基于BIM技術(shù)進行ALC外墻深化設(shè)計的應(yīng)用探究與實踐

李偉，沈萬玉，王從章，劉夢，劉嗣逸 （安徽富煌鋼構(gòu)股份有限公司，安徽 合肥 230786）

1 應(yīng)用背景

裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系化發(fā)展趨勢明顯，相關(guān)的科研院所及頭部企業(yè)在國家關(guān)于更好更快地發(fā)展裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的政策引導(dǎo)作用下，投入了不少的研發(fā)力量，安徽富煌鋼構(gòu)股份有限公司作為鋼結(jié)構(gòu)全產(chǎn)業(yè)鏈的相關(guān)企業(yè)，近年來也大力促進裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系化發(fā)展，體系化發(fā)展講究的是全面，也是系統(tǒng)性的。

以往的項目中，以項目實施為主體，通過鋼結(jié)構(gòu)主體為主軸，貫穿內(nèi)墻、外墻的實施。實施中，外墻的深化設(shè)計均由構(gòu)件廠負責(zé)實施，會與鋼結(jié)構(gòu)主體或其他部分不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致設(shè)計偏差，輕則現(xiàn)場重新調(diào)整，耽誤了建設(shè)時間，重則材料作廢，需重新進行原材料加工，深度與精度都達不到現(xiàn)場可以快速裝配施工的要求，對裝配式鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢形成了不小的削弱。本文的技術(shù)建立在項目實踐中，結(jié)合ALC 外墻的設(shè)計要點及BIM 技術(shù)手段，一方面把以前獨立的業(yè)務(wù)，通過BIM 技術(shù)手段融合起來；另一方面，要想BIM 技術(shù)得到落地發(fā)展，肯定也要進入到業(yè)務(wù)當(dāng)中，因此，在這樣的背景下，本文從具體的工程案例出發(fā)，把體系化的局部放大，詳細闡述在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中使用蒸壓加氣混凝土條板（簡稱ALC）時，如何有效地應(yīng)用BIM 技術(shù)手段進行ALC 的深化設(shè)計，進而再通過BIM技術(shù)下的設(shè)計，實現(xiàn)項目成本減少及效益的提高。

2 應(yīng)用實施

本文依據(jù)BIM 技術(shù)正向設(shè)計流程，通過BIM 中心集成項目實施數(shù)據(jù)，銜接設(shè)計與施工現(xiàn)場，使用Revit 進行ALC外墻深化設(shè)計，應(yīng)用流程如圖1所示。

圖1 BIM技術(shù)進行ALC外墻深化設(shè)計的應(yīng)用流程

2.1 方案編制

BIM 技術(shù)主要的優(yōu)勢是借助于其可視化、模擬性等特征，對工程項目進行“提前量”，基于這些可視化的內(nèi)容、模擬性的成果，進行工程項目設(shè)計問題調(diào)整及工序工藝優(yōu)化，實現(xiàn)這一應(yīng)用目標的前提是進行對應(yīng)的應(yīng)用方案的編制，ALC 外墻的方案主要結(jié)合對應(yīng)的國家標準規(guī)范的要求、施工要點，甚至于產(chǎn)業(yè)化工人的安裝習(xí)慣，將相應(yīng)的要求、數(shù)據(jù)匯總形成ALC 外墻的深化設(shè)計技術(shù)措施，完成方案的編制工作。

2.2 三維設(shè)計

三維設(shè)計即依據(jù)項目整體裝配式技術(shù)的方案，對ALC 墻體進行模型搭建、標記的設(shè)計過程。本項目作為裝配式鋼結(jié)構(gòu)示范項目，設(shè)計階段已經(jīng)進行了三維輔助設(shè)計工作，已經(jīng)形成了可依賴的正向設(shè)計的建筑信息模型，基于這一前置要素，針對ALC 外墻孤立的建立是一條設(shè)計效率不高的路徑，在本項目實施過程中，由方案階段形成的整體技術(shù)要點對墻體類型進行標記劃分，一旦明確所采用的外墻技術(shù)，會快速形成模型應(yīng)用流程，增加ALC 外墻的模型發(fā)布對象，ALC 外墻深化設(shè)計人員接收到發(fā)布的專業(yè)模型時，應(yīng)先行進行校核，以確定其滿足進行ALC外墻深化設(shè)計的條件。

