BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

摘 要：在國家經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展之下，我國城市化建筑越來越多，規(guī)模也越來越大。隨著城市化人口數(shù)量的增多，在建筑企業(yè)加快建設(shè)的步伐的同時，建筑工程項目的質(zhì)量也面臨更高的要求，這就促使了裝配式建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展。自2015年以來，裝配式建筑結(jié)構(gòu)逐步地應(yīng)用到大量的建筑工程項目之中，為我國工程建設(shè)的發(fā)展做出了卓越的發(fā)展。為了進(jìn)一步地提升裝配式建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與施工進(jìn)度，建筑企業(yè)采用了一些先進(jìn)的施工技術(shù)，例如，BIM技術(shù)。該技術(shù)的出現(xiàn)，以其獨特的功能，極大地優(yōu)化了我國裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程，在展現(xiàn)數(shù)字化模型的同時，也克服了一些施工中的問題。在本文中，闡述了BIM技術(shù)和裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點，在分析其引入價值的同時，研究了該技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；建筑工程；結(jié)構(gòu)設(shè)計；應(yīng)用研究文章編號：2095-4085（2024）06-0124-03

0 引言

當(dāng)前，在經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展以及城市化進(jìn)程的帶動之下，我國建筑行業(yè)迎來了巨大的發(fā)展，各個區(qū)域涌現(xiàn)出了大量的建筑工程項目，其數(shù)量以及規(guī)模逐漸增大。隨著人民對建筑結(jié)構(gòu)需求的增大，建筑企業(yè)必須在施工質(zhì)量以及施工進(jìn)度方面加大力度，這促使了裝配式建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。作為我國建筑工程中的一種，裝配式建筑結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)與應(yīng)用為我國建筑企業(yè)的發(fā)展以及工程項目的建設(shè)發(fā)揮了重要的作用。然而，隨著裝配式建筑工程項目的應(yīng)用，不可避免地遇到了一些問題，尤其是在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面。BIM技術(shù)的出現(xiàn)，為我國裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計帶來了春天，極大地改善了其設(shè)計流程，在優(yōu)化設(shè)計方案的同時，再現(xiàn)了裝配式建筑結(jié)構(gòu)，形象地展現(xiàn)了建筑企業(yè)的設(shè)計理念以及設(shè)計方案［1］。

1 裝配式建筑的簡要論述

在當(dāng)前建筑工程項目中，一種名為裝配式建筑的結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。對于裝配式建筑結(jié)構(gòu)來說，主要指的是預(yù)先通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計對建筑物中的構(gòu)件進(jìn)行裝配，再將這些預(yù)制建筑進(jìn)行現(xiàn)場裝配。這種裝配式建筑結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)澆筑結(jié)構(gòu)對比，具有眾多優(yōu)點，例如，快速施工、節(jié)能、環(huán)保等。但是，也存在著一些缺點，例如，設(shè)計難度大、整體性差等。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用的重要價值

2.1 在最大程度上改善施工管理的現(xiàn)狀

對于傳統(tǒng)的裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工項目來說，技術(shù)人員需要在預(yù)制過程中進(jìn)行實時地監(jiān)督與管理。同時，與其他建筑物工程相似，傳統(tǒng)裝配式建筑結(jié)構(gòu)的施工項目容易受到技術(shù)人員的專業(yè)水平、觀察能力等因素的影響，從而使得整個施工過程的成本不易控制。另外，裝配式建筑工程的施工質(zhì)量極度依賴于設(shè)計的精確度，采用傳統(tǒng)的方法，難以有效地保障客戶需求的精確度，給現(xiàn)場施工帶來了一些難度。在引入BIM技術(shù)之后，技術(shù)人員能夠?qū)嶋H施工現(xiàn)場的一些數(shù)據(jù)信息直接輸入到相應(yīng)系統(tǒng)之中，生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)，對裝配式建筑工程每個環(huán)節(jié)中所需的物料以及人員成本等進(jìn)行精確地計算，以便于確定合適的施工成本。同時，基于BIM技術(shù)，建筑企業(yè)的技術(shù)人員能夠依據(jù)施工現(xiàn)場的條件對裝配式建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分地、詳盡地設(shè)計。當(dāng)按照科學(xué)理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計之后，BIM系統(tǒng)能夠?qū)Υ私Y(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)地分析，一旦發(fā)現(xiàn)缺陷與不足，可以給出一些解決方案，從而在很大程度上保障裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的準(zhǔn)確度。另外，BIM技術(shù)的應(yīng)用，能夠使得施工現(xiàn)場的實際數(shù)據(jù)在各個部門以及各個施工工序之中進(jìn)行良好地協(xié)同交流，從而大大降低了施工人員的人數(shù)，在一定程度上優(yōu)化了施工管理［2］。

