BIM三維正向設(shè)計在裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

侯建龍

【摘要】裝配式結(jié)構(gòu)是建筑構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計后實行模塊化劃分，在工廠中提前進(jìn)行機(jī)械化生產(chǎn)然后運輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行拼裝的模式。傳統(tǒng)的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)由于效率低，不環(huán)保，不符合當(dāng)前建筑工業(yè)化生產(chǎn)的特點，裝配式建筑逐漸凸顯其優(yōu)勢，文章將裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計與BIM三維正向設(shè)計相結(jié)合，介紹其概念、優(yōu)勢和方法，并與傳統(tǒng)裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計及BIM“逆向設(shè)計”進(jìn)行比較，為BIM三維正向設(shè)計的應(yīng)用起到參考作用。

【關(guān)鍵詞】三維正向設(shè)計;裝配式結(jié)構(gòu);BIM

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.19.050

1、概述

BIM技術(shù)因其具有可視化、效率高、碰撞分析、施工模擬等優(yōu)勢被行業(yè)廣泛認(rèn)可，本文以裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計為例，運用BIM三維正向設(shè)計方法，將BIM技術(shù)的優(yōu)勢與裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計相結(jié)合，可以進(jìn)一步提升裝配式的精確度，優(yōu)化設(shè)計信息，完成信息的互動和傳遞。

2、相關(guān)概念

2.1 基于BIM的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計

傳統(tǒng)的裝配式設(shè)計流程是以設(shè)計的二維圖紙為主要導(dǎo)向，大體流程是建設(shè)單位協(xié)同設(shè)計單位進(jìn)行方案遴選、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計、預(yù)制構(gòu)件設(shè)計及生產(chǎn)、現(xiàn)場裝配施工。預(yù)制構(gòu)件是根據(jù)設(shè)計師的拆分為主要依據(jù)，這種情況往往導(dǎo)致設(shè)計出來的構(gòu)件種類過多，不利于建筑模塊化的生產(chǎn)，且裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件拆分復(fù)雜，現(xiàn)場拼裝具有一定的難度，急需一種新的方法來完善裝配式，因此，就產(chǎn)生了基于BIM的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計。

與傳統(tǒng)裝配式設(shè)計流程不同，基于BIM的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計是以“預(yù)制構(gòu)件庫”為導(dǎo)向，就是根據(jù)構(gòu)件的類型、荷載大下、層高等條件將構(gòu)件提前進(jìn)行劃分，劃分要協(xié)同廠商的生產(chǎn)條件和設(shè)計要求，盡可能的減少劃分類型數(shù)量，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)的安全分析，將構(gòu)件統(tǒng)計好后放入構(gòu)件庫，預(yù)制構(gòu)件庫完成之后，進(jìn)行BIM模型的創(chuàng)建與分析，完成裝配式的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.2 三維正向設(shè)計

目前的BIM流程主要是基于二維圖紙進(jìn)行三維建模，也就是常說的“翻模”，這種方法是二維與三維的一個“轉(zhuǎn)化階段”，其實是一種“逆向思維”，而“三維正向設(shè)計”是先建好三維模型，根據(jù)三維模型導(dǎo)出二維圖紙，再進(jìn)行后期的施工運營。

3、正向設(shè)計方法

（1）建立預(yù)制構(gòu)件庫：預(yù)制構(gòu)件庫是運用BIM進(jìn)行裝配式管理的核心，后期裝配式結(jié)構(gòu)BIM模型的設(shè)計都以此為基礎(chǔ)，這樣設(shè)計出來的構(gòu)件符合工業(yè)化生產(chǎn)的要求，提高生產(chǎn)和設(shè)計效率，預(yù)制構(gòu)件庫的關(guān)鍵是實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化，標(biāo)準(zhǔn)化便于預(yù)制構(gòu)件廠的流水線施工，通用化則可滿足各類建筑的功能需求[1]，預(yù)制構(gòu)件庫的構(gòu)件需要進(jìn)行鋼筋實配與承載力、接縫和吊點的驗算，通過BIM技術(shù)可以直觀的查看構(gòu)件的三維鋼筋配置。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計：三維正向設(shè)計方法包括梁布置、板布置、柱布置、剪力墻布置、基礎(chǔ)布置等，結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)束，BIM結(jié)構(gòu)模型也隨之出現(xiàn)。

（3）結(jié)構(gòu)分析：輸入結(jié)構(gòu)的各種荷載條件，進(jìn)行BIM結(jié)構(gòu)模型的整體分析，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和安全性。

（4）裝配式BIM深化設(shè)計：裝配式深化設(shè)計包括2大部分，第一部分是裝配式構(gòu)件的拆分設(shè)計，形成裝配式BIM模型。第二部分是裝配式構(gòu)件施工圖的深化設(shè)計。

