基于BIM技術(shù)的裝配式建筑可視化正向設(shè)計與施工

朱振鈞 戰(zhàn)美秋 崔新杰 許偉業(yè) 彭基娜

【摘? 要】裝配式建筑是一種節(jié)能、環(huán)保、高效的建造方式。目前國內(nèi)裝配式建普遍存在現(xiàn)場施工管理水平不高、施工安裝效率不強、各專業(yè)協(xié)調(diào)性不夠等弊端。應(yīng)用BIM技術(shù)進行裝配式建筑的設(shè)計與施工管理，可充分發(fā)揮BIM與裝配式建筑建造各自優(yōu)勢，更好的促進我國裝配式建筑的快速發(fā)展，推動我國住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略的有效實施。

【關(guān)鍵詞】裝配式建筑;正向設(shè)計;BIM

引言

裝配式建筑建造與汽車生產(chǎn)制造過程有著相似之處，裝配式建筑建造過程是將房屋建筑構(gòu)造組成拆分成墻體、梁、板、柱等PC構(gòu)件及其部品，在工廠流水線預(yù)制好之后運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場組裝成建筑整體，有著施工現(xiàn)場作業(yè)量少、工期短、施工機械化程度高等特點，是我國建筑業(yè)生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)型。

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）以工程項目中不同類型的信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，具有可視性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性和協(xié)調(diào)性五大技術(shù)特點，其在裝配式建筑的建設(shè)工程的應(yīng)用可顯著提高設(shè)計效率、提升建筑施工質(zhì)量，對推進裝配式建筑的創(chuàng)新發(fā)展有著重大意義。

1.現(xiàn)階段裝配式建筑設(shè)計與施工的主要問題

1.1設(shè)計流程復(fù)雜

當(dāng)前仍有大量建筑設(shè)計采用先整體設(shè)計再拆分的逆向設(shè)計傳統(tǒng)流程，設(shè)計效率低下，且難以達到施工設(shè)計一體化銜接，發(fā)揮不了裝配式建筑優(yōu)勢特點。

1.2節(jié)點設(shè)計復(fù)雜、工藝操作難度大

節(jié)點設(shè)計不僅直接影響建筑結(jié)構(gòu)整體的可靠性， 也直接影響建筑工程造價、工程進度及其整個工程的質(zhì)量與后期使用，現(xiàn)階段我國裝配建筑體系設(shè)計處于初級階段，連接節(jié)點設(shè)計較復(fù)雜，構(gòu)件校正、對接、固定等施工工序操作工效偏低。

1.3預(yù)制構(gòu)件裝配率偏低、成本控制不力

預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準化程度、裝配率、預(yù)制率等對工程造價成本都有著重要的影響，構(gòu)件的不合理拆分會使構(gòu)件種類雜亂、規(guī)格種類增多，使得生產(chǎn)標(biāo)準化達標(biāo)受影響、建筑構(gòu)件的組合不夠且重復(fù)利用率低，由于多種規(guī)格的預(yù)制構(gòu)件模具需要高成本投入，因而顯著地增加了造價成本，使得資金投入過大造成一定浪費。

1.4預(yù)制構(gòu)件施工質(zhì)量受制約

裝配施工節(jié)點處理及配套部品節(jié)點處理重視普遍不夠，例如窗口沒有預(yù)先留置安裝口;預(yù)制剪力墻與隔墻之間的拼裝豎直平面存在高低差與縫隙;極大地增加了處理難度，接縫處理不當(dāng)會引發(fā)后期返潮長毛等問題，很大程度地影響了住宅居住品質(zhì)及施工企業(yè)的商譽。

2.BIM裝配一體化正向設(shè)計的必要性

2.1 BIM裝配一體化正向設(shè)計模式

BIM裝配一體化正向設(shè)計有“先建模，后出圖”，三維可視化全方位、全過程應(yīng)用等優(yōu)勢，主要以信息載體在同一平臺上實現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系安全分析，裝配式建筑模塊集成，配套完整的機電設(shè)施，施工過程一體化的協(xié)同設(shè)計模式，同時建立標(biāo)準化的各模塊，使得各專業(yè)接口融合，避免在設(shè)計過程中由于信息不對稱產(chǎn)生的設(shè)計錯誤和設(shè)計返工。

2.2正向設(shè)計與配套裝配式建筑體系相契合

當(dāng)下市場缺乏成套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的裝配式設(shè)計體系，且國內(nèi)從設(shè)計、生產(chǎn)、運輸、到施工全套體系的運用極少，而正向設(shè)計理念與裝配式建筑特點相契合，正是BIM裝配一體化正向設(shè)計與施工的迫切需求。采用正向設(shè)計服務(wù)于成套的裝配式建筑體系，把先進的裝配式技術(shù)實現(xiàn)出來，對突破裝配式建筑發(fā)展瓶頸，發(fā)揮裝配式建筑高效建造的優(yōu)勢，驅(qū)動創(chuàng)新發(fā)展具有重要的含義。

