基于BIM技術(shù)的裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

胡再猛

隨著建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)不斷進(jìn)步，基于數(shù)字化應(yīng)用的建設(shè)體系備受關(guān)注，將其應(yīng)用在裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，能夠有效提高工程項(xiàng)目的節(jié)能水平和效率，創(chuàng)建信息模型的同時，保證施工作業(yè)、運(yùn)維管理等工作有序開展，促進(jìn)裝配式施工項(xiàng)目的發(fā)展。

1 基于BIM 技術(shù)的裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)勢

BIM 技術(shù)應(yīng)用在裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有一定的技術(shù)優(yōu)勢，能夠更好地提高整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，維持綜合化管理的基本效率，在提升設(shè)計(jì)質(zhì)量、建立預(yù)判機(jī)制的同時，最大程度優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容的容錯率，為設(shè)計(jì)人員提供方便，滿足綜合化管理的整體需求。

第一，應(yīng)用BIM 技術(shù)能更好地提高工程設(shè)計(jì)優(yōu)化質(zhì)量。配合BIM 技術(shù)的數(shù)字化處理環(huán)節(jié)，能夠形成線條和空間的多維形態(tài)，從而更加直觀地完成設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)；應(yīng)用可視化處理模式，能夠優(yōu)化和管理初步設(shè)計(jì)方案，更好地建立多方互動參與的控制模式，提高結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算和信息分析的時效性[1]。

第二，應(yīng)用BIM 技術(shù)能建立精準(zhǔn)的判定機(jī)制。配合BIM 技術(shù)模擬性特征開展相應(yīng)工作，使用4D 或者5D 技術(shù)能夠模擬裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)的基本功能，包括節(jié)能模擬、緊急疏散模擬以及導(dǎo)熱模擬等，更好地設(shè)定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要素，建立精準(zhǔn)的判定機(jī)制，從而提高工程項(xiàng)目的管理水平。

第三，應(yīng)用BIM 技術(shù)能優(yōu)化裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。借助BIM 技術(shù)的預(yù)設(shè)功能，能夠不斷優(yōu)化相應(yīng)的初步設(shè)計(jì)內(nèi)容，結(jié)合設(shè)計(jì)條件、功能需求以及主客觀因素等內(nèi)容進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，更好地維持設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的管理水平，并強(qiáng)化成果的評價效果，最大程度滿足建筑工程項(xiàng)目的建設(shè)需求，為裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量優(yōu)化奠定基礎(chǔ)[2]。

2 基于BIM 技術(shù)的裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作要明確建筑類型、構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)等基礎(chǔ)要求，并結(jié)合設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)落實(shí)完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，從施工的角度提高過程控制性，以便于維持整體設(shè)計(jì)水平，最大程度提高建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用效果。將BIM 技術(shù)應(yīng)用在裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)施工作業(yè)中，要充分發(fā)揮BIM 技術(shù)的作用，整合相應(yīng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和應(yīng)用方案，維持協(xié)同控制的合理性，從而更好地優(yōu)化結(jié)構(gòu)應(yīng)用質(zhì)量。

2.1 具體應(yīng)用內(nèi)容

為了更好地發(fā)揮BIM 技術(shù)的優(yōu)勢，應(yīng)結(jié)合裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本規(guī)范，落實(shí)可控化技術(shù)處理工作，最大程度確保設(shè)計(jì)內(nèi)容滿足工程項(xiàng)目實(shí)際需求。從初步設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)入手，逐步推進(jìn)相關(guān)內(nèi)容，完成預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、施工作業(yè)以及后期運(yùn)營等一系列工作，打造全過程設(shè)計(jì)體系，維持綜合應(yīng)用管理工作的基本效果，實(shí)現(xiàn)多元管理共同進(jìn)步的目標(biāo)。

2.1.1 初步設(shè)計(jì)

