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

朱全鵬

摘要：建筑工業(yè)化的發(fā)展促進(jìn)了裝配式結(jié)構(gòu)的發(fā)展，裝配式結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用也日益增多。傳統(tǒng)裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法從整體分析到構(gòu)件拆分的思路導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件的種類繁多，不利于預(yù)制構(gòu)件廠的生產(chǎn)，更不利于工業(yè)化的生產(chǎn)方式。針對(duì)這些難題，可以通過BIM技術(shù)建立標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件模型，提高預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精度。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);裝配式建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 BIM技術(shù)概要

BIM技術(shù)也就是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，以三維成像技術(shù)為主要渠道，通過對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)解析并以三維立體模型展示出來的一種建筑信息建模技術(shù)。我國目前預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要方法就是BIM技術(shù)。其技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于，首先可以根據(jù)建筑信息模型的建立，實(shí)現(xiàn)對(duì)于建筑物之內(nèi)所有建筑內(nèi)容的數(shù)據(jù)顯示，能夠精確到建筑物結(jié)構(gòu)之內(nèi)的每處細(xì)節(jié)，并且能夠根據(jù)建筑物的細(xì)節(jié)參數(shù)提供預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需要的數(shù)據(jù)，并以此為依據(jù)制定相關(guān)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，從而使預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能夠高效的完成，實(shí)現(xiàn)整個(gè)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一設(shè)計(jì)和量化標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，進(jìn)而達(dá)到節(jié)省工程建筑時(shí)間，提升建設(shè)效率的總體目的;其次，通過BIM技術(shù)的三維成像技術(shù)，能夠?qū)ㄖ镞M(jìn)行精準(zhǔn)建模，能夠清晰而全面的了解建筑物的原材料使用數(shù)量，原材料使用的類型以及原材料的質(zhì)量，提升工程預(yù)算的精準(zhǔn)程度，提升施工方對(duì)于工程預(yù)算以及成本造價(jià)的把控力度，進(jìn)而促進(jìn)建筑工程質(zhì)量的全面提高。另外，BIM技術(shù)也是一門綠色科學(xué)技術(shù)，其能夠起到對(duì)于工程項(xiàng)目總體規(guī)劃、科學(xué)建模、土地資源合理化布置等多重效果，提升土地使用的效率與質(zhì)量，提升對(duì)于復(fù)雜建筑群落以及古建筑物的保護(hù)效力。BIM技術(shù)還能夠?yàn)榻ㄖこ淌┕ぴO(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持和有效的圖表支持，從而為施工方提供便利。正因?yàn)锽IM技術(shù)有著上述多種綜合優(yōu)勢(shì)，使得BIM技術(shù)在建筑工程之中有著較為廣闊的發(fā)展前景，也使BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式混凝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得以高效運(yùn)用。

2 關(guān)鍵環(huán)節(jié)和案例

2.1 設(shè)計(jì)和開發(fā)BIM深化族庫系統(tǒng)

為了提高調(diào)用構(gòu)件的速度，實(shí)現(xiàn)快速裝配結(jié)構(gòu)構(gòu)件的目的，需對(duì)BIM深化族庫系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)與設(shè)計(jì)，由此生成系統(tǒng)族庫文件目錄。通過橄欖山快模軟件對(duì)族系統(tǒng)設(shè)計(jì)加以深化。當(dāng)完成對(duì)系統(tǒng)族庫的植入后，有一個(gè)族庫系統(tǒng)文件會(huì)自主生成在“橄欖山”族的管家內(nèi)部。使用這個(gè)目錄文件，就能夠看清系統(tǒng)族庫每一個(gè)文件的詳細(xì)分類，同時(shí)，它還有著非常優(yōu)越的預(yù)覽功能。

2.2 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，通過此系統(tǒng)對(duì)模型進(jìn)行預(yù)拼裝，同時(shí)要保證拼裝的快速性，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。這里就用鋼網(wǎng)架雨棚來當(dāng)作例子進(jìn)行說明。在RevitStructure軟件中，通過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)師來說是一件很頭疼的事情，設(shè)計(jì)過程不但復(fù)雜繁瑣，同時(shí)也很難達(dá)到精度的要求?；贐IM技術(shù)設(shè)計(jì)的應(yīng)用系統(tǒng)，只需選擇恰當(dāng)?shù)淖鍢?gòu)件，并適當(dāng)調(diào)整參數(shù)完成拼裝程序就能完成此項(xiàng)工作，在很大程度上縮短了建模時(shí)間，同時(shí)也使精度得到了保障，最為關(guān)鍵的一點(diǎn)是，每一構(gòu)件均附帶著相關(guān)的材料信息與尺寸數(shù)據(jù)。

2.3 構(gòu)件參數(shù)化環(huán)節(jié)

