基于B IM 技術(shù)的裝配式建筑模具探究

李貝貝 劉 燕

廣州華立科技職業(yè)學(xué)院 廣東廣州 527324

模具作為裝配式建筑深化設(shè)計(jì)后不可或缺的產(chǎn)品，在深化設(shè)計(jì)與施工方面起了承上啟下的作用，一方面需要考慮深化設(shè)計(jì)的開孔預(yù)埋件的精準(zhǔn)性，另一方面又需要對(duì)接施工現(xiàn)場(chǎng)安裝，能夠順利施工。若模具產(chǎn)生問題，則構(gòu)件將無法正常使用，產(chǎn)生不可預(yù)計(jì)的損失；若模具設(shè)置得當(dāng)，施工安全保障的同時(shí)也能夠降低成本，提高相應(yīng)的生產(chǎn)效率。

1 研究現(xiàn)狀分析

我國(guó)裝配式建筑率以及BIM 技術(shù)在裝配式建筑上的應(yīng)用率都在逐步提高，2020 年兩會(huì)上裝配式建筑仍舊是熱點(diǎn)問題之一，在國(guó)家政策鼓勵(lì)下，不少地方甚至對(duì)新建建筑物的裝配式預(yù)制率提出了相關(guān)要求，對(duì)基于BIM 技術(shù)的建筑智能化也在大力鼓勵(lì)及推動(dòng)。裝配式建筑與BIM 技術(shù)的應(yīng)用的發(fā)展?fàn)顩r見圖1～圖4。

圖1 裝配式建筑新建面積及占比

圖2 裝配式建筑市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)

圖3 我國(guó)企業(yè)BIM 使用情況

圖4 國(guó)內(nèi)企業(yè)BIM 費(fèi)用投入情況

從上述圖中可以看到，我國(guó)裝配式建筑仍舊處于初步發(fā)展階段，各個(gè)環(huán)節(jié)也都處于探索階段，對(duì)于裝配式模具的設(shè)計(jì)與規(guī)范還未受到重視與關(guān)注，目前模具的制作都還處于模仿探索階段。對(duì)于模具設(shè)計(jì)、模具選材、制作工藝以及脫模方式還處于比較粗獷的狀態(tài)，模具的制作與優(yōu)化還未得到足夠重視，往往是設(shè)計(jì)圖紙經(jīng)過深化后，直接給預(yù)制工廠進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的制作，構(gòu)件工廠根據(jù)深化后的圖紙進(jìn)行模具的制作，一個(gè)工程需要很多模具，工程結(jié)束后模具也就失去了作用，造成了浪費(fèi)，更沒有通過BIM 技術(shù)進(jìn)行模具的規(guī)整與整合，這也是造成模具通用性差、模具浪費(fèi)的原因。

我國(guó)在裝配式模具的生產(chǎn)制造還處于模仿探索階段，但我國(guó)已有一部分學(xué)者認(rèn)識(shí)到了裝配式模具的問題。有學(xué)者在分析不同的拆分方案會(huì)直接影響生產(chǎn)用的模具，模具費(fèi)用是裝配式構(gòu)件成本中占比較大的一個(gè)分項(xiàng)，好的拆分設(shè)計(jì)方案可以將模具費(fèi)用占比控制在10%左右，能夠有效控制預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)成本；有學(xué)者在探討裝配式項(xiàng)目成本時(shí)也提出模具的利用率和周轉(zhuǎn)次數(shù)也是成本較高的原因之一；有學(xué)者提出利用BIM 技術(shù)建立預(yù)制構(gòu)件模型，通過軟件的碰撞等功能為模具廠家提供模具模型出筋開孔位置及開孔余量，減少模具錯(cuò)誤率；也有學(xué)者提出了裝配式模具設(shè)計(jì)在整個(gè)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)環(huán)節(jié)至關(guān)重要，分析了國(guó)內(nèi)模具存在重量大、通用性差、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，并提出了模具的發(fā)展趨勢(shì)。學(xué)者們對(duì)裝配式深化設(shè)計(jì)后所用的模具也在逐步思考其存在的問題及解決方案，在了解裝配式建筑模具存在的問題后，基于BIM 技術(shù)對(duì)裝配式建筑模具提出相應(yīng)的看法。

