BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中的應(yīng)用

郭繼業(yè)

（中建二局第一建筑工程有限公司）

1 引言

近年來，BIM 技術(shù)的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，因獨特的可視化及出圖性等特性，幫助許多建設(shè)企業(yè)提高自身市場競爭力。在實際應(yīng)用中，BIM技術(shù)主要偏向于優(yōu)化施工方案、縮短施工工期、提高資源配置效率等，并在控制工程質(zhì)量等方面具有顯著成效，對社會效益和企業(yè)效益都有著重要作用。

2 概念介紹

2.1 BIM技術(shù)概念

2002 年，美 國Autodesk 公 司 提 出 了BIM 概念——以助力建筑信息化管理和信息集成為目的一種信息模擬技術(shù)。

對于BIM技術(shù)的定義，現(xiàn)在國際上大致分為三種說法：BIM將建筑工程的物理等特性以數(shù)字化的形式表達(dá)出來；BIM可以動態(tài)化地呈現(xiàn)一個建設(shè)項目的生命全周期，并在此基礎(chǔ)上將資源共享，為參與者提供決策依據(jù)；基于建設(shè)項目進(jìn)度的不同，插入BIM 技術(shù)的時機也不同，BIM 支持各參與主體維持自身利益，并提升項目內(nèi)部的協(xié)調(diào)水平[1]。

2.2 特點

1）數(shù)據(jù)直觀化

BIM 將作業(yè)區(qū)域的信息進(jìn)行采集和分析后可以快速出圖，有利于工作人員對項目進(jìn)行了解，更快地制定施工方案。

2）模擬性

通常來說，建設(shè)項目分為多個施工節(jié)段，而BIM技術(shù)可以針對這些分段進(jìn)行實時模擬，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫信息制定預(yù)案，防止出現(xiàn)緊急事件，發(fā)生無法解決的情況。

3）可視化

建設(shè)項目涉及內(nèi)容廣泛，運用技術(shù)復(fù)雜，BIM技術(shù)可對項目數(shù)據(jù)進(jìn)行3D建模，方便技術(shù)人員對項目進(jìn)行整體分析，及時發(fā)現(xiàn)漏洞并進(jìn)行修復(fù)。

3 存在問題

3.1 設(shè)計環(huán)節(jié)

一般來說，傳統(tǒng)的建筑設(shè)計環(huán)節(jié)會利用CAD出圖。這種出圖方式雖然普及性較為廣泛，但在準(zhǔn)確表達(dá)建筑點、線、面以及多維角度整體概念時具有一定局限性，可能會致使建設(shè)單位無法明確裝配式建筑構(gòu)件之間的關(guān)聯(lián)，這會影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件加工等重要環(huán)節(jié)的正常進(jìn)行。此外，建筑項目通常需要從宏觀角度進(jìn)行統(tǒng)籌和把控，傳統(tǒng)設(shè)計方法可能無法準(zhǔn)確表達(dá)各獨立設(shè)計環(huán)節(jié)之間的整體關(guān)聯(lián)，這會造成施工團隊缺乏溝通，出現(xiàn)構(gòu)件損壞或尺寸、規(guī)格選取錯誤等問題[2]。

3.2 生產(chǎn)和施工環(huán)節(jié)

首先，裝配式鋼結(jié)構(gòu)所需構(gòu)件必須依照圖紙進(jìn)行預(yù)先加工，傳統(tǒng)設(shè)計圖紙可能對構(gòu)件細(xì)節(jié)的表達(dá)有所欠缺，實際生產(chǎn)出的構(gòu)件和設(shè)計理念可能會有較大偏差；其次，裝配式鋼結(jié)構(gòu)的組裝需要大量構(gòu)件，對生產(chǎn)人員數(shù)量要求較大，如果信息不對稱或不準(zhǔn)確，可能會出現(xiàn)構(gòu)件丟失或損壞的問題；最后，在施工時，如果施工人員按照傳統(tǒng)設(shè)計圖紙進(jìn)行場地劃分、材料倉儲，可能會出現(xiàn)規(guī)劃不合理，進(jìn)場材料堆放混亂的問題等。

4 應(yīng)用介紹

在建設(shè)工程中，綜合運用BIM 技術(shù)，可以有效提升信息管理程度，并且可以有效提升從設(shè)計環(huán)節(jié)到施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量，從而達(dá)到控制施工成本的目的。

1）拆分

①將工程結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Revit，獲取3D數(shù)據(jù)模型。模型內(nèi)含有鋼筋等材料的信息，并清晰呈現(xiàn)了建設(shè)項目的界面輪廓。

②在Revit 中使用Dynamo 對構(gòu)件實現(xiàn)可視化操作，將構(gòu)件進(jìn)行模擬拆分后依照要求再重新組裝，即可視化編程。這一步是為了矯正模型的細(xì)節(jié)問題，并對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行拆分。

2）創(chuàng)建

①使用二次開發(fā)程序完善鋼筋的參數(shù)，尤其要依照鋼筋拆分和組裝的設(shè)計理念和要求進(jìn)行工作流程的布置。

②設(shè)計預(yù)制梁需要注意：梁端依照最大值進(jìn)行選擇，并參考預(yù)制梁鋼筋加密范圍；在梁跨中，縱筋在后澆段中斷開時，其甩開長度必須依照套筒安裝的要求進(jìn)行尺寸選擇。

