支持下都可以轉(zhuǎn)化為參數(shù)可調(diào)的基本族構(gòu)件，大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程。

1、BIM 技術(shù)的概述

建筑信息模型（Building Information Modeling）是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。

BIM 是一個(gè)建筑信息化模型，它貫穿了設(shè)計(jì)項(xiàng)目的整個(gè)生命周期，可以運(yùn)用于各建筑相關(guān)設(shè)計(jì)以及施工的全過(guò)程，并且提供一個(gè)完整的信息數(shù)據(jù)庫(kù)。相比于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，BIM 技術(shù)有著突出的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，如為項(xiàng)目參與各方建立單一工程數(shù)據(jù)源，確保信息的準(zhǔn)確性和一致性；實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的信息交流和共享；全面支持?jǐn)?shù)字化、自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)等等。所以，BIM 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用具有非常巨大的價(jià)值。

2、基于BIM的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究

2.1 BIM 優(yōu)化方案

在方案階段，進(jìn)行模型的大概建立，對(duì)各種預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行預(yù)排布，對(duì)排布結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、輸出、分析，對(duì)軸網(wǎng)及預(yù)制構(gòu)件排布方式進(jìn)行優(yōu)化，有效減少預(yù)制構(gòu)件的種類，也就減少了模具種類，提高了模具周轉(zhuǎn)次數(shù)。

2.2 BIM 使設(shè)計(jì)向模具廠提供精確三維圖紙

本工程的 BIM 三維設(shè)計(jì)成果具有完整、精確的特點(diǎn)，作為三維圖紙?zhí)峁┙o模具生產(chǎn)廠家，避免了二維圖紙不明確、有歧義的局限性，保證了模具的準(zhǔn)確加工生產(chǎn)，規(guī)避了模具返工或報(bào)廢造成的成本增加。

2.3 BIM 使設(shè)計(jì)與施工無(wú)縫對(duì)接

對(duì)設(shè)計(jì)模型成果進(jìn)行統(tǒng)一編碼，在設(shè)計(jì)階段模擬各個(gè)構(gòu)件的吊裝過(guò)程和整個(gè)工程的裝配進(jìn)度，使得設(shè)計(jì)成果更具可實(shí)施性。把施工可能產(chǎn)生的問(wèn)題在設(shè)計(jì)階段就解決掉，使設(shè)計(jì)與施工真正實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接。

2.4 通過(guò)SAP2000軟件分析結(jié)構(gòu)受力情況

1）荷載指定。到目前為止，在RevitStructure定義中指定荷載具有很大的不便。由于當(dāng)荷載指定需要修改時(shí)，要SAP2000重新回到RevitStructure，修改完成后再重新進(jìn)行轉(zhuǎn)化導(dǎo)入的步驟，操作起來(lái)比較麻煩，同時(shí)在反復(fù)的操作過(guò)程中極易出錯(cuò)。荷載指定直接在SAP2000軟件中進(jìn)行定義，從而為分析工作帶來(lái)了很大的便利，而且更具有穩(wěn)定性。

2）結(jié)構(gòu)分析。具體分析流程為:設(shè)置項(xiàng)目恰當(dāng)合理的工況——點(diǎn)擊SAP2000運(yùn)行 ——選擇設(shè)定的工況開(kāi)始運(yùn)行 ——運(yùn)行完畢 ——點(diǎn)擊顯示面板上的顯示力和變形 ——結(jié)構(gòu)分析結(jié)果出現(xiàn)。

2.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙的繪制

當(dāng)結(jié)構(gòu)分析結(jié)束，校核確定無(wú)誤后，通過(guò)RevitStructure繪制施工圖紙，由此整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程結(jié)束。當(dāng)前，RevitStructure中施工圖的呈現(xiàn)方式依舊為傳統(tǒng)的呈現(xiàn)方式，也就是結(jié)構(gòu)平法施工呈現(xiàn)方式。在Revit Structure軟件中轉(zhuǎn)至相應(yīng)的結(jié)構(gòu)視圖。在RevitStructure軟件中，缺乏結(jié)構(gòu)鋼筋字體的設(shè)置，一般情況下，所采取的措施是將Windows字庫(kù)文件REVIT_O.ttf拷貝安裝到機(jī)器的如下路徑:系統(tǒng)盤(pán)(默認(rèn)C 盤(pán)):windowsfonts然后拷貝。

