基于BIM的裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

孫顥瑜 于江

【摘要]我國建筑行業(yè)在不斷發(fā)展的過程中，結(jié)合國外的建筑技術(shù)，提出了裝配式建筑結(jié)構(gòu)概念，目前該結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為我國建筑行業(yè)發(fā)展的主要方向。裝配式建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，能夠提高生產(chǎn)效率，保證工程質(zhì)量，更有利于環(huán)境保護(hù)，在施工過程中能節(jié)約水、電等資源，符合我國的可持續(xù)發(fā)展策略。將BIM技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有利于提高建筑的設(shè)計(jì)質(zhì)量，節(jié)省建筑成本，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)一體化。

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

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.31.009

引言：

BIM技術(shù)指的是建筑信息模型，在建筑工程和土木工程中的應(yīng)用比較多。將BIM技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要是以三維立體圖形為主，設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，使方案更加直觀立體，對于模型尺寸的標(biāo)注也更加清晰。施工人員在制作建筑結(jié)構(gòu)時，更加清晰明了。本文主要介紹的是BIM技術(shù)的特點(diǎn)，以及基于BIM的裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)勢和具體應(yīng)用，希望對相關(guān)的工作人員有所幫助。

1、BIM技術(shù)的特點(diǎn)

1.1可視性

可視性是指設(shè)計(jì)人員在采用BIM技術(shù)設(shè)計(jì)建筑物時，能夠?qū)?gòu)件以立體圖形的方式展示出來，使建筑物的結(jié)構(gòu)更加明顯。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案是以線條的方式進(jìn)行繪制，施工人員在觀察圖紙時，要自行想象建筑物的立體效果，在實(shí)際施工中容易出現(xiàn)失誤，影響建筑工程的整體質(zhì)量。BIM技術(shù)的可視性，不僅能讓工作人員更直觀的看到建筑物的結(jié)構(gòu)，還能展示出各種構(gòu)件的設(shè)計(jì)位置和顏色，能夠生成動態(tài)效果展示圖，工作人員可以在動態(tài)的情況下了解方案的設(shè)計(jì)和建造。

1.2協(xié)調(diào)性

建筑工程中所涉及到的內(nèi)容比較多，例如梁的結(jié)構(gòu)、暖通設(shè)置、水電管道和線路的敷設(shè)等，設(shè)計(jì)單位和施工單位需要進(jìn)行多次的溝通、協(xié)調(diào)和配合才能完成建筑物的建造。由于每個部門所學(xué)用到的專業(yè)知識都不同，在解決問題時可能出現(xiàn)分歧。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案都是在圖紙上單獨(dú)繪制，無法展現(xiàn)出施工完成后的整體效果，沒有說服力。BIM技術(shù)的使用，能夠有效的解決沖突，生成相關(guān)的協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，將其提供與工作人員使用，還能生成動態(tài)圖形，協(xié)調(diào)好各個空間區(qū)域的設(shè)置。

1.3模擬性

模擬性是指BIM技術(shù)能夠模擬出各種不能真實(shí)操作的事物，例如節(jié)能實(shí)驗(yàn)、日照時間的模擬以及緊急疏散的模擬等。這些實(shí)驗(yàn)的模擬能夠提高建筑物的使用性能，增加建筑物的安全性。建筑工程在招標(biāo)或施工時，也可以利用BIM的模擬技術(shù)，進(jìn)行項(xiàng)目展示，設(shè)計(jì)人員根據(jù)模擬施工的情況來確定具體的實(shí)施方案。承建單位可以利用模擬技術(shù)進(jìn)行5D模擬，實(shí)現(xiàn)成本控制和造價預(yù)算。在后期建筑物的銷售過程中，也可以向用戶展示出地震逃生模擬或火災(zāi)疏散模擬等情況，增加用戶的安全感，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)價值。

