基于BIM技術的混凝土裝配式建筑施工模擬研究

任澤強

摘 要：本文以某校辦公樓為例，對基于BIM技術的混凝土裝配式建筑施工模擬中的關鍵技術進行研究，解決了預制構(gòu)件的合理拆分和裝配式建筑節(jié)點的連接問題，在此基礎上應用BIM軟件進行施工模擬。本文的研究成果為指導混凝土裝配式建筑施工模擬提供了理論基礎。

關鍵詞：BIM技術；裝配式建筑；節(jié)點；施工模擬

中圖分類號：TU17；TU375 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）08-0094-02

Research on Constrnction Simulation of Concrete Assemble

Building Based on BIM Technology

REN Zeqiang

（School of Civil Engineering， Henan University of Science and Technology，Luoyang Henan 471000）

Abstract：Taking the office building of a school as an example， this paper studied the key technology of the construction simulation of the concrete assembly building based on BIM technology， and solved the problem of the rational disassembly of the prefabricated components and the connection of the assembly type building nodes. On this basis， the construction simulation was carried out by using the BIM software. The research results in this paper provided a theoretical basis for guiding the construction simulation of concrete fabricated buildings.

Keywords： BIM technology；assemble building；nodes；constrnction simulation

1 研究背景

近年來，人口紅利消失，勞動力成本不斷攀升，建筑業(yè)、制造業(yè)等勞動密集型產(chǎn)業(yè)面臨較大挑戰(zhàn)，急需轉(zhuǎn)型。同時，隨著人們環(huán)保意識的提高，對現(xiàn)場施工的要求也不斷提升，要求安全施工，減少噪聲和揚塵污染。裝配式建筑因具有建筑質(zhì)量高、節(jié)省勞動力和能實現(xiàn)節(jié)能減排等眾多優(yōu)點，日漸成為建筑行業(yè)的熱門。我國政府尤為重視裝配式建筑行業(yè)的發(fā)展，相繼出臺了眾多政策鼓勵、支持和引導其發(fā)展，裝配式建筑市場逐年擴大。雖然我國仍處于建筑產(chǎn)業(yè)化的初級階段，但我們有理由相信，裝配式建筑代表新一輪建筑業(yè)科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向，既是傳統(tǒng)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型與建造方式的重大變革，也是推進供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要舉措，更是新型城鎮(zhèn)化建設的有力支撐。

而以BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術為代表的信息化技術，通過數(shù)字信息仿真模擬技術，在圖紙設計方面極具可視化效果，這樣的視覺直觀化能對各專業(yè)碰撞問題（如綜合線路圖、各種預留洞口和預埋件等）進行協(xié)調(diào)，優(yōu)化前期工程設計。同時，BIM技術在建筑施工模擬、進度控制、工期優(yōu)化與管理方面也有著不可替代的作用。由此可以預見，BIM技術在未來建筑市場也將占據(jù)舉足輕重的地位。

在裝配式建筑中，要引入信息化技術，采用BIM技術進行全產(chǎn)業(yè)鏈整合。目前，國內(nèi)外學者關于BIM技術在裝配式建筑中的應用研究主要集中在以下幾方面：設計階段，利用BIM技術進行模塊化設計，逐步建立構(gòu)件庫；構(gòu)件生產(chǎn)階段，利用BIM技術進行追蹤管理；施工階段，利用BIM技術進行場地布置，優(yōu)化工期、進度，并模擬指導現(xiàn)場施工[1]。

2 關鍵技術研究

考慮到目前裝配整體式框架結(jié)構(gòu)體系技術較為成熟，施工效率高，查閱規(guī)范可知，裝配整體式框架結(jié)構(gòu)房屋最大適用高度為50m（7度抗震設防烈度）。

按照既有的原則和規(guī)范，將一幢50m以下的混凝土框架結(jié)構(gòu)改為裝配式整體式框架結(jié)構(gòu)體系，即使全部或部分框架梁、柱采用疊合梁、預制柱，其他構(gòu)件（外圍護墻板、疊合樓板、陽臺和樓梯等）酌情選擇預制構(gòu)件組成裝配整體式結(jié)構(gòu)體系，并應用BIM技術建立三維模型后進行施工吊裝模擬。

2.1 項目案例

某工程為框架結(jié)構(gòu)，無地下室，地上三層，抗震設防烈度7度，主體建筑高度11.7m，采用現(xiàn)澆施工方式，在對其進行平面設計時遵循“少規(guī)格、多組合”的原則，盡量減少結(jié)構(gòu)平面凹凸，使拆分構(gòu)件盡量標準化、模數(shù)化，便于構(gòu)件生產(chǎn)、運輸和吊裝。拆分結(jié)果見圖1。

