裝配式建筑結構設計中BIM 技術的實踐應用

胡宇

（重慶工貿(mào)職業(yè)技術學院，重慶 408000）

隨著人們生活水平的不斷提高，對建筑物的功能需求也日益提升，使得建筑工程變得更加的復雜，其中裝配式建筑優(yōu)勢較多，節(jié)能環(huán)保、效率快等特點符合現(xiàn)代人類需求，然而在實際生活中，裝配式建筑發(fā)展相對緩慢，拖慢了建筑行業(yè)發(fā)展的步伐。隨著BIM技術的不斷發(fā)展，應用于建筑行業(yè)中的優(yōu)勢更加明顯，于是我國出臺了各種政策大力發(fā)展BIM 技術，BIM 技術將成為我國建筑行業(yè)快速發(fā)展的重要支柱。將BIM技術應用于裝配式建筑結構設計中相得益彰，不僅能夠讓BIM 技術變得更加的成熟，更重要的是通過利用BIM 技術，裝配式建筑結構設計將會變得更加完善，從而加快我國裝配式建筑的發(fā)展。所以，研究BIM 技術在裝配式建筑結構設計中的應用有助于裝配式建筑的發(fā)展。

1 裝配式建筑及BIM 技術原理

1.1 裝配式建筑

裝配式建筑主要是由預制部品部件組合而成，而這些部件有專門的工廠生產(chǎn)，到達現(xiàn)場以后基本成形，只需簡單裝配便能夠使用。根據(jù)預制構件形式以及施工具體方法，裝配式建筑包括砌塊、板材、盒式、骨架板材等類型[1]。其中砌磚建筑采用的是預制塊狀材料完成墻體部分的操作，常用于3-5 層類型的建筑，此形式適用性較廣，工藝簡單方便，造價低；板材建筑采用預制大型內墻板、外墻板、樓板、屋面板，常用于工業(yè)領域，屬于全裝配式建筑，約束性因素較多，主要是由于體積較大，靈活性低；盒式建筑基于板材建筑進行了改進，主要分為全盒式、板材盒式、核心體盒式、骨架盒式，安裝速度快，功能齊全，方便快捷；骨架板材建筑主要采用的是預制骨架、板材，承重體主要由框架結構、板柱結構兩種體系，常運用到多層、高層輕型裝配式建筑中。由于大多數(shù)建筑部件都是在工廠車間完成的，所以施工現(xiàn)場現(xiàn)澆作業(yè)減少，裝修也能夠隨著主體施工一起操作；構件設計、管理更加標準，成本較低，性價比較高；而且符合國家綠色環(huán)保標準。裝配式建筑與傳統(tǒng)住宅主要材料碳排放量對比情況見表1 所示。

表1 碳排放量對比

1.2 BIM 技術原理

BIM 是建筑信息模型的英文簡稱，基于海量信息，給予新產(chǎn)品開發(fā)及管理強在力的支持，借助計算機應用程序對建筑、建筑工程信息模型進行直接解釋，換言之也就是以數(shù)字技術為依據(jù)實現(xiàn)建筑環(huán)境生命周期管理[2]。此技術不僅促進了建筑信息集成化，而且將設計、施工、運行、竣工等整個建筑全過程中涉及的所有信息匯集到一個三維模型信息數(shù)據(jù)庫內，以便于各個主體查看，在協(xié)同工作中實現(xiàn)工作效率提升、資源節(jié)省、成本降低的目的。此技術核心是虛擬建筑工程三維模型的構建，借助數(shù)字化技術，形成系統(tǒng)化信息庫。此信息庫既包含建筑物構件幾何信息、專業(yè)屬性、狀態(tài)信息的描述，同時也涉及空間、運動行為狀態(tài)信息。三維模型的構建推進了建筑工程信息化、集成化，為工程項目各參與主體提供了信息共享平臺。此技術既可以應用于設計環(huán)節(jié)，同時也可應用于工程全壽命周期，其中BIM 應用于設計中采用的是數(shù)字化技術，數(shù)據(jù)庫是動態(tài)變化的，應用時更新速度較快，信息充實且豐富。

2 裝配式建筑結構設計中BIM 技術的實踐應用案例

2.1 案例工程概述

此次研究選擇的案例是住宅樓項目，采用的是裝配式建筑形式，整體結構類型是剪力墻，裝配式環(huán)節(jié)是預制內隔墻。重點針對住宅樓、地下室進行了研究，其中住宅樓為16 層，標準層層高是2.8m，建筑規(guī)劃高是51.76m，建筑消防高是50.25m，耐火等級是2 級，抗震設防烈度是6 度，設計時設置了50 年的使用年限。