2.3 模型綁定

數(shù)據(jù)綁定即依托于已經(jīng)形成的建筑模型鏈接，并綁定到ALC 專項模型的操作。ALC 外墻深化設(shè)計人員在對建筑模型定向發(fā)布后，進行接收并予以核檢，方可開展數(shù)據(jù)綁定作業(yè)，根據(jù)項目級BIM技術(shù)應(yīng)用方案，實施外墻數(shù)據(jù)綁定，建議在數(shù)據(jù)綁定之前，應(yīng)建立項目級別的模型應(yīng)用標準與方案，以利于標準化的作業(yè)需求，這是應(yīng)用BIM 技術(shù)的重中之重，否則，非但無法發(fā)揮BIM 技術(shù)的優(yōu)勢，反而耗時間、耗精力。項目級的應(yīng)用方案包括項目樣板、標準化族庫、共享參數(shù)文件等。

2.4 數(shù)據(jù)標識

為達到統(tǒng)計工程量、出具明細表、計算拆分方案損耗率的應(yīng)用目標，需要在已經(jīng)形成的ALC 專項模型進行的特征參數(shù)輸入進行標記的操作，這就是ALC深化設(shè)計的數(shù)據(jù)標識工作。ALC 外墻深化設(shè)計人員在對ALC 專項模型綁定形成之后，應(yīng)首先對參數(shù)進行檢查，如缺少應(yīng)按照方案的要求進行相應(yīng)參數(shù)的添加，本項目添加的參數(shù)是在拆分過程中根據(jù)各單位的應(yīng)用需要進行添加，包括用于區(qū)分墻體排布方式的“型式”、用于輔助計算損耗率的“墻體高度”“損耗量”等參數(shù)，根據(jù)項目應(yīng)用目標，應(yīng)建立項目級別的模型應(yīng)用標準與方案，以利于實現(xiàn)批量化、格式化的數(shù)據(jù)編輯與輸入。當(dāng)前的BIM 技術(shù)在應(yīng)用效率上確實有很多需要強化的地方，模型的交互、數(shù)據(jù)的批量讀寫、基于數(shù)據(jù)的快速分析都是當(dāng)前BIM 平臺軟件比較欠缺的，這也是BIM 技術(shù)應(yīng)用難以落地的癥結(jié)所在，隨著行業(yè)越來越多的應(yīng)用需求與市場推動，相關(guān)交互、效率與數(shù)據(jù)應(yīng)用的問題會逐步得到解決。

2.5 專項模型重構(gòu)

ALC 外墻深化設(shè)計專項模型應(yīng)獨立為一個專項模型，對該模型的重構(gòu)主要包括切槽、轉(zhuǎn)孔、放置連接件等。進行ALC 外墻模型的重構(gòu)，這里有幾個要點需要注意，首先應(yīng)當(dāng)明確外墻的具體做法，當(dāng)前裝配式建筑技術(shù)處于一個發(fā)展階段，新的體系層出不窮，同時規(guī)范、圖集對有些作法并沒有明確表示，因此專項模型重構(gòu)時，務(wù)必應(yīng)在已經(jīng)固化并形成的方案基礎(chǔ)上，將做法落實到專項模型當(dāng)中，本項目所采用的ALC 做法如圖2所示。

圖2 ALC外墻做法模型示意圖

明確了具體的連接做法，應(yīng)根據(jù)方案的表述執(zhí)行，否則，重構(gòu)的模型就很難做到統(tǒng)一，在應(yīng)用效果上也會事倍功半。同時，還應(yīng)當(dāng)注意有鋼柱的位置應(yīng)預(yù)留縫隙，該縫隙大小也應(yīng)與鋼柱防火、防腐等做法相一致，同時結(jié)合ALC 外墻的安裝空間，要求進行墻體的裁切與預(yù)留。最后，在門窗洞口處做法明確的基礎(chǔ)上，應(yīng)注意協(xié)調(diào)設(shè)計，對局部門窗洞口的位置與尺寸進行整體優(yōu)化，在滿足設(shè)計的基礎(chǔ)上實現(xiàn)更多的整板。應(yīng)當(dāng)注意重構(gòu)的ALC 專項模型還應(yīng)與主體模型保持聯(lián)動，即與建筑模型實現(xiàn)聯(lián)動，與結(jié)構(gòu)模型、機電模型、鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計模型實現(xiàn)協(xié)同，后期的方案變更、碰撞檢查都要基于此。同時，這也是一個保持模型動態(tài)與數(shù)據(jù)繼承性的工作機制。

2.6 全專業(yè)碰撞檢測

ALC 外墻專項模型重構(gòu)完畢后，應(yīng)及時進行全專業(yè)的模型碰撞檢測，基于鏈接的結(jié)構(gòu)模型、機電模型進行深化設(shè)計，完成對應(yīng)的ALC 深化設(shè)計模型，預(yù)期是無碰撞進行全專業(yè)的碰撞檢測，查看是否有遺漏的設(shè)計墻體。同時，在ALC 外墻深化設(shè)計過程中，項目可能會發(fā)生一些變更，模型也會得到更新，包括鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計的模型可以作為參照模型一并進行檢測，設(shè)計人員可以使用Revit 完成一個快捷的碰撞校核，對應(yīng)的審核人員應(yīng)當(dāng)使用Navisworks 完成更加豐富靈活的檢測，出現(xiàn)碰撞問題應(yīng)進行原因核查，涉及多專業(yè)的應(yīng)由各專業(yè)設(shè)計師基于具體問題分析討論，形成解決方案，并經(jīng)過再次碰撞檢測，無誤后進行下一個事項。