1.4優(yōu)化性

建筑物的設(shè)計(jì)、施工和后期的運(yùn)營是一個不斷優(yōu)化的過程，在這個過程中工作人員需要掌握準(zhǔn)確的信息和建筑物施工技術(shù)的復(fù)雜程度，如果信息不準(zhǔn)確，就沒有科學(xué)合理的優(yōu)化結(jié)果。BIM技術(shù)能夠提供建筑物當(dāng)前準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息和優(yōu)化后的數(shù)據(jù)信息，當(dāng)數(shù)據(jù)信息過于復(fù)雜時，對于施工人員技術(shù)水平的要求是極高的。施工人員的技術(shù)水平如果無法達(dá)到相關(guān)要求，就會出現(xiàn)操作失誤，因此必須要借助相關(guān)的技術(shù)手段，不斷的優(yōu)化建筑工程。

1.5可出圖性

建筑工程的設(shè)計(jì)方案對于設(shè)計(jì)人員和施工人員而言都是非常重要的建造數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式是將構(gòu)件繪制在圖紙上，并標(biāo)注尺寸，施工人員根據(jù)圖紙的顯示，進(jìn)行施工。在施工過程中容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)注不明等問題，造成構(gòu)件在加工過程中存在失誤，影響建筑質(zhì)量[1]。BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠展示出更加專業(yè)和深化的圖紙，數(shù)據(jù)標(biāo)注更加清晰，保證建筑工程的順利開展。

2、基于BIM的裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)勢

2.1提高建筑工程的工作效率

裝配式建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是將建筑構(gòu)件進(jìn)行批量生產(chǎn)，然后運(yùn)送到施工現(xiàn)場進(jìn)行組裝，最后進(jìn)行建筑設(shè)備的調(diào)試即可進(jìn)行運(yùn)營。在構(gòu)件的設(shè)計(jì)上，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式是平面設(shè)計(jì)，沒有立體效果，而且每個構(gòu)件的設(shè)計(jì)都是獨(dú)立的，無法顯示出組裝完成后的整體效果。BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)?gòu)件組裝后的圖形展現(xiàn)出來，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)不合理的位置單獨(dú)進(jìn)行調(diào)節(jié)和優(yōu)化，并完成方案的設(shè)計(jì)和審核。技術(shù)人員通過對方案中的材料和技術(shù)的使用進(jìn)行造價預(yù)算，使其更加清楚明了，有利于提高工作人員的工作效率。BIM系統(tǒng)主要是通過結(jié)合三維立體圖像和二維圖形，將構(gòu)件的形狀生成圖像，然后在車間進(jìn)行批量生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。

2.2節(jié)省建筑成本

裝配式建筑是將建筑物進(jìn)行拆解，將其分為多個構(gòu)件，設(shè)計(jì)人員針對不同的構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后在廠家進(jìn)行批量生產(chǎn)，再通過使用交通工具將其運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢眠M(jìn)行組裝[2]。在該過程中設(shè)計(jì)人員無法估計(jì)構(gòu)件之間的線路和管道的埋設(shè)是否存在沖突，因此在實(shí)際施工中可能會遇到很多難題。BIM技術(shù)的應(yīng)用，能夠自動生成立體畫面，技術(shù)人員根據(jù)圖像信息可以直接觀察出管道埋設(shè)是否存在問題，避免了資源的浪費(fèi)，降低了施工人員的工作量，減少了重復(fù)的設(shè)計(jì)和施工任務(wù)，為企業(yè)增加了更多的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3促進(jìn)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量決定了裝配式建筑工程的質(zhì)量，因此構(gòu)件的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造是非常重要的。設(shè)計(jì)人員通過BIM系統(tǒng)中的構(gòu)件數(shù)據(jù)庫能夠獲得更多的信息，在完成構(gòu)件的設(shè)計(jì)后，還可以將設(shè)計(jì)方案傳輸?shù)紹IM系統(tǒng)平臺中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享。在設(shè)計(jì)過程中，技術(shù)人員可以通過數(shù)據(jù)庫中的信息對比，選擇更加合適的形狀標(biāo)準(zhǔn)和尺寸參數(shù);設(shè)計(jì)人員也可以根據(jù)建筑物的實(shí)際需求，不斷的調(diào)整相關(guān)參數(shù)，使其符合建筑要求。將設(shè)計(jì)好的方案傳送到生產(chǎn)廠家，廠家根據(jù)方案進(jìn)行構(gòu)件制作，有利于提高構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化，保證建筑工程的質(zhì)量。