3）布置

布置時，除了要依照布置要求外，還需要注意以下幾點：

①位置的選擇需要結(jié)合埋件內(nèi)嵌族的構(gòu)建結(jié)果以及模板構(gòu)件形狀的設(shè)計結(jié)果等；

②建立預(yù)制柱族，以合理確定預(yù)制柱的布置位置。構(gòu)建時，需要注意柱和墻的連接參數(shù)，設(shè)置鋼板的高度為實際高度；

③為了獲得全局參數(shù)，需要將所有布置參數(shù)錄入Revit軟件中。

1）模擬

作為建筑工程最為復(fù)雜的環(huán)節(jié)之一，施工模擬較為不可控。為了達(dá)到實際施工和模擬施工的高度一致，需要使用Navisworks中的Timeliner制定3D立體模型，以達(dá)到模擬和實際施工兩者之間的最大關(guān)聯(lián)，并以4D 效果將項目呈現(xiàn)在技術(shù)人員眼前[3]。在這種技術(shù)中，人們可以清晰地看到設(shè)計理念、施工規(guī)劃和項目進(jìn)度，并且在流程模擬工作中對項目進(jìn)行梳理。在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中運用這項技術(shù)，主要展現(xiàn)內(nèi)容包含場地的布置以及施工實況的模擬。

①在Revit 中，技術(shù)人員可以依照實際情況設(shè)置施工區(qū)、倉儲區(qū)、辦公區(qū)、生活區(qū)及供電供水系統(tǒng)的具體位置。此外，針對塔吊這種占地面積較大，并且對施工進(jìn)度十分重要的器械的布置，在Revit 中也可以被不斷優(yōu)化。

②傳統(tǒng)施工方法可能與裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工情況不符合。例如，建筑結(jié)構(gòu)中的消防系統(tǒng)在平面圖上的展現(xiàn)往往十分局限，技術(shù)人員可能會忽視其中的潛在問題。使用3D 模型對平面圖進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可以有效將工程立體化和可視化，便于快速排查問題并進(jìn)行方案優(yōu)化。優(yōu)化過程中，仍然可以使用Navis-works 進(jìn)行漫游模擬。

2）總結(jié)

上述BIM 技術(shù)在建筑項目中的具體應(yīng)用不光順應(yīng)了行業(yè)發(fā)展趨勢，還有效激發(fā)行業(yè)技術(shù)的領(lǐng)先發(fā)展。

在建筑行業(yè)不斷成熟的前提下，建筑規(guī)模也在不斷擴大，像裝配式鋼結(jié)構(gòu)一樣的新型建筑結(jié)構(gòu)層出不窮。這些結(jié)構(gòu)的組裝和施工都更為復(fù)雜，而互聯(lián)網(wǎng)和立體模型等新技術(shù)不僅可以保證施工人員在材料采購時就提升準(zhǔn)確度，降低采購成本，還可以幫助組裝工作順利進(jìn)行。

同時，BIM技術(shù)的獨特性保證了它可以在施工現(xiàn)場進(jìn)行較為精準(zhǔn)的信息采集，且數(shù)據(jù)反饋都經(jīng)過比對、處理和篩選，具有很高的參考價值。這些數(shù)據(jù)不僅有利于施工單位把控現(xiàn)有工程項目，還可以“入庫”，幫助企業(yè)提升市場競爭力[4]。

5 案例分析

5.1 概況介紹

該項目位于陜西某生活辦公區(qū)。建設(shè)項目包含食堂、辦公樓、宿舍樓2 棟。建筑主體占地面積約14400m2。本文以綜合辦公樓為例子進(jìn)行應(yīng)用說明。

該辦公樓地上7層，地下1層，總建筑高度35m。使用鋼框架結(jié)構(gòu)、鋼筋桁架混凝土現(xiàn)澆板作為樓板結(jié)構(gòu)。

5.2 實際應(yīng)用

1）樁基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)工程設(shè)計環(huán)節(jié)主要運用BIM技術(shù)繪制工程樁，并且依照實際情況模擬現(xiàn)場布置工程樁的所需長度，制定混凝土材料供應(yīng)量和鋼筋使用量等。配合各項資源的投入等，將這些數(shù)據(jù)反饋到模型軟件中，有效提升技術(shù)人員的分析能力（見圖1）。

圖1 樁基礎(chǔ)示意圖

2）基坑開挖

利用BIM技術(shù)創(chuàng)建基坑開挖模型，并模擬施工過程，有效提高施工和設(shè)計兩個部門之間的協(xié)調(diào)程度，并且及時排查施工過程中可能出現(xiàn)的問題。在這個環(huán)節(jié)中使用BIM 技術(shù)搭建3D 模型，可以提高工作效率，節(jié)約資源成本，提高建設(shè)容錯率，防止各部門溝通不暢等現(xiàn)象發(fā)生（見圖2）。

圖2 基坑開挖示意圖

6 結(jié)語

雖然裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑對建設(shè)團隊的要求很高，并且其設(shè)計、拼裝及施工等過程都不同于傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)，但依托BIM技術(shù)的特性和技術(shù)優(yōu)勢，行業(yè)技術(shù)人員可以不斷提高裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的生產(chǎn)和建設(shè)效率，以新興技術(shù)和建筑行業(yè)的結(jié)合為案例，提交了一份滿意答卷。