2.2 提升了施工的可視化程度

BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，能夠使得施工現(xiàn)場得到可視化的效果。即，在將一些工程數(shù)據(jù)以及資料輸入到BIM系統(tǒng)之時，技術(shù)人員能夠根據(jù)BIM技術(shù)以及這些實際的施工信息，對其進(jìn)行三維建模，詳細(xì)地設(shè)計裝配式建筑結(jié)構(gòu)的施工內(nèi)容，形象地展示施工現(xiàn)場的資源利用情況，并能夠根據(jù)施工環(huán)境的不同，對其進(jìn)行管理與協(xié)調(diào)。另外，基于BIM技術(shù)的建模功能，可以較好地將裝配式建筑結(jié)構(gòu)每個環(huán)節(jié)中的模型與施工單位進(jìn)行充分地共享，使這些部門能夠明確各自的任務(wù)。在BIM技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑結(jié)構(gòu)之后，一些計算人員能夠通過BIM管理平臺，對施工現(xiàn)場所需的預(yù)制件進(jìn)行合理地設(shè)計，并進(jìn)行虛擬加工，在應(yīng)用到裝配式建筑結(jié)構(gòu)三維模型之后，能夠通過科學(xué)的理論計算以及分析，對這些預(yù)制件的尺寸、性能以及形狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較與設(shè)計，從而實現(xiàn)了對施工現(xiàn)場的嚴(yán)格控制，在規(guī)避一些裝配式建筑工程施工質(zhì)量問題的同時，極大地提升了裝配式建筑工程的施工質(zhì)量，也能夠有效地保障施工的進(jìn)度。例如，基于BIM技術(shù)的可視化能力，建筑企業(yè)的技術(shù)人員能夠?qū)ρb配式建筑結(jié)構(gòu)的預(yù)制構(gòu)件尺寸以及其他參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并可通過BIM技術(shù)中內(nèi)置的科學(xué)理論知識，對這些調(diào)整后的尺寸參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的計算與分析，明確這些修改是否能夠滿足實際的裝配式建筑結(jié)構(gòu)需求。BIM技術(shù)可視化能力的出現(xiàn)與引入，能夠使得裝配式建筑工程的整個施工現(xiàn)場得到較好地呈現(xiàn)，從而在很大程度上規(guī)避了一些施工誤差以及設(shè)計錯誤，有效地提升了施工的質(zhì)量，為裝配式建筑結(jié)構(gòu)的使用提供了巨大的貢獻(xiàn)［3］。

2.3 有助于加強施工進(jìn)度的控制

自BIM技術(shù)引入到裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場之后，在進(jìn)行各種預(yù)制件以及各個施工流程可視化操作的同時，建筑企業(yè)的技術(shù)人員能夠依據(jù)這些設(shè)計，計算出詳盡的施工計劃以及流程安排，在最大程度上規(guī)避工程質(zhì)量風(fēng)險，降低一些常規(guī)因素對工程施工計劃的影響，從而有效地保障了裝配式建筑工程的施工進(jìn)度。即使是因為多個因素的影響導(dǎo)致技術(shù)人員需要對施工現(xiàn)場進(jìn)行設(shè)計變更，也能夠利用BIM技術(shù)的可視化建模技術(shù)，將這些影響考慮在內(nèi)，重新設(shè)計施工的計劃與流程，在使用一些有效地解決措施之后，能夠在最大程度上規(guī)避其他影響施工進(jìn)度問題的出現(xiàn)，有利于縮短施工周期。同時，與其他的建筑工程項目類似，在進(jìn)行裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工的過程中，容易產(chǎn)生一些噪聲污染以及光污染。因此，這些裝配式建筑工程往往會在晚上進(jìn)行現(xiàn)場裝配，從而降低對周邊居民以及周邊環(huán)境的影響。BIM技術(shù)的引入，能夠通過精確的計算，將裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工中產(chǎn)生的噪聲污染以及光污染進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，從而能夠針對這些分析與計算數(shù)據(jù)，制定出相應(yīng)的措施，降低施工現(xiàn)場的噪聲污染以及光污染，使之可以在白天進(jìn)行作業(yè)，有效地保障了施工進(jìn)度，提升了建筑企業(yè)對施工進(jìn)度的控制力度［4］。