2.2 建立建筑、結構BIM 模型

案例工程中建筑以及結構BIM 模式采用的是Revit 2015 構建的，此軟件主要劃分為建筑、結構、機電三大模塊，以此為基礎形成了對這三模塊相對應的BIM模型。此次重點針對項目中住宅樓建筑、結構的BIM模型的構建進行了分析。在具體的建模環(huán)節(jié)包含著諸多細小部分，其中主要流程為軸網(wǎng)與標高的新建；柱的創(chuàng)建；墻體的創(chuàng)建；門窗的創(chuàng)建；樓板及屋頂?shù)膭?chuàng)建。

2.3 新建軸網(wǎng)和標高

在軸網(wǎng)與標高新建過程中主要按照以下步驟操作：一是項目文件的新建，將Revit2015 軟件打開，點擊“建筑樣板”；二是項目樣板單位調整，依次是選擇“管理”-“構建”-“項目單位”，同時要將項目長度單位設置成mm，面積單位是m2，體積單位是m3；三是標高的新建，將項目瀏覽器建筑東立面視圖打開，單擊“建筑”選項卡內的“標高”，標高新建的同時要進行命名。在這里有一點需要注意，標高時要勾選工具欄中的創(chuàng)建平面視圖這一命令，復制、陳列命令新建樓層標高僅是標高符號創(chuàng)建，而非樓層平面視圖，此時要手動創(chuàng)建，借助平面視圖命令，調整未顯示部分，才能將所有項目樓層平面顯示出來；四是軸網(wǎng)的新建，將項目瀏覽器F1 樓層平面雙擊打開，進入“建筑”選項卡，選擇構建面板內的“軸網(wǎng)”按鈕，新建的同時要命名。此環(huán)節(jié)需要注意的是軸網(wǎng)2-A、2-1 交點處是項目基點，這也是后續(xù)建筑、結構BIM 模型連接點；案例項目軸網(wǎng)設計復雜，若采用直接繪制的方法較為繁瑣，易出錯，可借助CAD 將Revit 導入，視為底圖，達到定位及繪制軸網(wǎng)的目的，效率提高。項目CAD 圖導入的時候要和Revit 中的單位保持一致，原點作為導入基點，導入至Revit 軟件以后，借助移動命令設CAD圖軸網(wǎng)2-A、2-1 交點為項目基點。

2.4 繪制柱

具體的操作過程為：在“建筑”選項卡內找到“構建”面板內的“柱”，從下拉菜單內選擇“柱：建筑”命令，通過屬性面板類型選擇器，從中找到最適宜的建筑柱類型，緊接著設置參數(shù)，繪制區(qū)域單擊將建筑柱放好。案例項目中涉及的柱數(shù)量很多，而且定位復雜，所以采用了導入次項目柱CAD 圖，導入時要關注到單位一致問題，柱的CAD 圖是底圖放置柱，并且還要精準定位建筑柱的位置，確保準確率及效率。

2.5 繪制墻體

將F1 樓層平面打開，按照以下步驟依次操作：單擊“構建”面板匯總“墻”命令-“類型”中選擇“基本墻：常規(guī)-200mm”-“編輯類型”-“類型屬性”單擊“復制”，將墻體名稱輸入-單擊“編輯”，將墻體編輯器打開-墻體材料、厚度設置-墻體“保溫層”“面層”材料、厚度設置-繪制墻體。需要注意的是，新建墻體內外表面朝向，平面視圖模式下點擊已繪制好的墻體時會有雙箭頭出現(xiàn)，此時顯示的是墻外表面，繪制墻時墻外表面朝外，點擊雙箭頭便可以完成墻體外表面朝向操作。

2.6 繪制門窗

結合項目在門窗方面的要求，借助模型完成門窗繪制，在Revit 軟件中有些門窗類型可直接載入。也有些特殊門窗類型需要借助創(chuàng)建族的形式繪制，進而導入至項目合適位置[3]。門創(chuàng)建流程如下：F1 樓層平面打開-“建筑”-“構建”面板“門”按鈕-“屬性”面板下選擇門類型、底高、門尺寸、材料等-精確定位門位置。窗創(chuàng)建流程如下：F1 樓層平面打開-“建筑”-“構建”面板“窗”按鈕-“屬性”面板下選擇窗類型、底高、窗尺寸、材料等-精確定位門位置。重點是制作門窗族可借助新建門窗族，通過“基于墻公制常規(guī)模型”族模板，結合圖紙門窗設計方案完成門窗族繪制，繪制好門窗后導入項目合適位置。繪制前也可導改含有門窗建筑的CAD 圖中，單位、參照點是關鍵，結合CAD 圖門窗位置完成門窗模型放置，精確定位。