裝配式構(gòu)件的拆分設(shè)計是裝配式構(gòu)件的重點，在預(yù)制構(gòu)件庫創(chuàng)建完成后，根據(jù)需要直接調(diào)用預(yù)制構(gòu)件庫的種類進(jìn)行拆分設(shè)計。

裝配式構(gòu)件施工圖的深化設(shè)計包括節(jié)點設(shè)計、吊裝圖設(shè)計、模板圖設(shè)計、組裝圖設(shè)計等，需要滿足結(jié)構(gòu)的吊裝、運輸、施工荷載以及結(jié)構(gòu)的整體安全性因素。深化設(shè)計人員需要根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)計，如吊裝需要驗算吊裝荷載，裝配式構(gòu)件大多選用平吊方法，因此吊點的位置就極其重要，除此之外，吊具的承載力、吊裝點負(fù)彎矩等也需要設(shè)計驗算等，如遇調(diào)整過大的情況，還需要對拆分設(shè)計進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以便后期施工。

（5）BIM模型分析與優(yōu)化：裝配式BIM模型及深化設(shè)計結(jié)束后，需要驗證結(jié)構(gòu)模型是否滿足設(shè)計規(guī)范、裝配式結(jié)構(gòu)要求等，通過BIM碰撞分析，綠色分析，結(jié)構(gòu)復(fù)核等功能對結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，直至構(gòu)件合理滿足要求。

（6）出施工圖：BIM分析與優(yōu)化結(jié)束后，基于BIM的可視化，可形成一套完成的二維及三維施工圖，任意點的構(gòu)件外部與內(nèi)部都可以隨意切換，直觀觀察。

（7）BIM施工模擬：基于BIM技術(shù)的優(yōu)勢，進(jìn)行建筑的施工模擬，交底，將裝配式BIM模型中的數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)協(xié)同，對現(xiàn)場施工進(jìn)行指導(dǎo)，建立整體協(xié)同平臺，打通設(shè)計、生產(chǎn)和施工的壁壘。

（8）裝配施工：根據(jù)BIM施工模擬的指導(dǎo)，安排預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸和堆放，之后進(jìn)行現(xiàn)場的裝配施工。

4、應(yīng)用

關(guān)于裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計在BIM的應(yīng)用主要有預(yù)制構(gòu)件庫的建立、BIM模型的分析與復(fù)核、復(fù)雜節(jié)點的施工模擬、一體化協(xié)同平臺、現(xiàn)場施工信息的共享。前三條的內(nèi)容在正向設(shè)計方法里有過解釋，本節(jié)重點介紹BIM裝配式一體化協(xié)同平臺及施工現(xiàn)場信息的共享與傳遞。

4.1 BIM裝配式一體化協(xié)同平臺

裝配式建筑一體化協(xié)同平臺主要是基于BIM平臺，完成預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計、土建設(shè)計、安裝設(shè)計、裝修設(shè)計、節(jié)點設(shè)計、細(xì)部設(shè)計、運輸與吊裝設(shè)計進(jìn)行協(xié)同，完成全過程，全階段可視化、透明化、信息共享化的協(xié)同設(shè)計，一個專業(yè)修改數(shù)據(jù)信息，各專業(yè)及時共享，無縫銜接，一鍵生成計算書與施工圖，效率大大提升，可實現(xiàn)模塊化、參數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化施工。

4.2 施工現(xiàn)場信息的傳遞與共享

裝配式BIM模型可以指導(dǎo)裝配式現(xiàn)場施工，但是現(xiàn)場施工的另一個內(nèi)容就是實現(xiàn)施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)的及時傳遞與共享，做到裝配式BIM模型與現(xiàn)場施工裝配數(shù)據(jù)的互通與實時反饋，這里就需要運用到RFID技術(shù)，RFID簡稱無線射頻技術(shù)，是一種非接觸式的智能識別技術(shù)，BIM模型中的每一個構(gòu)件都有唯一的ID和RFID編碼，RFID編碼對應(yīng)施工現(xiàn)場的預(yù)制構(gòu)件，即預(yù)制構(gòu)件也有一個相對應(yīng)的識別碼，包含生產(chǎn)商信息、構(gòu)件類別、尺寸、位置信息、運輸單位等其他信息，通過閱讀器識別，運用中間媒介軟件搜集信息至BIM平臺，即可實時反饋現(xiàn)場狀態(tài)。裝配式與傳統(tǒng)現(xiàn)澆的區(qū)別就在于構(gòu)件預(yù)制，因此構(gòu)件的質(zhì)量保證非常重要，通過BIM技術(shù)與RFID技術(shù)的結(jié)合，可以實現(xiàn)全過程監(jiān)控，能隨時追溯構(gòu)件的質(zhì)量與安全問題，實現(xiàn)全壽命周期管理。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉軒.基于BIM的裝配式構(gòu)件深化設(shè)計方法研究[D].廣西科技大學(xué)，2019.

[2]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（05）：159-160.