3 裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM技術(shù)的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用于工程模擬

對于裝配式建筑工程來說，如果能夠在施工之前進(jìn)行有效地規(guī)劃與模擬，則能夠極大地增強施工的合理性與完善性。引入BIM技術(shù)之后，施工人員能夠采用該技術(shù)的強大建模能力，對實際的施工現(xiàn)場進(jìn)行合理的建模，基于這些可視化模型，能夠較好地模擬出裝配式建筑工程結(jié)構(gòu)在實際施工中的施工效果、能耗分析以及成本計算等等，從而為后續(xù)的施工打下良好的基礎(chǔ)。例如，在進(jìn)行一些區(qū)域的建筑設(shè)計之時，建筑企業(yè)的技術(shù)人員在BIM技術(shù)操作平臺之上，能夠?qū)⒋私ㄖ^(qū)域附近的環(huán)境以及自然條件進(jìn)行詳細(xì)的建模，并進(jìn)行裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場的模擬，通過與初始設(shè)計圖紙的比較，結(jié)合施工質(zhì)量以及施工進(jìn)度，從而對其設(shè)計進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，使得技術(shù)人員能夠?qū)ρb配式建筑結(jié)構(gòu)施工進(jìn)行更加詳細(xì)的設(shè)計與規(guī)劃，通過施工條件與施工設(shè)計的有效結(jié)合，大大提升了裝配式建筑結(jié)構(gòu)整個施工過程的工作效率，在完善設(shè)計的同時，有利于后續(xù)的現(xiàn)場施工［5］。

3.2 應(yīng)用于設(shè)計方案

無論是在哪個工程項目中，在施工之前，必須對其進(jìn)行設(shè)計以及規(guī)劃。對于裝配式建筑結(jié)構(gòu)來說，BIM技術(shù)的引入，能夠在其設(shè)計之初，搭建一個良好的、符合實際條件的三維數(shù)據(jù)模型，從而根據(jù)此三維設(shè)計模型，較好地判斷出裝配式建筑結(jié)構(gòu)的實際效果圖，可視化地呈現(xiàn)給客戶，并根據(jù)客戶的需求，進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整與優(yōu)化。另外，在BIM技術(shù)數(shù)字化建模之后，技術(shù)人員能夠?qū)ㄖY(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的劃分，并根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求，對其資源的投入、工程造價進(jìn)行有效的分析與計算。同時，BIM技術(shù)的三維建模，在將裝配式建筑結(jié)構(gòu)具體化之后，能夠有效地分析整個結(jié)構(gòu)的構(gòu)成以及相應(yīng)的施工標(biāo)準(zhǔn)，從而對設(shè)計方案進(jìn)行最大程度的細(xì)化與分析，以保障其滿足實際的需求。在將每個過程具體化之后，需要進(jìn)行實際的組裝，BIM技術(shù)提供了可視化的組裝分析，從而判斷出這些設(shè)計方案的可行性，為設(shè)計方案的詳細(xì)分析、優(yōu)化完善以及應(yīng)用提供良好的保障。

3.3 應(yīng)用于預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)

在設(shè)計階段，BIM技術(shù)可以實現(xiàn)對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行精確的建模和設(shè)計。首先，通過三維模型，設(shè)計師可以準(zhǔn)確地繪制出預(yù)制構(gòu)件的尺寸、形狀和位置等信息，避免了傳統(tǒng)平面圖和圖紙的限制。設(shè)計師可以根據(jù)BIM模型進(jìn)行構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計，提高構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性能和施工效率。同時，BIM模型還可以進(jìn)行可視化展示，幫助設(shè)計師和工程師更好地理解和評估構(gòu)件的設(shè)計方案。其次，在預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)過程中，BIM技術(shù)可以實現(xiàn)構(gòu)件的智能化制造。通過將BIM模型與機械化設(shè)備和生產(chǎn)線相連接，可以實現(xiàn)構(gòu)件的自動化生產(chǎn)。BIM模型中包含了構(gòu)件的幾何信息、材料屬性和施工工藝等重要參數(shù)，可以直接應(yīng)用于機械化設(shè)備的控制和操作。通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以減少人工操作，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。最后，在施工階段，BIM技術(shù)可以實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的準(zhǔn)確安裝和施工。通過BIM模型，可以對構(gòu)件的安裝位置和順序進(jìn)行優(yōu)化和規(guī)劃。施工人員可以通過可視化的BIM模型，準(zhǔn)確地理解和執(zhí)行構(gòu)件的安裝要求，提高施工的準(zhǔn)確性和效率。同時，BIM模型還可以與施工工具和設(shè)備進(jìn)行集成，實現(xiàn)施工過程的自動化和協(xié)同工作。