2.2 裝配式建筑節(jié)點連接

2.2.1 梁柱框架節(jié)點連接。通過比較干連接和濕連接方式，筆者認為，濕連接方式，雖然穩(wěn)定性好，但需要采用混凝土和水泥砂漿；干連接方式相對較為簡單，工業(yè)化程度更高，未使用混凝土等連接材料，能使施工現(xiàn)場更加規(guī)整、干凈。但兩種方式都要保證建筑物達到“強柱弱梁”“強剪弱彎”“強節(jié)點，弱桿件”的要求，使建筑物具有良好的整體性和耗能能力[2]。該幢建筑層數(shù)不高，受力簡單，因而，采取工業(yè)化程度較高、節(jié)省人工的干連接方式。經(jīng)過對比篩選，選擇新型的干式剛性企口連接方式。

研究表明，干式剛性企口連接節(jié)點的延性與梁柱現(xiàn)澆節(jié)點的延性相當，其承載能力與現(xiàn)澆梁柱節(jié)點相近或高于現(xiàn)澆節(jié)點[3]。

2.2.2 柱連接節(jié)點。每層預制柱在柱底部設置連接鋼筋接頭，在主筋位置埋設鋼筋套筒（見圖2），套筒灌漿料采用超高強無收縮鋼筋連接用微膨脹的灌漿料，24h內(nèi)豎向膨脹率不小于0.02%。灌漿套筒采用球墨鑄鐵制造，抗拉強度不小于550MPa；在采用灌漿連接方式之前，應進行連接接頭的抗拉強度實驗。

2.2.3 墻板節(jié)點連接。墻板節(jié)點之間的連接在各種資料中提到的較少，許景秘等在《淺析裝配式建筑節(jié)點連接技術》[2]一文提及，外墻和主體結(jié)構(gòu)一般采用焊接、混凝土連接和螺栓連接。墻板與墻板之間的連接采用澆筑鋼筋網(wǎng)片方式。

3 施工模擬

利用Luban Plan（魯班進度計劃）軟件進行吊裝任務的配工配料及機具進場過程模擬，合理地對工程項目進行進度把控、成本控制。

首先，將設計好的revit工程模型通過Luban Trans -Revit導出為pds（魯班BIM應用平臺）格式，但revit模型中樓梯、扶手、坡道、場地、體量和內(nèi)建模型都會變成幾何構(gòu)件，暗柱和框架柱導入也會出現(xiàn)構(gòu)件錯位和模型凌亂的現(xiàn)象，需要手動修改回來。

其次，將pds格式文件上傳到Luban Plan中，在進度計劃模塊中編制工程項目，定義每一個構(gòu)件的主要任務參數(shù)，如施工吊裝的開始時間、結(jié)束時間和前置任務等。明確各個構(gòu)件的主次關系，將每一個構(gòu)件和時間相關聯(lián)，相關任務發(fā)生時間發(fā)生聯(lián)動。保存任務數(shù)據(jù)后生成并聯(lián)動流水施工甘特圖。

最后，在MC駕駛艙模塊中，根據(jù)設置好的時間軸動態(tài)展示整個施工過程，從中可以看到，隨著時間的推移，模型構(gòu)件按照“柱—梁—板—樓梯、陽臺—外墻板—節(jié)點、疊合梁板”的順序在不斷生長，從而達到精確模擬每一層吊裝施工的目的。

4 結(jié)論

通過各個軟件之間的協(xié)調(diào)和配合，我們最終實現(xiàn)了預期的目標。可見，將BIM技術融入到裝配式建筑的產(chǎn)品設計、管理優(yōu)化、信息控制和資源整合中，在信息模型中處理問題，規(guī)避了大規(guī)模實驗條件下人力物力資源浪費，能使建筑行業(yè)進一步走向工業(yè)化、裝配化和標準化，具有良好的經(jīng)濟效益和綜合效益。所以，兩者的結(jié)合，必將是現(xiàn)代化生產(chǎn)方式發(fā)展的必然趨勢。但是，如何進一步將兩者協(xié)調(diào)起來，健全BIM技術在各部門之間運轉(zhuǎn)機制，如何改進裝配式建筑節(jié)點連接技術，還有待于進一步研究。

參考文獻：

[1]王淑嬙，周啟慧，田東方.工程總承包背景下BIM技術在裝配式建筑工程中的應用研究[J].工程管理學報，2017（6）：39-44.

[2]許景秘，白蓉，馬海彬.淺析裝配式建筑節(jié)點連接技術[J].四川建筑，2017（5）：177-178.

[3]吳念.新型全預制裝配式混凝土框架試驗研究[D].南京：東南大學，2009.