基于PBIMS 平臺的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件研發(fā)

張曉龍 夏緒勇 張 雷

(建研科技股份有限公司，北京 100013)

前言

隨著工業(yè)化的發(fā)展，國家及地方政府的大力推動，以及對環(huán)保、節(jié)能要求的提高，住宅產(chǎn)業(yè)化必將是未來發(fā)展的趨勢。國內(nèi)目前尚沒有成熟的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件。國外軟件也只能完成深化任務(wù)，而且在本土化、適合國內(nèi)的工程設(shè)計習(xí)慣、符合相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)方面都還有一定問題。國內(nèi)裝配式設(shè)計仍按傳統(tǒng)方式設(shè)計，各個環(huán)節(jié)之間割裂，效率低，設(shè)計問題多，成本居高不下［1－2］。

隨著BIM 技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，提供一體化設(shè)計的系統(tǒng)解決方案，將裝配式結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計與施工模擬、CAM 制造、全生命周期的過程的信息管理也將是未來發(fā)展的應(yīng)用模式［3－7］。

PKPM 具有成熟裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件開發(fā)的經(jīng)驗，PBIMS 平臺經(jīng)過四年的開發(fā)，已經(jīng)初具基礎(chǔ)。基于PBIMS 平臺的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件PBIMS-PC，一定會受到設(shè)計人員的歡迎。

1 流程框架

PBIMS 是PKPM BIM SYSTEM 的縮寫，是PKPM全新開發(fā)的基于BIM 技術(shù)的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)。PBIMS 平臺是這個系統(tǒng)的內(nèi)核，作為獨(dú)立產(chǎn)品是一個開放的平臺，支持二次開發(fā)，多專業(yè)數(shù)據(jù)共享以及擴(kuò)展，系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)流通及關(guān)聯(lián)維護(hù)，能支持多人并行工作。

PBIMS－PC 是基于PBIMS 平臺的二次開發(fā)，模型數(shù)據(jù)依托平臺的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行管理。支持兩種設(shè)計流程，一種方式是先初步設(shè)計，獲取到建模數(shù)據(jù)后，在進(jìn)行拆分形成裝配式深化模型;另一種是直接基于裝配式構(gòu)件庫建立模型。軟件提供多種輔助設(shè)計手段，輔助完成模型拆分與構(gòu)件庫建模兩種方式下建立裝配式模型。

基于裝配式建筑模型，能接力PKPM V3.1 版本完成裝配式結(jié)構(gòu)的整體分析設(shè)計，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。同時開發(fā)多種應(yīng)用工具滿足裝配式設(shè)計和生產(chǎn)的需要。

2 解決的關(guān)鍵問題

2.1 多專業(yè)綜合的信息模型的集成與共享

裝配式模型必須是一個能容納多專業(yè)信息的綜合模型，結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件、建筑保溫材料、裝飾面層、維護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)備管線等都需要真實表達(dá)。同時要綜合考慮各個專業(yè)的設(shè)計內(nèi)容的相互影響(如設(shè)備管道在主體構(gòu)件上識別需要的預(yù)留孔槽、預(yù)埋管道等)，還要考慮加工安裝對于模型的需求。

裝配式設(shè)計模型用于指導(dǎo)后續(xù)的加工生產(chǎn)，一方面需要精細(xì)到達(dá)深度要求，另一方面需要準(zhǔn)確，能發(fā)現(xiàn)和避免設(shè)計、加工、施工問題。以PBIMS 平臺的多專業(yè)數(shù)據(jù)平臺為基礎(chǔ)，補(bǔ)充、擴(kuò)展裝配式設(shè)計需要的屬性參數(shù)與元素類型。對各類構(gòu)件對象進(jìn)行關(guān)聯(lián)與組合，處理復(fù)雜物體造型以及布爾運(yùn)算，提供多專業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和檢查工具，在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)和解決問題。