相較于傳統(tǒng)建筑工程項(xiàng)目，裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對預(yù)制構(gòu)件預(yù)埋和預(yù)留工作有更高的要求。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，要結(jié)合其應(yīng)用需求，落實(shí)更加科學(xué)且合理的技術(shù)方案，從而確保應(yīng)用質(zhì)量滿足預(yù)期。在預(yù)制和預(yù)留過程中，要想維持其質(zhì)量效果，就需要設(shè)計(jì)人員團(tuán)結(jié)協(xié)作，形成良性的溝通，及時落實(shí)相關(guān)要求，從而維持相應(yīng)預(yù)制結(jié)構(gòu)件的精準(zhǔn)性和規(guī)范性。在應(yīng)用BIM技術(shù)時，要結(jié)合其應(yīng)用管理要求構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)劃平臺，以確保設(shè)計(jì)人員能及時溝通并匯總相關(guān)信息，建立更加高效的聯(lián)動協(xié)作模式，維持規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的同步性和適配性[3]。

設(shè)計(jì)人員要借助BIM 技術(shù)和云計(jì)算將模型的信息直接匯總在設(shè)計(jì)平臺中，配合碰撞測試與自動糾錯模塊，分析各個設(shè)計(jì)單元和學(xué)科之間的沖突，充分了解裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在的問題，并結(jié)合相應(yīng)的數(shù)據(jù)評估內(nèi)容落實(shí)有效的決策。另外，基于BIM 技術(shù)的聯(lián)合分析模式還能實(shí)現(xiàn)信息參數(shù)的同步共享，大大提高了數(shù)據(jù)處理的效率，確保設(shè)計(jì)方案調(diào)控工作順利展開，更好地維持應(yīng)用水平，為后續(xù)裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)升級提供保障[4]。

2.1.2 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)

裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)中要完成階段性預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)工作，而其生產(chǎn)質(zhì)量直接影響結(jié)構(gòu)的應(yīng)用效能。因此，相關(guān)部門要給予充分重視，全面發(fā)揮BIM技術(shù)的作用，構(gòu)建更加科學(xué)的管理模式，維持良好的生產(chǎn)水平。

首先，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)流程要涵蓋建造環(huán)節(jié)和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，確保相應(yīng)的設(shè)計(jì)模式和設(shè)計(jì)規(guī)范都能落實(shí)到位，更好地提高構(gòu)件生產(chǎn)信息的合理性和規(guī)范性。在實(shí)際應(yīng)用過程中，建筑工程項(xiàng)目制造商要借助BIM 模型完成詳細(xì)尺寸信息的匯總，結(jié)合相應(yīng)信息完成制造規(guī)劃工作，并按照規(guī)劃內(nèi)容落實(shí)制作流程。需要注意的是，制造過程的狀態(tài)信息也會同步到施工單位，通過配合射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）芯 片就能完成設(shè)計(jì)處理，及時進(jìn)行存儲尺寸、材料類型以及安裝位置信息的管理工作，保證了施工控制的科學(xué)性和便捷性。

其次，BIM 技術(shù)還能有效維持測試過程和生產(chǎn)過程的優(yōu)化水平，在裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計(jì)結(jié)束之后，規(guī)劃部門需要與制造廠商進(jìn)行BIM 模型預(yù)制構(gòu)件的信息共享，便于迅速開展生產(chǎn)活動，不僅能提高工程項(xiàng)目的實(shí)際效率，還能減少資源損耗和成本浪費(fèi)。例如，在信息處理環(huán)節(jié)，要借助條形碼進(jìn)行標(biāo)注，從而確保數(shù)據(jù)信息和零部件成品系統(tǒng)的對接結(jié)果滿足要求，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。

最后，BIM 技術(shù)還支持對預(yù)制構(gòu)件的實(shí)時性跟蹤。配合使用RFID 技術(shù)，對相關(guān)預(yù)制構(gòu)件二維碼進(jìn)行匯總，就能及時了解相應(yīng)構(gòu)件的應(yīng)用狀態(tài)，有效建立統(tǒng)一化管理的控制模式。同時，工作人員能展開階段性的檢查和工序校對，最大程度保證工作內(nèi)容的規(guī)范性。

2.1.3 施工作業(yè)

對于裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)施工環(huán)節(jié)而言，BIM 技術(shù)的應(yīng)用能大幅提升工作效率。要根據(jù)全過程應(yīng)用原則，確保監(jiān)管各個環(huán)節(jié)，維持各環(huán)節(jié)應(yīng)用效能的同時，保證結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量滿足預(yù)期。