具體分為兩步：①對(duì)常規(guī)構(gòu)件的信息參數(shù)進(jìn)行查找與搜索，分析研究常規(guī)構(gòu)件的參數(shù)化過程;②統(tǒng)計(jì)信息的工作完成后，即編制參數(shù)族。選擇一個(gè)合適的模板之后通過族信息完成編輯工作。這里要注意的是，在選擇模板的時(shí)候，必須要通過Revit的用途，來選定相關(guān)的模板文件。其在實(shí)際工程項(xiàng)目中可結(jié)合具體的情況和條件作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整與改進(jìn)。

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

3.1 BIM優(yōu)化方案

在方案階段，進(jìn)行模型的基本建立，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)。

3.2 構(gòu)件設(shè)計(jì)-編制構(gòu)件參數(shù)族

編制構(gòu)件參數(shù)族即是構(gòu)件參數(shù)化的一個(gè)過程，是構(gòu)件設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，主要包括以下兩個(gè)環(huán)節(jié)。首先，查找常規(guī)構(gòu)件的相關(guān)信息參數(shù)如類別、尺寸、形狀等，進(jìn)而全面分析常規(guī)構(gòu)建參數(shù)化的過程。其次，打開Revit軟件，選取恰當(dāng)?shù)哪０逦募⒆鍏?shù)，然后根據(jù)族信息編制參數(shù)族。例如：在編制B級(jí)六角頭螺栓的參數(shù)族時(shí)，首先要搜集與其相關(guān)的信息參數(shù)，然后在Revit軟件中選擇基于面的公制常規(guī)模型建立并編制參數(shù)族。通過其規(guī)格參數(shù)表可以發(fā)現(xiàn)，相同的螺栓規(guī)格不一定相同，但在BIM參數(shù)族中，不同規(guī)格的構(gòu)建無需重復(fù)編制參數(shù)族，只需要對(duì)六角頭螺栓組參數(shù)進(jìn)行修改就能得到所需的規(guī)格型號(hào)。

3.3 拼裝設(shè)計(jì)-系統(tǒng)拼裝模型的應(yīng)用

在完成BIM應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，應(yīng)對(duì)模型進(jìn)行預(yù)拼裝，然后將拼裝完成的模型導(dǎo)入到相應(yīng)接口的結(jié)構(gòu)分析軟件中，分析其結(jié)構(gòu)受力的相關(guān)情況。

例如：在拼裝鋼網(wǎng)架雨棚時(shí)，首先應(yīng)在Revit-Structure軟件中通過BIM應(yīng)用系統(tǒng)選取恰當(dāng)?shù)淖鍢?gòu)件，然后根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行族參數(shù)的調(diào)整與修改后，即可快速的完成鋼網(wǎng)架雨棚模型的拼裝了。實(shí)際的鋼網(wǎng)架雨棚建模不但是一個(gè)復(fù)雜繁瑣的過程，而且其精度要求也難以滿足。而在BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)中，相關(guān)人員只要選擇好族構(gòu)件，完成拼裝程序便完成了鋼網(wǎng)架雨棚的建模。這一系統(tǒng)不僅將繁雜的建模過程簡(jiǎn)單化，而且也為其精度的要求提供了保障。

3.4 繪制設(shè)計(jì)圖

完成結(jié)構(gòu)分析環(huán)節(jié)并對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)檢查后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理利用Revit-Structure軟件完成施工設(shè)計(jì)圖紙繪制工作，完成圖紙繪制也就意味著完成了所有設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。現(xiàn)階段，Revit-Structure施工圖依然以傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)平法施工呈現(xiàn)圖紙的基本面貌。而在Revit-Structure中可以將其轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)視圖。在該軟件當(dāng)中結(jié)構(gòu)鋼筋字體設(shè)置不夠完善，通常將Windows字庫文件中的REVIT_O.ttf直接拷貝到系統(tǒng)C盤/Windows/fonts路徑當(dāng)中，之后完成拷貝。本文以梁配筋標(biāo)注為例，對(duì)Revit-Structure的平法標(biāo)注繪制步驟進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

首先，可按照實(shí)際情況自行編輯結(jié)構(gòu)框架標(biāo)記族標(biāo)注配筋。在這一環(huán)節(jié)應(yīng)先點(diǎn)擊載入族。單擊梁標(biāo)記族模板，之后選擇字段來源，添加梁截面標(biāo)簽內(nèi)容，然后點(diǎn)擊共享參數(shù)，添加配筋標(biāo)簽的具體內(nèi)容，最后完成結(jié)構(gòu)框架標(biāo)記族的編輯工作。

其次，結(jié)合梁注釋中的內(nèi)容做好梁柱標(biāo)注，在繪制其他結(jié)構(gòu)的平法施工圖時(shí)也可采用此種方法。

4 結(jié)語

憑借BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以有效地進(jìn)行裝配式修建的規(guī)劃、出產(chǎn)和施工水平，使裝配式修建從規(guī)劃到運(yùn)維的出產(chǎn)鏈條愈加嚴(yán)密、合理。其在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用，提高了裝配式建筑設(shè)計(jì)效率，降低了裝配式建筑的設(shè)計(jì)誤差，能夠?qū)崿F(xiàn)裝配式預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

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