3、BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

3.1完善預(yù)制構(gòu)件的數(shù)據(jù)庫信息

在設(shè)計(jì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)的過程中，設(shè)計(jì)人員要將BIM技術(shù)和預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)聯(lián)系在一起，保證構(gòu)件的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和使用性能符合生產(chǎn)特點(diǎn)和相關(guān)要求。在裝配式建筑中，很多的預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)是可以相通的[3]。為了減輕設(shè)計(jì)人員的工作量，并保證預(yù)制構(gòu)件的通用性特點(diǎn)符合各種建筑物，設(shè)計(jì)人員在BIM技術(shù)的主導(dǎo)下，建立了預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)庫。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)預(yù)制構(gòu)件時，可以先在數(shù)據(jù)庫中根據(jù)相關(guān)要求進(jìn)行構(gòu)件查找，再根據(jù)建筑要求進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。數(shù)據(jù)庫的建立提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率，保證預(yù)制構(gòu)件的通用性符合各種建筑物，提升構(gòu)件設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。預(yù)制構(gòu)件數(shù)據(jù)庫的建立和完善需要設(shè)計(jì)人員的共同努力，首先設(shè)計(jì)人員可以將同意類型的構(gòu)件進(jìn)行分類歸納，在查找的時候更加方便;其次將輸入系統(tǒng)中的構(gòu)件方案進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)則的編碼，便于區(qū)分，而且在輸入系統(tǒng)時，務(wù)必要檢查好相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，保證數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性和可靠性。只有保證書庫中的構(gòu)件信息的準(zhǔn)確性，才能使其發(fā)揮出最大的效用。設(shè)計(jì)人員在管理數(shù)據(jù)庫時要定期進(jìn)行更新和維護(hù)，保證預(yù)制構(gòu)件相關(guān)信息的準(zhǔn)確性和完善性。

3.2構(gòu)建和優(yōu)化BIM模型

設(shè)計(jì)人員在裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)中，首選是在數(shù)據(jù)庫中挑選合適的構(gòu)件模型，如果數(shù)據(jù)庫中的構(gòu)件模型都不符合實(shí)際要求，則需要設(shè)計(jì)人員利用BIM模型進(jìn)行構(gòu)件的自主設(shè)計(jì)，提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在BIM模型構(gòu)建完成后，設(shè)計(jì)人員需要對其結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性進(jìn)行分析以及優(yōu)化，確保BIM模型符合建筑要求[4]，最終將BIM模型實(shí)現(xiàn)，完成裝配式建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員可以使用分析復(fù)合法來確保建筑結(jié)構(gòu)符合相關(guān)要求，還可以利用碰撞方法來淘汰不符合設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，然后重新進(jìn)行構(gòu)件的選擇和檢查，幾個反復(fù)過程后，能夠保證新構(gòu)建的設(shè)計(jì)符合工程要求，避免出現(xiàn)構(gòu)件加工完成后不符合要求，需要重新設(shè)計(jì)和制造的問題，減少不必要的支出。新制構(gòu)件在完成裝配后，設(shè)計(jì)人員將其輸入到數(shù)據(jù)庫中，方便后續(xù)的使用。

