基于BIM的裝配式混凝土建筑構(gòu)件系統(tǒng)設(shè)計分析與研究

王海燕

【摘要】隨著城市建設(shè)的越來越好，建筑業(yè)的規(guī)模不斷擴大，傳統(tǒng)生產(chǎn)方式、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)技術(shù)已不能滿足城市發(fā)展的需求。預(yù)制裝配式混凝土建筑技術(shù)、BIM技術(shù)等現(xiàn)代建筑業(yè)技術(shù)獲得發(fā)展和應(yīng)用，實現(xiàn)綠色、低碳、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展理念，成為促進(jìn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必由之路。國家、省市相關(guān)部門相繼出臺一系列政策，推進(jìn)預(yù)制裝配式混凝土建筑技術(shù)的研究與工程實踐，推進(jìn)BIM技術(shù)在工程建設(shè)全過程的應(yīng)用。相應(yīng)地，如何將BIM技術(shù)應(yīng)用于預(yù)制裝配式混凝土建筑中，已成為一個熱點研究課題。通過這兩項技術(shù)的有機融合，可以進(jìn)一步產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

【關(guān)鍵詞】BIM;裝配式混凝土;建筑構(gòu)件系統(tǒng)設(shè)計

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.19.049

近年來，國家大力提倡裝配式建筑，與此同時，已經(jīng)具備了足夠成熟度的BIM技術(shù)在國內(nèi)也興盛起來。BIM軟件是進(jìn)行模塊化設(shè)計的，像搭積木一樣。這個搭積木的過程恰恰和裝配式建筑的做法一樣。BIM與裝配式的結(jié)合使得傳統(tǒng)的建筑行業(yè)變得更加信息化與工業(yè)化。

1、裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)的特點

1.1資源利用率高

裝配式工程建設(shè)有非常高的資源利用率，從節(jié)能方面看，有關(guān)部門將各種全新的材料引進(jìn)來，如輕質(zhì)預(yù)制內(nèi)墻板具有很好的隔音效果以及保溫效果，使用時并不需要安裝過多室內(nèi)空調(diào)和采暖設(shè)備，從而有效降低能源耗費。在節(jié)約土地資源方面看，裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)運用到高層建筑的施工中，能將區(qū)域內(nèi)的土地資源更加充分的利用，有效地將土地集約化要求滿足，合理減少了建筑用地面積。從節(jié)省使用材料方面看，裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)使用的預(yù)制構(gòu)件有明顯的工業(yè)化、規(guī)模化、集約化效果，將各種材料合理充分運用。另外，用戶使用裝配式建筑的時候，可以按照建筑設(shè)計狀況對組合框架梁進(jìn)行有效的調(diào)整。預(yù)制工廠可以對用戶的每一個需求都進(jìn)行深入的分析，凸顯輕質(zhì)墻板劃分的關(guān)鍵性，同時使每個用戶的需求都能被滿足。合理加工地板、墻板，并讓具有較高專業(yè)素質(zhì)的人員展開相關(guān)設(shè)計，合理融合建筑與裝修，最大程度上將房屋調(diào)整期間資源以及材料浪費的問題改善好。

1.2質(zhì)量水平高

裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)基本都是在專業(yè)工廠中進(jìn)行的，能達(dá)到工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)系列化要求，規(guī)避了傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生質(zhì)量上的問題。例如，對單個構(gòu)件進(jìn)行加工的時候，工廠預(yù)制工藝并不難，沒有太多影響因素，在很大程度上保障了具體的工程建設(shè)質(zhì)量。實行了集中預(yù)制模式之后，持續(xù)提升了工程項目的質(zhì)量，確保了具體作業(yè)人員能合理把控混凝土構(gòu)件配合比、砂石級配、鋼筋配筋。除此之外，有關(guān)管理人員應(yīng)該積極進(jìn)入實際施工現(xiàn)場，加強安裝全程的監(jiān)督與檢查，提升建設(shè)質(zhì)量。