2.2 基于PBIMS 平臺的預(yù)制裝配式構(gòu)件庫管理與拆分

裝配式住宅標(biāo)準(zhǔn)化提升是裝配式設(shè)計應(yīng)用與推廣的重要因素之一，需要從方案設(shè)計初期就要考慮裝配式加工與生產(chǎn)的要求。但是裝配式設(shè)計涉及到多個專業(yè)與多個環(huán)節(jié)，綜合考慮因素較多，設(shè)計人員難以把握，設(shè)計院人員的設(shè)計經(jīng)驗與工作積累也較少。

軟件提供快速的自動全樓裝配式設(shè)計的手段，可在設(shè)計的早期階段進(jìn)行初步設(shè)計，用于裝配率估算及裝配式方案評估。提供裝配式單元、構(gòu)件、附件管理庫管理，以參數(shù)化錄入方式建立常規(guī)的構(gòu)件庫，支持復(fù)雜構(gòu)件交互方式定制同時提供輔助設(shè)計工具優(yōu)先智能的匹配已有的標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件。提供拆分與自動設(shè)計對于相近構(gòu)件的識別和歸并處理，以及優(yōu)先自動匹配已有的標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件等輔助標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計手段。項目中設(shè)計內(nèi)容可提取入庫，積累工作基礎(chǔ)，重復(fù)利用，進(jìn)一步促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計工作。

圖2 裝配式結(jié)構(gòu)信息模型

圖3 裝配式構(gòu)件庫管理

2.3 接力現(xiàn)有結(jié)構(gòu)軟件(PMCAD +SATWE)，完成裝配式結(jié)構(gòu)整體分析

通過將裝配式結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)出到現(xiàn)有結(jié)構(gòu)軟件中進(jìn)行分析，實現(xiàn)JGJ1－2014 相關(guān)設(shè)計要求，并且將計算的配筋結(jié)果返回，用于指導(dǎo)裝配式構(gòu)件深化設(shè)計以及校驗，具體如下:

1)交互指定哪些部分預(yù)制及連接位置，同時計算出裝配率;

2)分析時統(tǒng)計出現(xiàn)澆部分、預(yù)制部分承擔(dān)的剪力百分比;

3)提供現(xiàn)澆部分地震剪力放大系數(shù)，可調(diào)整;

4)節(jié)點連接驗算。

2.4 裝配式構(gòu)件詳圖

裝配式構(gòu)件加工詳圖是裝配式設(shè)計過程中工作量最為繁重、最容易出錯的環(huán)節(jié)。而且各地的裝配式構(gòu)件做法以及出圖方式有差異，尤其是設(shè)計調(diào)整后一模型的一致性，需要得到保證。

軟件能自動對全樓構(gòu)件材料進(jìn)行統(tǒng)計與編號，自動生成全套加工圖紙。通過配置，使得圖紙的表達(dá)內(nèi)容、布局、設(shè)計信息等與設(shè)計院需要關(guān)聯(lián)起來，使圖紙達(dá)到設(shè)計、加工要求。模型與圖紙雙向關(guān)聯(lián)，并統(tǒng)一管理，當(dāng)設(shè)計調(diào)整后能有效的保證模型與圖紙的一致性。

2.5 BIM 模型數(shù)據(jù)直接接力數(shù)控加工設(shè)計CAM，自動化生產(chǎn)

軟件能夠建立非常精細(xì)的模型，我們也在與能完成后續(xù)加工生產(chǎn)的廠家進(jìn)行合作，充分利用裝配式的信息模型，將軟件、硬件與各環(huán)節(jié)生產(chǎn)過程相結(jié)合，結(jié)合硬件設(shè)備以及生產(chǎn)流程要求，直接接力工廠加工生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)，預(yù)制構(gòu)件模型信息直接接力數(shù)控加工設(shè)備，將信息模型最大化。

軟件能輸入的加工信息包括兩種:

(1)各類鋼筋的加工數(shù)據(jù)，自動化進(jìn)行鋼筋分類、鋼筋編號以及機(jī)械加工，包括單鋼筋、鋼筋網(wǎng)片、鋼筋桁架等幾何尺寸，還包括鋼筋的編號以及使用部位，與構(gòu)件的關(guān)聯(lián)信息，用于完成鋼筋的生產(chǎn)任務(wù)。

(2)構(gòu)件加工數(shù)據(jù)，構(gòu)件邊模自動擺放、管線開孔信息的自動化畫線定位、澆筑混凝土量的自動計算與智能化澆筑，以及鋼筋、預(yù)埋件以及附屬件的排布定位信息。

軟件提供配置界面，由用戶來確定需要的加工信息，也可以導(dǎo)出到Excel 中二次編輯，再接力生產(chǎn)設(shè)備。通過將信息模型導(dǎo)出用于自動化加工設(shè)備來完成生產(chǎn)，避免了加工時人工二次錄入可能帶來的錯誤，同時也極大地提高了工廠生產(chǎn)的效率。

3 開發(fā)階段

裝配式設(shè)計軟件開發(fā)過程中，我們也在尋求多方技術(shù)合作，包括院內(nèi)優(yōu)勢資源、設(shè)計院以及加工單位，以確保我們開發(fā)出來的產(chǎn)品能滿足需求。在此基礎(chǔ)上發(fā)布版本提供給部分用戶試用，根據(jù)用戶的反饋對軟件的功能不斷豐富和完善，最后發(fā)布正式版本。我們的開發(fā)大致分為以下三個階段:

3.1 2015年10月31號，推出第一版試用版(Beta版)

這個版本要完成下述基本功能:

1)裝配式構(gòu)件計算工具，主要解決裝配式構(gòu)件的脫模、運(yùn)輸、吊裝過程中的計算;

2)在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)軟件(PMCAD +SATWE)整體分析中實現(xiàn)JGJ1－2014 相關(guān)設(shè)計要求;

3)基于BIM 平臺的預(yù)制裝配式構(gòu)件庫的選用;

4)裝配式拆分與三維預(yù)拼裝功能;

5)裝配式構(gòu)件詳圖;

6)裝配率計算與材料統(tǒng)計。

3.2 2016年3月份推出第一版正式版

1)根據(jù)試用版的反饋，改進(jìn)并穩(wěn)定程序;

2)擴(kuò)充構(gòu)件類型，考慮地方的差異性以及擴(kuò)展;

3)增加新的連接形式，完善交互擴(kuò)展構(gòu)件庫。

3.3 2017年6月份推出第二版正式版

1)增加加工數(shù)據(jù)導(dǎo)出、加工與施工過程相關(guān)的輔助功能開發(fā);

2)在第一版設(shè)計功能穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，繼續(xù)開發(fā)與生產(chǎn)加工、及材料、施工管理等相關(guān)的功能;

3)裝配式構(gòu)件的BIM 模型直接接力數(shù)控加工設(shè)計CAM 加工;

4)給予構(gòu)件唯一編號，結(jié)合加工流程管理與物流管理，進(jìn)行施工模擬。

4 總結(jié)

(1)PBIMS-PC 是國內(nèi)首創(chuàng)自主開發(fā)的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，適應(yīng)和促進(jìn)國家建筑工業(yè)化政策;

(2)該軟件結(jié)合國內(nèi)設(shè)計需要及現(xiàn)行規(guī)范要求的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件產(chǎn)品;

(3)將建立構(gòu)件庫，多種方式拆分，同時將BIM信息模型直接用于加工生產(chǎn)，促進(jìn)裝配式建筑住宅的標(biāo)準(zhǔn)化、裝配式構(gòu)件加工的自動化，提升行業(yè)生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)效益;

(4)該軟件的研發(fā)進(jìn)一步降低設(shè)計門檻，促進(jìn)建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計及市場的進(jìn)一步發(fā)展，推動住宅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

［1］顧泰昌.國內(nèi)外裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀［J］.工程建筑標(biāo)準(zhǔn)化，2014(8).

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