第一，庫存管理。借助BIM 技術(shù)和RFID 技術(shù)能夠有效落實(shí)預(yù)制件的檢驗(yàn)分析工作，及時進(jìn)行電子化評估和自動檢驗(yàn)處理，有效開展質(zhì)量校對管理工作，避免不合格的預(yù)制構(gòu)件對裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)施工作業(yè)產(chǎn)生影響，從而維持整體施工管控工作的規(guī)范性。同時，工作人員能隨時查詢預(yù)制構(gòu)件的參數(shù)信息，并選取最優(yōu)的安裝處理模式，維持整體施工管控工作的質(zhì)量水平[5]。

第二，現(xiàn)場管理。主要借助BIM 技術(shù)進(jìn)行仿真裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)的施工作業(yè)，利用相應(yīng)的功能進(jìn)一步掌握部件裝配過程的技術(shù)要求，并結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)方案和施工規(guī)范監(jiān)管關(guān)鍵部位的裝配過程，借助定向訓(xùn)練的方式提高工作人員的實(shí)際操作水平，最大程度優(yōu)化裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。

第三，道路規(guī)劃。BIM 技術(shù)還支持工地智能規(guī)劃道路作業(yè)，優(yōu)化運(yùn)輸效能。由于裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)施工作業(yè)中要完成大量的預(yù)制件運(yùn)輸工作，因此需要結(jié)合參數(shù)設(shè)計(jì)分析內(nèi)容更好地規(guī)劃運(yùn)輸路徑，減少資源損耗的同時提高工作效率。

第四，施工工藝。BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了3D 模型向5D 模型的轉(zhuǎn)型升級，建筑單位可結(jié)合模型優(yōu)化施工流程和工藝內(nèi)容，建構(gòu)完善的施工管理模式，高效完成資源消耗建模工作，并制定動態(tài)的施工管理規(guī)范體系。在全面掌控施工內(nèi)容的同時，確保裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)施工的綜合效益滿足預(yù)期。

2.1.4 后期運(yùn)營

第一，BIM 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)綜合化設(shè)備管理。配合BIM 綜合數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以及應(yīng)急管理功能，可以對現(xiàn)場的異常情況做出預(yù)警，及時落實(shí)相應(yīng)的管控措施，確保設(shè)備維護(hù)管理工作滿足要求。例如，BIM 模型中能實(shí)時檢索組件設(shè)備信息，并及時關(guān)聯(lián)相應(yīng)組件的制造商，一旦出現(xiàn)組件應(yīng)用異常，就能及時聯(lián)系廠家進(jìn)行維護(hù)或者更換[6]。

第二，BIM 技術(shù)支持信息化監(jiān)管和運(yùn)維控制。配合RFID 技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)成品保護(hù)處理，還能及時檢索相應(yīng)組件的位置，更好地開展精細(xì)化數(shù)據(jù)對比和運(yùn)維管理，確保裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量符合要求。另外，RFID 技術(shù)還支持生產(chǎn)商信息、運(yùn)輸信息以及安裝人員信息等基礎(chǔ)內(nèi)容的查詢，一旦出現(xiàn)問題，利用責(zé)任落實(shí)到個人的機(jī)制就能優(yōu)化管控。

2.2 案例分析

本文以SY 南科大廈項(xiàng)目為例，工程項(xiàng)目共有24 層，地下1 層，地上23 層。其中，地下1 層到地上3 層為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，地上3 ～23 層為預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，建筑工程項(xiàng)目主要為辦公大樓。由于工程項(xiàng)目構(gòu)件類型復(fù)雜，因此施工部門決定使用BIM 技術(shù)完成項(xiàng)目處理工作。

第一，完成BIM 建模。應(yīng)用Revit和Tekla 軟件開展相關(guān)工作，前者進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模，后者則主要應(yīng)用在裝配式結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)方面[7]。

第二，碰撞檢測。由于本工程項(xiàng)目較為復(fù)雜，施工部門借助BIM 技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)化的碰撞測試分析，充分提升了設(shè)計(jì)內(nèi)容和施工內(nèi)容的精細(xì)化水平，減少了施工中構(gòu)件對接不到位或節(jié)點(diǎn)碰撞造成的影響。根據(jù)碰撞結(jié)果能夠落實(shí)更加可控且完整的追溯過程，確保設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)效果最大程度滿足工程項(xiàng)目的實(shí)際需求，為提高工程項(xiàng)目綜合質(zhì)量提供支持。