3.BIM在裝配式建筑工程設(shè)計階段中的應(yīng)用

從設(shè)計源頭開始，利用BIM的可視化特點進行裝配式可視化設(shè)計，為裝配式建筑全過程、全專業(yè)、全產(chǎn)業(yè)鏈、全方位的信息化高效、高質(zhì)量建造奠定基礎(chǔ)。

3.1裝配式體系的拆分

運用ABAQUS對裝配式建筑在水平往復(fù)荷載作用下的受力性能進行有限元數(shù)值計算分析，在Ansys軟件中利用Revit模型信息從結(jié)構(gòu)角度分析裝配體系拆分原則，結(jié)合實驗結(jié)果分析結(jié)構(gòu)連接節(jié)點參數(shù)、配筋率、墻體配筋率對整個建筑體系的抗震性能影響。

3.2構(gòu)建裝配式體系配套族庫

BIM Structure建模與Tekla Structure結(jié)合進行族庫模型建立，可先使用Revit軟件中5級分類構(gòu)建裝配式結(jié)構(gòu)體系構(gòu)件、裝配細部節(jié)點及配套部品族庫，再利用Tekla Structure軟件對每個參數(shù)化節(jié)點配筋，將各個構(gòu)件參數(shù)化，最終匯集形成標(biāo)準化構(gòu)件庫。設(shè)計師可以直接調(diào)用已有族庫建模，既可減少重復(fù)建模率，又能提高建模準確率。

3.3裝配式建筑構(gòu)件設(shè)計

在裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)階段，BIM可視化設(shè)計起著重要的作用，傳統(tǒng)的裝配式建筑PC構(gòu)件生產(chǎn)情況如下：預(yù)制構(gòu)件廠通過設(shè)計院提供的各類PC構(gòu)件的二維圖紙，進行人工“讀取”二維圖紙上的建筑信息并進行構(gòu)件的生產(chǎn)，BIM可視化正向設(shè)計直接調(diào)取族庫進行設(shè)計，并可把裝配式建筑信息（材料、鋼筋水泥參數(shù)、尺寸型號）參數(shù)化編碼，預(yù)制構(gòu)件廠的生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)直接讀取構(gòu)件的編碼信息，免除人工“讀取”二維圖紙過程，有效避免人工誤差。

4.BIM在裝配式建筑工程施工階段中的應(yīng)用

4D施工虛擬仿真可對裝配式建筑體系的節(jié)點形式進行細致的表達，預(yù)先發(fā)現(xiàn)建筑施工方案可能存在的問題，進行施工方案間隙碰撞、時間碰撞等碰撞優(yōu)化，降低返工、工程事故等的發(fā)生概率，同時通過復(fù)雜細部節(jié)點施工模擬仿真（可視化技術(shù)交底）幫助裝配施工工人準確的掌握裝配節(jié)點連接施工工序，提高裝配質(zhì)效和安全性，降低施工風(fēng)險。

基于BIM技術(shù)的施工全過程協(xié)同管理的特點，可通過電子信息表收集PC構(gòu)件信息，同時依據(jù)施工進度計劃靈活調(diào)配現(xiàn)場資源，確保特定施工區(qū)域的PC構(gòu)件數(shù)量滿足施工的要求，有效避免預(yù)制構(gòu)件廠PC構(gòu)件堆積過量或施工現(xiàn)場材料短缺的問題，減少構(gòu)件管理與堆放時間與成本。此外，基于RFID識別技術(shù)通過移動設(shè)備，如手機、平板電腦等登陸云端平臺進行異地指導(dǎo)施工，也可對構(gòu)件的完成質(zhì)量指示、參數(shù)屬性等信息進行實時查看，實現(xiàn)動態(tài)檢測裝配施工與質(zhì)量。

5.結(jié)語

發(fā)展裝配式建筑是我國建設(shè)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必然之路，BIM技術(shù)與裝配式建筑建造的結(jié)合是促進裝配式建筑高效建造的有效手段，BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用可從設(shè)計源頭開始全方位的提升裝配式建筑建筑質(zhì)量與效率，對促進我國裝配式建筑的快速發(fā)展有著重要意義。

參考文獻

[1]陳敬武，班立杰.基于建筑信息模型促進裝配式建筑精益建造的精益管理模式[J].科技管理研究，2020，40（10）.

[2]王長勝，藍杰.BIM技術(shù)在裝配式建筑工程施工中的應(yīng)用研究[J].智能建筑與智慧城市，2020（07）：70.

[3]盧睿.基于BIM的裝配式建筑一體化協(xié)同設(shè)計[J].安徽建筑，2020.27（5）：159-160.

[4]何增平.裝配式建筑BIM虛擬安裝施工技術(shù)[J].福建建設(shè)科技.2020，（1）：100.

[5]Abanda， F. H.，Oti， A. H.，Tah， J. H. M..Integration of Lessons Learned Knowledge in Building Information Modeling[J].Journal of construction engineering and management，2018，144（9）.

基金項目：2019年度吉林省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目《裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)可視化正向設(shè)計與施工》（項目編號：202010191074）。