2、BIM技術(shù)在設(shè)計過程中的應(yīng)用

2.1基于BIM的結(jié)構(gòu)設(shè)計

PC建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計是系統(tǒng)工程，必須從結(jié)構(gòu)設(shè)計的最初規(guī)劃開始，落實執(zhí)行PC結(jié)構(gòu)設(shè)計，并且貫穿設(shè)計全過程，實現(xiàn)PC結(jié)構(gòu)設(shè)計?；贐IM的PC結(jié)構(gòu)設(shè)計包括結(jié)構(gòu)體系選擇、PC實施部位選擇、結(jié)構(gòu)受力分析、構(gòu)造設(shè)計等內(nèi)容。（1）結(jié)構(gòu)體系選擇。這屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要任務(wù)，應(yīng)根據(jù)建筑功能需求、項目的特點、政府的建設(shè)約束條件、國家規(guī)范的相關(guān)條文要求、預(yù)制裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)要求、行業(yè)和地方標(biāo)準(zhǔn)要求，選擇適宜的結(jié)構(gòu)體系?？苫贐IM構(gòu)建初步的方案模型，進(jìn)行多方案比選，可采用框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)或剪力墻結(jié)構(gòu)。結(jié)合建筑造型等特征，依據(jù)選擇的結(jié)構(gòu)體系，可進(jìn)一步確定建筑物的最大高度和最大高寬比等設(shè)計參數(shù)。此時，結(jié)構(gòu)設(shè)計的BIM方案模型，基精度可以是LOD100-LOD150。（2）PC實施部位選擇。依據(jù)建筑功能分區(qū)的特點，結(jié)合政府對裝配率、預(yù)制率的剛性要求，同時考慮建筑物全生命周期功能彈性改造的可能性，初步選擇PC實施部位?？梢栽贐IM模型上將相關(guān)裝配式范圍的構(gòu)件賦予預(yù)制屬性，快速統(tǒng)計分析是否符合預(yù)制率和裝配率。（3）結(jié)構(gòu)受力分析?；赑KPM，YJK，PCMAKER等軟件的三維模型受力分析，實現(xiàn)PC結(jié)構(gòu)的荷載作用與結(jié)構(gòu)計算。注意分析過程所涉及的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)不同于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的有關(guān)規(guī)定，其中尤其要注意的是抗震設(shè)計的相關(guān)規(guī)定、附加承載力計算和相關(guān)系數(shù)的調(diào)整。這些前處理條件應(yīng)采用裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，輸入三維分析軟件的程序中，最終通過BIM結(jié)構(gòu)分析，體現(xiàn)到PC結(jié)構(gòu)設(shè)計的成果中。（4）構(gòu)造設(shè)計?；贐IM模型進(jìn)行精細(xì)化的構(gòu)造設(shè)計，可利用BIM族庫減少設(shè)計工作量，在常用的族庫構(gòu)件基礎(chǔ)上進(jìn)行修改完善即可。

2.2基于BIM的協(xié)同設(shè)計

由于PC結(jié)構(gòu)在施工現(xiàn)場靈活機動處理各專業(yè)問題的可能性較小，所有問題必須在設(shè)計階段充分考慮。而BIM技術(shù)平臺因其具有信息集成共享、可視化、參數(shù)化、可模擬性等特點，為協(xié)同設(shè)計提供了良好的條件?；贐IM在PC結(jié)構(gòu)的協(xié)同設(shè)計，可達(dá)到以下價值和效果。（1）工程信息的集成共享?；贐IM平臺進(jìn)行PC結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要求不同單位、不同專業(yè)的設(shè)計人員在同一BIM平臺上進(jìn)行設(shè)計數(shù)據(jù)的鏈接、交換與共享，從而保證各專業(yè)的設(shè)計人員、構(gòu)件生產(chǎn)商、項目管理人員和施工操作人員都能實時獲得最新協(xié)同設(shè)計成果，顯著提高信息溝通效率。（2）各專業(yè)間設(shè)計協(xié)調(diào)。建筑專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)、機電管線與設(shè)備專業(yè)、裝飾裝修等專業(yè)的BIM模型，通過模型整合，可以在同一個BIM平臺上展示共享。通過三維展示，提前進(jìn)行碰撞與沖突分析，通過Navisworks等BIM軟件自動檢測出“錯、漏、碰、缺”的設(shè)計問題，促進(jìn)設(shè)計人員及時糾正這些問題，保證設(shè)計階段的問題不帶到PC構(gòu)件加工和安裝環(huán)節(jié)，從而保證PC結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量。（3）設(shè)計-生產(chǎn)-施工協(xié)調(diào)?；贐IM的綜合管控平臺，可以實現(xiàn)設(shè)計、生產(chǎn)和施工協(xié)調(diào)共享。BIM設(shè)計成果可以傳遞到生產(chǎn)和施工環(huán)節(jié)，同時，生產(chǎn)廠商和施工單位也可以在平臺上反饋加工和施工信息，用以修正完善設(shè)計成果，及時溝通協(xié)調(diào)。由于BIM平臺有自動出圖功能，可以將實時修改的BIM模型成果進(jìn)行加工圖出圖，時刻保持圖紙與BIM模型的一致性。

結(jié)語：

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時如果不首先進(jìn)行虛擬建造，在后續(xù)施工時往往會出現(xiàn)很多問題，而虛擬建造就離不開結(jié)構(gòu)正向設(shè)計。結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計能夠做到以下幾點：不改變原有的設(shè)計流程，不改變原有施工圖的表達(dá)方法，提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計和結(jié)構(gòu)施工效率。

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