2.7 繪制樓板、屋頂

此案例在樓板繪制時具體的操作流程如下：F1 樓層平面打開-選擇“建筑”-“構建”面板下單擊“樓板”-類型選擇器內選擇“常規(guī)-150mm”-“編輯類型”-“類型屬性”中單擊“復制”，將相應樓板名稱輸入-“編輯”內輸入樓板材料、厚度-襯底與面層插入后，設置材料及厚度-樓板邊線繪制-樓板繪制完成。重點是樓板標高偏移植在設置時要全面考慮，確保精準性。屋頂繪制具體操作如下：屋面屋平面打開-選擇“建筑”-“構建”面板下單擊“屋頂”-類型選擇器內選擇“常規(guī)-150mm”-“編輯類型”-“類型屬性”中單擊“復制”，將相應屋頂名稱輸入-“編輯”內輸入屋頂材料、厚度-屋頂輪廓繪制-若有些部分難以實現(xiàn)正常連接，可采用“修剪”工具-屋頂繪制完成。

結構BIM 模型構建流程和建筑BIM 模型構建比較相似，具體是：新建軸網(wǎng)與標高、柱、梁、墻體、樓板、屋頂?shù)膭?chuàng)建。住宅樓建筑、結構BIM 模型具體見圖1所示。

圖1 BIM 建筑及結構模型

3 裝配式建筑結構中BIM 技術應用前景

隨著現(xiàn)代信息技術的快速發(fā)展，建筑行業(yè)逐漸加快了智能化發(fā)展步伐，特別是在綠色可持續(xù)發(fā)展理念提出以后，國家加大了對綠色建筑支持的力度，政策的傾斜也在很大程度上推進了裝配式建筑結構的優(yōu)化。國家住建部在2014 年推出扶持BIM 技術發(fā)展的政策以后，內容更加詳細、可行性增強，《建筑信息模型施工應用標準》的出臺，給予了裝配式建筑發(fā)展權威性的依據(jù)，也在很大程度上為BIM 技術應用領域的拓展、專業(yè)化發(fā)展提供了保障。BIM 在裝配式建筑中應用的價值日益突出，中建、中鐵等很多大型建筑公司已在項目全周期中引入BIM 技術，構建了專業(yè)的BIM 團隊，這也充分表明了裝配式建筑結構中BIM 技術應用前景是非常不錯的，逐漸向著全方位、市場細分、個性化開發(fā)、多軟件協(xié)調多層面發(fā)展。越來越多的建筑參與主體會將BIM 技術應用于設計、施工、造價、監(jiān)理等方面，既為項目前期方案制定、招投標、設計提供信息化平臺，同時也會涵蓋施工、竣工、運維等各個階段，涉及的建筑領域也會越來越廣，例如民用、工業(yè)以及公共等建筑。除此之外，在未來市場中會結合不同BIM 技術需求、功能進行專業(yè)化細分，BIM 技術應用逐漸向著秩序化、專業(yè)化發(fā)展，用戶可根據(jù)需求快速且準確的選擇模塊。在個性化開發(fā)層面會以建筑工程需求，針對性解決問題，進而開發(fā)創(chuàng)新型BIM 軟件、產(chǎn)品、應用平臺等。BIM 技術在裝配式建筑結構應用中會將多種軟件結合在一起，協(xié)調共用，各軟件發(fā)揮優(yōu)勢，促進信息互融互通，高效率工作。在我國建筑行業(yè)，BIM 技術發(fā)展空間較大，在不久的將來，BIM技術會逐漸轉向普及化、多元化、個性化，而且這些特點也會越來越明顯。

綜上所述，裝配式建筑以其特有的環(huán)保節(jié)能優(yōu)勢得到了廣泛應用，不僅改變了原有設計環(huán)節(jié)準確率低、信息傳遞不暢等現(xiàn)狀，而且也在很大程度上推動了我國建筑行業(yè)逐漸向著信息化、智能化方向發(fā)展。裝配式建筑是當前建筑領域比較受歡迎的形式，主要是由于其節(jié)能環(huán)保，施工效率及安全性較高，操作簡單，將BIM 技術應用到裝配式建筑結構設計中，繪制門窗、樓梯、屋頂、柱、墻體，直觀且立體展示各個設計環(huán)節(jié)的重點、難點，形成一個系統(tǒng)化的模塊，能夠為后續(xù)施工提供重要的數(shù)據(jù)參考，保證整個施工過程有序且順利地進行。