基于BIM技術(shù)的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法初探

鮑子虞

（廣東省建筑設(shè)計研究院）

引言

預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中使用BIM技術(shù)，能夠有效解決設(shè)計、施工以及構(gòu)件加工對接不足的問題，減少資源浪費。通過建立BIM參數(shù)化構(gòu)件族，優(yōu)化模型設(shè)計，合理利用勞動資源，提高工程質(zhì)量。

1 BIM以及預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)概述

BIM是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對該工程項目相關(guān)信息的詳盡表達(dá)。BIM模型屬于三維數(shù)字模型，是存儲信息的載體，是BIM技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)。BIM技術(shù)的應(yīng)用指的是通過建立三維數(shù)字模型，在建筑工程的設(shè)計、施工全過程以及運營管理階段，對建筑物進(jìn)行可視化分析、科學(xué)統(tǒng)計工程量，因此BIM技術(shù)的核心是信息。

PC（Precast Concrete）是預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的簡稱，是以混凝土預(yù)制構(gòu)件為主要構(gòu)件，經(jīng)裝配、連接以及部分現(xiàn)澆而成的混凝土結(jié)構(gòu)。具有品質(zhì)均一、能夠量化生產(chǎn)、工期短、施工精度高、施工成本低、具有安全保障、能夠解決技工不足等優(yōu)點。

2 BIM技術(shù)在預(yù)裝配式房屋建設(shè)中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 產(chǎn)業(yè)化建造工期可控，效率提高

在預(yù)裝配式房屋設(shè)計中，根據(jù)實際工程所需要的構(gòu)件，在BIM中建立對應(yīng)的構(gòu)件庫，有利于提升設(shè)計單位、構(gòu)件廠和施工企業(yè)的可視化協(xié)同能力，實現(xiàn)了將生產(chǎn)工藝集中在工業(yè)流水線上，現(xiàn)場以安裝構(gòu)件為主，避免了建筑材料浪費，可減少人力勞動，增加機械生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。

實現(xiàn)設(shè)計階段對施工階段勞動力的綜合分析，如：在引用BIM技術(shù)對CSI住宅產(chǎn)業(yè)化虛擬三維模擬建造的過程中引入勞動力、物資和場地的概念，從而提高設(shè)計對施工的指導(dǎo)，減少勞務(wù)選擇風(fēng)險及因設(shè)計不合理而造成的施工進(jìn)度滯后等問題，可有效控制并縮短工期。

2.2 實現(xiàn)設(shè)計、施工一體化建造

基于BIM的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計主要特點是精度高，覆蓋設(shè)計、構(gòu)件加工、現(xiàn)場施工等能夠妥善解決以往住宅設(shè)計圖紙控制寬泛、對現(xiàn)場施工指導(dǎo)性差的問題。通過強化設(shè)計與施工的聯(lián)系，搭建基于BIM技術(shù)預(yù)制裝配式設(shè)計施工一體化協(xié)同平臺。該平臺可以根據(jù)工程初步設(shè)計、審查等多個階段完成的施工圖，搭建預(yù)制裝配式BIM模型，模型等級定為LOD400等級標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行拆分模擬。根據(jù)設(shè)計階段的BIM成果，完成PC運輸、施工過程中各種工況的相關(guān)深化設(shè)計計算；通過結(jié)構(gòu)計算確定脫模、存放時的吊裝和支撐位置。根據(jù)PC的BIM模型搭建及深化設(shè)計，生成完整的BIM信息模型，形成深化設(shè)計圖紙，用于指導(dǎo)后期生產(chǎn)和施工。

2.3 三維技術(shù)交底、提高施工質(zhì)量

目前施工企業(yè)對裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工尚缺少經(jīng)驗，對此，現(xiàn)場依據(jù)工程特點和技術(shù)難易程度選擇三維技術(shù)交底形式，例如套筒灌漿、疊合板支撐、各種構(gòu)件（外墻板、內(nèi)墻板、疊合板、樓梯等）的吊裝等施工方案通過BIM技術(shù)三維直觀展示，模擬現(xiàn)場構(gòu)件安裝過程和周邊環(huán)境。對勞務(wù)隊伍則采用三維技術(shù)交底，指導(dǎo)工人安裝。交底內(nèi)容明確直觀，方便了施工現(xiàn)場對分包工程質(zhì)量的控制。