3.4 應(yīng)用于施工場地的布置

在施工場地的規(guī)劃和布置方面，BIM技術(shù)可以實現(xiàn)對場地的三維建模和優(yōu)化布局。通過BIM模型，可以準(zhǔn)確地建立場地的三維模型，包括建筑物、道路、臨時設(shè)施等。施工團隊可以基于該模型進(jìn)行場地規(guī)劃和布局，合理安排施工設(shè)備和材料的位置，以提高施工效率和安全性。同時，BIM模型還可以與工程管理軟件進(jìn)行集成，實現(xiàn)對施工進(jìn)度和資源的管理和控制。其次，在材料管理方面，BIM技術(shù)可以實現(xiàn)對施工場地材料的追蹤和管理。通過BIM模型，可以將材料的信息（例如類型、規(guī)格、數(shù)量等）與模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)對材料的精確管理和追蹤。施工人員可以通過BIM模型查看材料的位置和狀態(tài)，準(zhǔn)確掌握材料的使用情況，避免材料浪費和缺乏。同時，BIM模型還可以與物流管理系統(tǒng)進(jìn)行集成，實現(xiàn)對材料的供應(yīng)和運輸?shù)淖詣踊刂啤?/p>

3.5 應(yīng)用于深化架構(gòu)的設(shè)計

BIM技術(shù)可以通過三維建模的方式幫助設(shè)計師深化架構(gòu)設(shè)計。傳統(tǒng)的建筑設(shè)計中，設(shè)計師往往需要根據(jù)平面圖、立面圖和剖面圖等二維圖紙進(jìn)行設(shè)計，這樣容易出現(xiàn)設(shè)計錯誤和遺漏。而BIM技術(shù)能夠?qū)⒔ㄖ母鱾€部分以三維模型的形式顯示出來，設(shè)計師可以直觀地看到建筑的整體效果和各個部分之間的關(guān)系，從而更好地進(jìn)行設(shè)計。其次，BIM技術(shù)可以提供多種分析工具，幫助設(shè)計師進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能的評估。裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，各個構(gòu)件之間的連接方式和材料的選擇都對結(jié)構(gòu)性能有著重要影響。通過BIM技術(shù)，設(shè)計師可以進(jìn)行各種結(jié)構(gòu)分析，包括靜力分析、動力分析和熱力分析等，以評估結(jié)構(gòu)的強度、穩(wěn)定性和熱工性能。這樣設(shè)計師可以根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行必要的調(diào)整和優(yōu)化，確保裝配式建筑結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定。最后，BIM技術(shù)的應(yīng)用還可以實現(xiàn)設(shè)計與施工的無縫銜接。裝配式建筑結(jié)構(gòu)的特點是構(gòu)件的預(yù)制和現(xiàn)場組裝，設(shè)計師需要與施工人員密切合作，確保設(shè)計方案的實施。通過BIM技術(shù)，設(shè)計師可以將設(shè)計模型與施工模型進(jìn)行無縫對接，實現(xiàn)信息的共享和交流。這樣可以減少設(shè)計與施工之間的誤差和溝通成本，提高施工的效率和質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，為設(shè)計師提供了一種全新的工具和方法，使得設(shè)計過程更加高效、準(zhǔn)確和可靠。通過BIM技術(shù)，設(shè)計師可以以三維模型的形式進(jìn)行深化架構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)設(shè)計與施工的無縫銜接，提高建筑質(zhì)量和施工效率。BIM技術(shù)還可以通過結(jié)構(gòu)性能評估和構(gòu)件自動化設(shè)計等功能，幫助設(shè)計師進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，提升裝配式建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。隨著BIM技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，我們相信未來裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計將迎來更多的創(chuàng)新和突破，為建筑行業(yè)帶來更多的價值和發(fā)展機會。

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