3.3BIM模型的應(yīng)用

當(dāng)BIM模型中的構(gòu)件符合要求時，工作人員要將其使用到實(shí)際施工中，該過程設(shè)計(jì)人員可以利用BIM模型進(jìn)行施工過程的模擬，根據(jù)模擬情景來確定構(gòu)件的生產(chǎn)和運(yùn)輸，保證構(gòu)件的裝配符合實(shí)際要求。確定施工模擬過程沒有問題后，構(gòu)件生產(chǎn)廠家將按照構(gòu)件數(shù)據(jù)信息進(jìn)行批量生產(chǎn)，確保建筑工程的施工進(jìn)度。BIM模型的使用，不僅能提高施工效率，還能提高安全管理和質(zhì)量管理，實(shí)現(xiàn)對裝配式建筑工程全過程的管理。

3.4精準(zhǔn)構(gòu)件參數(shù)

預(yù)制構(gòu)件在進(jìn)行參數(shù)化處理時，設(shè)計(jì)人員要將其分為兩部分處理。第一是進(jìn)行信息的收集，設(shè)計(jì)人員可以在相對成熟的數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行構(gòu)件信息的查找。需要注意的是，在選擇模塊時，需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇，例如設(shè)計(jì)人員在應(yīng)用Retlt軟件進(jìn)行構(gòu)件信息查找時，要根據(jù)主要用途進(jìn)行選擇，保證應(yīng)用過程更加合理。設(shè)計(jì)人員在查找構(gòu)件參數(shù)時，不一定非要按照軟件的標(biāo)準(zhǔn)，還可以進(jìn)行相關(guān)的調(diào)整，保證構(gòu)件模板的使用更加符合要求。

3.5建立戶型庫

裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員建立了構(gòu)件數(shù)據(jù)庫，便于查找和使用，建筑企業(yè)還可以建立標(biāo)注的戶型庫[5]。標(biāo)準(zhǔn)的戶型庫信息是以構(gòu)件數(shù)據(jù)庫為前提，進(jìn)行各個構(gòu)件的整合，使其成為標(biāo)準(zhǔn)的建筑戶型。設(shè)計(jì)人員可以通過對戶型庫中的標(biāo)準(zhǔn)建筑戶型進(jìn)行整理和分析，減少構(gòu)件和戶型的設(shè)計(jì)，降低設(shè)計(jì)成本，通過模塊化的組合和相關(guān)要求，確立建筑戶型，有利于提高構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，減少建筑成本。

結(jié)語：

裝配式建筑的設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)建筑物的設(shè)計(jì)要求要高很多，不僅要考慮構(gòu)件集成的問題，還要考慮生產(chǎn)廠家的技術(shù)水平，而且構(gòu)件數(shù)量比較多，需要設(shè)計(jì)的圖紙量很大，還要考慮各種預(yù)埋構(gòu)件的處理問題。為了解決裝配式建筑中的設(shè)計(jì)問題，提高構(gòu)件質(zhì)量，技術(shù)人員將BIM技術(shù)和裝配建筑的設(shè)計(jì)相結(jié)合，統(tǒng)一進(jìn)行信息化管理，提高工作效率，保證構(gòu)件質(zhì)量，有利于建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，為建筑環(huán)保的發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙智慧.裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)與應(yīng)用分析[J].建筑經(jīng)濟(jì)，2021，42（04）：159-160.

[2]劉洋.裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2020（19）：17-19.

[3]李奇.基于BIM技術(shù)的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法[J].智能建筑與智慧城市，2020（5）：105-106.

[4]徐承明，徐成賢.淺談BIM技術(shù)在裝配結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究[J].建筑設(shè)計(jì)管理，2019，36（3）：54-57.

[5]閆朋，高程.基于BIM技術(shù)的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法探析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2017（15）：128-129.

（本文作者單位：1.山東省魯商冰輪建筑設(shè)計(jì)有限公司，山東濟(jì)南，250101;2.中國建筑第五工程局有限公司山東公司，山東濟(jì)南，250101）