2 裝配式模具存在的問題

2.1 裝配式模具重量大

現(xiàn)階段構(gòu)件模具的材料大多采用鋼?；蜾X膜，在制作設(shè)計(jì)的過程中，一方面需要考慮模具的變形及模具尺寸的精度，另一方面由于制作出來的構(gòu)件是裝配式混凝土構(gòu)件，還需要考慮構(gòu)件本身也會(huì)因?yàn)樽陨淼牟牧习l(fā)生變形，因此，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，往往會(huì)為了保證其變形率在一定范圍內(nèi)，將模具設(shè)計(jì)的比較厚重。裝配式模具的厚重雖然在一定程度上保證了其變形在一定范圍內(nèi)，但模具的厚重增加了模具材料的重量，增加成本的同時(shí)，也在脫模的過程中增加了難度，特別是需要使用上提式脫模形式。由于與攪拌好的混凝土長(zhǎng)期接觸，裝配式模具的材料經(jīng)常處于有水的環(huán)境中，裝配式模具也會(huì)被腐蝕，發(fā)生銹蝕現(xiàn)象。

2.2 裝配式模具尺寸、形狀過多

隨著國(guó)家裝配式建造的發(fā)展，模具的型號(hào)與成本也不斷增加，但至今尚未形成定型的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與生產(chǎn)模式，預(yù)制構(gòu)件的模具由于工程適用性比較窄，周轉(zhuǎn)次數(shù)比較少，損耗比較嚴(yán)重，不能夠達(dá)到多次使用的效果，同時(shí)模具的尺寸各異，未形成某些模具間通用組合的效果，這樣也造成了浪費(fèi)。每個(gè)建筑工程采用裝配式建筑模式時(shí)，都需要大量的構(gòu)件，這些構(gòu)件都需要大量的模具。由于采用的深化設(shè)計(jì)的圖紙不一，企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一，構(gòu)件的連接方式也沒有統(tǒng)一，因此在模具的設(shè)計(jì)階段，模具的尺寸也會(huì)涉及多種多樣，為模具的重復(fù)使用造成了難度。每個(gè)工程為突出其獨(dú)立性、外觀的美觀性，會(huì)采用異形構(gòu)件，深化設(shè)計(jì)時(shí)采用的軟件不一，也會(huì)造成模具的形狀多樣，模具的尺寸與形狀的多樣都為裝配式建筑增加了負(fù)擔(dān)。

2.3 裝配式模具成本高

建筑由于其各自的特點(diǎn)又需要不同的模具，構(gòu)件生產(chǎn)所需要的模具種類也比較多，再加上并不是每個(gè)建筑場(chǎng)所附近都有相應(yīng)的模具廠，因此模具還需考慮其運(yùn)輸成本。同類的建筑，模具經(jīng)過使用之后都會(huì)或多或少造成模具的變形，變形輕時(shí)可能還可以進(jìn)行校正整修，一旦變形過大，模具只能報(bào)廢重新制作，這也增加了模具的成本。項(xiàng)目結(jié)束之后，幾乎所有的模具都會(huì)產(chǎn)生變形，無法再次使用，生命周期較短也成為裝配式模具成本較高的因素。

3 BIM 技術(shù)在裝配式建筑模具的應(yīng)用

3.1 模具設(shè)計(jì)階段

在圖紙深化階段，圖紙深化的程度與模具生產(chǎn)的尺寸密切相關(guān)，而BIM 技術(shù)在圖紙深化階段，能夠很好地對(duì)圖紙進(jìn)行分割及轉(zhuǎn)化，同時(shí)也能夠以三維形式來進(jìn)行展示，使圖紙深化階段的工作能夠與模具生產(chǎn)廠更好地進(jìn)行溝通交流。在圖紙深化階段利用BIM 技術(shù)，能夠快速將同類的構(gòu)件進(jìn)行分類，在模具設(shè)計(jì)時(shí)能夠?qū)⒐?jié)省模具數(shù)量。在圖紙深化階段，也能夠在滿足規(guī)范要求的情況下，將圖紙進(jìn)行模數(shù)化深化，指導(dǎo)模具設(shè)計(jì)按模數(shù)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。若模具的生產(chǎn)按照模數(shù)化來進(jìn)行生產(chǎn)，很多尺寸的構(gòu)件可以采用少尺寸多組合的方式。這樣模具的設(shè)計(jì)能夠減少模具材料的使用，也能夠增加模具在一個(gè)周期使用的頻率。