以梁配筋標(biāo)注為例，基于RevitStructure的平法標(biāo)注的繪制步驟如下:

①自行編輯一個(gè)結(jié)構(gòu)框架標(biāo)記族，其主要目的為對(duì)配筋進(jìn)行標(biāo)注。具體流程為:點(diǎn)擊載入族——點(diǎn)擊梁標(biāo)記族模板 ——選擇字段來(lái)源 ——添加梁截面的標(biāo)簽內(nèi)容 ——選擇共享參數(shù) ——添加配筋的標(biāo)簽內(nèi)容 ——結(jié)構(gòu)框架標(biāo)記族的編輯完成；

②根據(jù)梁注釋中編輯好的標(biāo)注類型，實(shí)施梁標(biāo)注。在繪制樓板或墻梁的結(jié)構(gòu)平法施工圖時(shí)，都可根據(jù)相似梁的方法進(jìn)行標(biāo)注。

3、應(yīng)用系統(tǒng)拼裝模型

當(dāng)BIM應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，通過(guò)此系統(tǒng)對(duì)模型進(jìn)行預(yù)拼裝，同時(shí)要保證拼裝速度的快速性，預(yù)拼裝完畢后，將模型導(dǎo)入具有相應(yīng)接口的結(jié)構(gòu)分析軟件中，對(duì)其作結(jié)構(gòu)受力的相關(guān)分析與研究。以鋼網(wǎng)架雨棚為例作詳細(xì)說(shuō)明。在Revit stmcture軟件中，通過(guò)BIM建筑信息模型的應(yīng)用系統(tǒng)選取恰當(dāng)?shù)淖鍢?gòu)件，在結(jié)合實(shí)際情況與條件調(diào)整參數(shù)族參數(shù)，并快速的拼裝好鋼網(wǎng)架雨棚模型。通常，傳統(tǒng)的鋼網(wǎng)架雨棚建模對(duì)設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)是一件很頭疼的事情，設(shè)計(jì)過(guò)程不但復(fù)雜繁瑣，同時(shí)也很難達(dá)到精度的要求。

4、BIM 應(yīng)用效益評(píng)價(jià)

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)已經(jīng)逐步發(fā)展起來(lái)，建筑產(chǎn)業(yè)化可節(jié)省資源，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，然而，裝配式建筑造價(jià)一般略高于現(xiàn)澆建筑，只有通過(guò)新技術(shù)的推廣應(yīng)用以及先進(jìn)的管理體系才能是裝配式建筑造價(jià)控制在合理的范圍，本工程應(yīng)用 BIM 進(jìn)行施工圖施工圖設(shè)計(jì)，通過(guò)綜合管線與結(jié)構(gòu)碰撞檢查分析及結(jié)構(gòu)鋼筋之間的碰撞檢查分析，減少了 85% 的圖紙錯(cuò)誤，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)返工，提高了工程質(zhì)量 80%，利用協(xié)同設(shè)計(jì)節(jié)省了各專業(yè)間互提資料的過(guò)程，大大提高了工作效率，使得設(shè)計(jì)周期比傳統(tǒng)方式縮短了30%左右，此外，加上應(yīng)用 BIM 進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件預(yù)排布，大大減少了模具數(shù)量，總體上使工程總造價(jià)降低約 20%，使得總造價(jià)與現(xiàn)澆建筑持平。

結(jié)語(yǔ)：

BIM 是一個(gè)建筑信息化模型，它貫穿了設(shè)計(jì)項(xiàng)目的整個(gè)生命周期，可以運(yùn)用于各建筑相關(guān)設(shè)計(jì)以及施工的全過(guò)程，并且提供一個(gè)完整的信息數(shù)據(jù)庫(kù)。相比于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，BIM 技術(shù)有著突出的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，如為項(xiàng)目參與各方建立單一工程數(shù)據(jù)源，確保信息的準(zhǔn)確性和一致性；實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的信息交流和共享；全面支持?jǐn)?shù)字化、自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)等等。所以，BIM 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用具有非常巨大的價(jià)值。