2.7 三維拆分設(shè)計

ALC 外墻重構(gòu)的模型經(jīng)全專業(yè)碰撞檢測無誤后，進行ALC 墻體的拆分作業(yè)，依據(jù)方案中預(yù)先確立的拆分原則進行墻體拆分，既要滿足國家相應(yīng)的規(guī)范要求，又要最大化地利用整板、節(jié)省材料、降低損耗率。拆分時遵循先切后割、先豎后橫的順序，優(yōu)先把墻體上下的切口進行切除，然后附加連接角鐵，之后再進行墻體的拆分設(shè)計，拆分墻體時，門窗洞口等處受力較弱且使用頻率高，應(yīng)保證門窗洞口處為整板的原則，借助于BIM 技術(shù)三維可視與多窗口聯(lián)動的設(shè)計優(yōu)勢，可以直觀快速地完成ALC 墻體的定距離、定尺寸的拆分，拆分模型如圖3所示。

圖3 重構(gòu)模型到三維拆分模型

2.8 全專業(yè)碰撞檢測

三維拆分設(shè)計完畢后，完成了ALC墻體由整墻輪廓到單個構(gòu)件的轉(zhuǎn)變。首先，作為后續(xù)出圖工作的基礎(chǔ)模型，應(yīng)確保其正確性；其次，防止在拆分過程中的模型更新，應(yīng)進行全專業(yè)二次碰撞檢測，以系統(tǒng)性地消除拆分模型中的碰撞問題以及遺漏拆分的問題，核檢無誤后，即可進行出圖流程。

2.9 施工與安裝圖紙出具

由構(gòu)件廠出具的圖紙一般較為粗糙，同時，圖紙與現(xiàn)場實際應(yīng)用情況有差異，又無法動態(tài)跟蹤項目的變更情況，對下料、現(xiàn)場切割與安裝均造成了工期成本與技術(shù)障礙；本項目圖紙出具過程中，不僅與構(gòu)件廠進行了溝通，以更好地滿足生產(chǎn)的需要。同時，也和一線的產(chǎn)業(yè)化安裝工人進行溝通，以更便利地滿足現(xiàn)場安裝的需要。因此，在三維拆分模型的基礎(chǔ)上，發(fā)揮BIM 技術(shù)的可出圖性特征，有足夠的優(yōu)勢進行需求成果的契合，為滿足生產(chǎn)與安裝需求，進行平面布置圖、立面布置圖、軸側(cè)安裝圖的出具（如圖4 所示），借助于Revit 軟件豐富的視圖設(shè)置與參數(shù)化，進行構(gòu)件明細表創(chuàng)建，包含各型號條板的數(shù)量、方量。在軸側(cè)安裝圖中，進行整板區(qū)分，產(chǎn)業(yè)化工人在安裝ALC 外墻時，可以較大地提高安裝的效率。

圖4 基于Revit三維設(shè)計模型進行平面布置圖、立面布置圖、軸側(cè)安裝圖與明細表出具

3 應(yīng)用總結(jié)

為保證ALC 板材的性能與工序要求，本項目依托BIM 技術(shù)，構(gòu)建了三維設(shè)計、數(shù)據(jù)綁定、專業(yè)模型重構(gòu)、協(xié)同碰撞檢查、安裝布置圖出具等一整套的應(yīng)用流程，同時結(jié)合對應(yīng)ALC 板材方案進行可視化施工交底，既實現(xiàn)了ALC 板材整體技術(shù)的可行性、先進性，又借助于三維可視化的BIM 模型，讓產(chǎn)業(yè)工人圖文并茂地了解ALC 板材與工序，進而保證技術(shù)交底、安裝得以順利進行。經(jīng)過該項目實踐，也正在開展BIM 技術(shù)應(yīng)用工作的更多業(yè)務(wù)中，將傳統(tǒng)業(yè)務(wù)使用BIM技術(shù)手段完成，不僅僅是對產(chǎn)業(yè)的一次結(jié)合，也是對建筑業(yè)本身一次從局部到整體的數(shù)字化革新，BIM 技術(shù)完善業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)又推動著BIM 技術(shù)向前發(fā)展，隨著BIM 技術(shù)的逐步推行并落地，將會為我國裝配式建筑發(fā)展賦能，完成裝配式建筑的跨越式發(fā)展。