3.2 模具制作階段

制作階段，由于構(gòu)件需要考慮鋼筋的定位、鋼筋的直徑及鋼筋的伸長(zhǎng)等因素，可采用BIM 技術(shù)對(duì)模具進(jìn)行參數(shù)化建模，對(duì)各個(gè)部位進(jìn)行精準(zhǔn)定位，同時(shí)還能對(duì)接BIM深化階段的圖紙，在軟件中進(jìn)行虛擬仿真分析?？紤]好充分的因素后，利用BIM 技術(shù)先對(duì)模具進(jìn)行調(diào)整，對(duì)模具進(jìn)行優(yōu)化后，也可以結(jié)合3D 打印技術(shù)進(jìn)行模具的生產(chǎn)，提高模具定位準(zhǔn)確率。采用了BIM 技術(shù)在模具制作階段，以三維立體的圖示展示在制作車間，使車間制作工人的準(zhǔn)確率更高，降低不合格率，縮短新進(jìn)工人培訓(xùn)時(shí)間。

3.3 模具施工階段

現(xiàn)階段，在施工階段采用BIM 技術(shù)收到了良好的效果，能夠很大程度上避免了返工，減少了碰撞。同樣采用模具的目的是生產(chǎn)構(gòu)件進(jìn)行裝配式建筑的施工，構(gòu)件中需要包含預(yù)埋件，鋼筋的連接位置等，這也需要考慮脫模后構(gòu)件施工時(shí)是否會(huì)發(fā)生碰撞。因此在施工階段的信息也與模具的生產(chǎn)制作有密不可分的聯(lián)系，BIM 技術(shù)應(yīng)用于施工階段，能夠精準(zhǔn)檢測(cè)出來碰撞的位置，再經(jīng)過位置的調(diào)節(jié)，繼而得到其調(diào)整后的位置，將其位置反饋到模具的設(shè)計(jì)制作階段，能夠有效避免模具施工時(shí)可能會(huì)造成的一系列影響。模具施工階段也能夠結(jié)合BIM 技術(shù)進(jìn)行碰撞檢查，初步對(duì)模具進(jìn)行優(yōu)化。

4 裝配式建筑模具生產(chǎn)建議

4.1 模具材料

建筑采用的都是比較大而且重的構(gòu)件，模具也需要考慮其變形等因素，模具往往采用了較重的材料，成本高，而且施工拆模困難。在后續(xù)的探究中，模具的材料也是制約裝配式建筑發(fā)展的一個(gè)因素，需要探索新型輕質(zhì)材料，保證其變形小的同時(shí)，能夠耐腐蝕、周轉(zhuǎn)次數(shù)多。

4.2 通用性標(biāo)準(zhǔn)

建筑構(gòu)件是主體，模具是構(gòu)件質(zhì)量與施工的制約因素。現(xiàn)階段的企業(yè)模具標(biāo)準(zhǔn)存在差別，模具的設(shè)計(jì)更是千差萬別，在裝配式建筑中，已經(jīng)引入了BIM 技術(shù)于設(shè)計(jì)與施工中，在進(jìn)行圖紙深化設(shè)計(jì)與施工檢查時(shí)，更應(yīng)注重信息對(duì)模具生產(chǎn)的反饋。在模具的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中，也可引入BIM 技術(shù)對(duì)模具進(jìn)行設(shè)計(jì)與檢查，對(duì)接圖紙深化信息、施工反饋信息，對(duì)模具生產(chǎn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的生產(chǎn)。

4.3 智能化應(yīng)用

裝配式建筑的產(chǎn)生實(shí)則是實(shí)現(xiàn)構(gòu)件工廠化生產(chǎn)的過程。構(gòu)件的質(zhì)量是重中之重，針對(duì)模具的生產(chǎn)，需要解決模具的質(zhì)量，同時(shí)也需要解決模具智能化生產(chǎn)的問題，對(duì)模具生產(chǎn)出的構(gòu)件質(zhì)量采用智能化技術(shù)進(jìn)行追蹤。

5 結(jié)語

裝配式建筑是未來建筑業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，裝配式模具作為不可或缺的一部分，不僅要基于建筑模具存在的問題提出建筑裝配式模具結(jié)合BIM 技術(shù)的建議，還需要模具在設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造的過程中繼續(xù)進(jìn)行探索。