綜上所述，結(jié)合BIM 技術(shù)完成施工項(xiàng)目作業(yè)，在提升作業(yè)水平的同時，節(jié)省了施工項(xiàng)目資源，為一系列設(shè)計(jì)效果的優(yōu)化創(chuàng)設(shè)了良好的技術(shù)支持，滿足裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)施工規(guī)范，整體效果較好[8]。

3 基于BIM 技術(shù)的裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化建議

在應(yīng)用BIM 技術(shù)的過程中，要充分關(guān)注技術(shù)要點(diǎn)，結(jié)合裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)施工方案開展綜合優(yōu)化處理工作，提高協(xié)同管理的實(shí)效性，從而充分滿足建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量需求，提高建筑的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

3.1 強(qiáng)化優(yōu)勢互補(bǔ)

在裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管理環(huán)節(jié)中，要充分發(fā)揮BIM 技術(shù)的作用，有效實(shí)現(xiàn)信息集成化管理，不僅要明確應(yīng)用范圍，還要全面評估項(xiàng)目管理工作，在設(shè)計(jì)和規(guī)劃操作并行的基礎(chǔ)上，發(fā)揮BIM 技術(shù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和完善溝通處理等方面的作用，更好地實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程和BIM 技術(shù)處理流程的優(yōu)勢互補(bǔ)。同時，要建立實(shí)時性綜合管理控制模式，保證規(guī)劃設(shè)計(jì)工作能夠滿足整體性要求，將裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案作為整體，配合BIM 技術(shù)進(jìn)行各個部門的協(xié)同管理，從而及時匯總反饋信息和溝通內(nèi)容，提高數(shù)據(jù)共享的實(shí)效性價值，優(yōu)化設(shè)計(jì)水平。

3.2 基于問題導(dǎo)向

雖然BIM 技術(shù)具有非常突出的應(yīng)用優(yōu)勢，但是在裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)施工管理工作中，還要充分關(guān)注技術(shù)的配合模式，建立基于問題導(dǎo)向的作業(yè)機(jī)制，保證規(guī)劃和設(shè)計(jì)工作都能更加有序。一方面，要對關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量管理，將質(zhì)量控制作為基礎(chǔ)問題，配合BIM 技術(shù)進(jìn)行實(shí)時性質(zhì)量分析和數(shù)據(jù)匯總，針對可能存在的問題給出預(yù)警。例如，鋼筋搭接出現(xiàn)問題，BIM 技術(shù)的可視化功能可以有效完成節(jié)點(diǎn)質(zhì)量評估，從而輔助操作人員及時進(jìn)行調(diào)整[9]。另一方面，應(yīng)用BIM 技術(shù)就是要打造靈活的裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)作業(yè)環(huán)境，結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際需求、特點(diǎn)以及作業(yè)規(guī)律等多元因素，發(fā)揮BIM 技術(shù)的優(yōu)勢，有效糾正施工中存在的問題，從而深化設(shè)計(jì)方案，為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)施工作業(yè)安全合理推進(jìn)提供保障。

3.3 優(yōu)化人員素質(zhì)

為了更好地推廣BIM 技術(shù)，要積極組織施工作業(yè)人員、設(shè)計(jì)人員以及項(xiàng)目管理人員等進(jìn)行相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)。多數(shù)設(shè)計(jì)人員已經(jīng)對BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)較為熟悉，而部分現(xiàn)場施工人員，由于受到教育程度、工作經(jīng)驗(yàn)等多方面因素的影響，對BIM 技術(shù)內(nèi)容的了解程度還不足。這就需要施工部門在開展裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)作業(yè)時，著重完成施工規(guī)范指導(dǎo)，確保作業(yè)人員能夠嚴(yán)格按照BIM 技術(shù)規(guī)范要求落實(shí)作業(yè)內(nèi)容[10]。

4 結(jié)語

在裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)施工作業(yè)中，應(yīng)用BIM 技術(shù)具有重要的實(shí)踐意義，能在提升作業(yè)質(zhì)量水平的同時構(gòu)建更加科學(xué)的作業(yè)模式，優(yōu)化整體效率。將BIM技術(shù)應(yīng)用在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、后期運(yùn)維以及施工作業(yè)中，構(gòu)建可控化、全過程施工作業(yè)管理體系，能夠滿足節(jié)能環(huán)保的工程項(xiàng)目要求，為裝配式混凝土建筑可持續(xù)健康發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。