采用三維技術(shù)交底的方式，建立了產(chǎn)業(yè)化施工標(biāo)準(zhǔn)，擁有了產(chǎn)業(yè)化設(shè)計施工團隊，培養(yǎng)了專業(yè)化人才，提高了對工程質(zhì)量的控制水平。

3 基于BIM技術(shù)的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

下面以使用基于BIM技術(shù)的AutodeskRevitStructure為例，簡單探索預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。

本文基于BIM技術(shù)在預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計中的主要思路是：根據(jù)預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)的模數(shù)化以及標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，建立技術(shù)集成性能較好的預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)所需要的各個構(gòu)件，包括預(yù)制柱、預(yù)制樓板、預(yù)制外墻、預(yù)制梁、預(yù)制樓梯等族庫。在項目結(jié)構(gòu)的不同設(shè)計過程中，可以從已經(jīng)設(shè)計完成的構(gòu)件庫中選擇所需要的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，并且將一個個標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件搭建裝配成為三維可視化模型，以此提高設(shè)計人員的工作效率。為了在最大程度上發(fā)揮預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點，可以根據(jù)實際需要研究標(biāo)準(zhǔn)化裝配式住宅戶型，有利于實際工作的開展。

目前，對AutodeskRevitStructure進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，族是Revit使用中一個功能強大的概念，根據(jù)族創(chuàng)建者的設(shè)計內(nèi)容，可以被分為很多種類，包括系統(tǒng)族、可載入族以及內(nèi)建族。構(gòu)件族文件是獨立的文件，可以對其進(jìn)行獨立編輯，而且可以在不同項目中重復(fù)利用。通過計算機，可以在相應(yīng)的族樣板文件.rft中建立模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化的PC構(gòu)件如圖1中的梁以及圖2中的柱所示。而這不僅為構(gòu)件的工廠化提供詳細(xì)的設(shè)計圖紙，而且可以在任何項目中作為可載入族，及時載入項目設(shè)計中，提高預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計效率。

圖1 預(yù)制梁構(gòu)件族三維圖示

圖2 預(yù)制柱構(gòu)件族三維圖示

在Revit中，可以定義系統(tǒng)族，如果需要修改，則只能在項目中進(jìn)行，但是不能從外部加載，系統(tǒng)族包括墻體、屋頂、樓板、樓梯等。預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)中所需的預(yù)制外墻、樓梯等構(gòu)件不能直接利用族樣板文件創(chuàng)建族庫，只能在打開一個項目文件.rvt后，在項目中根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和模數(shù)化設(shè)計預(yù)制構(gòu)件，如圖3外墻所示，并保存為.rvt項目文件，最終形成構(gòu)件系統(tǒng)族構(gòu)件族庫。在項目文件中設(shè)計預(yù)制構(gòu)件，可以形成構(gòu)件詳圖庫，從而為工廠化生產(chǎn)提供詳圖設(shè)計。但是在一個項目設(shè)計中，不能像保存.rfa文件的可載入構(gòu)件族一樣，可以隨時載入到項目中。

圖3 預(yù)制外墻系統(tǒng)構(gòu)件三維圖示族

由于所建立的系統(tǒng)族構(gòu)件庫只能作為.rvt打開，但是并不能載入到其他項目文件中，因此軟件開發(fā)商可以根據(jù)這一問題，抓住發(fā)展機會進(jìn)行二次開發(fā)，使得墻、板、樓梯等系統(tǒng)族構(gòu)件，按標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化創(chuàng)建出可載入項目使用的族文件形式，這樣能夠在很大程度上提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的效率。

4 結(jié)語

目前，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計日漸完善，建筑產(chǎn)業(yè)化可節(jié)省資源，推動技術(shù)創(chuàng)新，提高建筑品質(zhì)，是建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。BIM技術(shù)的推廣有利于預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)推廣，尤其是住宅產(chǎn)業(yè)化的推廣，BIM技術(shù)是實施住宅產(chǎn)業(yè)化的一個重要手段。通過引用BIM技術(shù)以構(gòu)件族為核心使設(shè)計與施工良好銜接，強化了與構(gòu)件廠及業(yè)主的溝通；通過BIM參數(shù)化與可視化手段模擬各種未知情況，為快速決策提供了支撐；制定符合項目特點的BIM標(biāo)準(zhǔn)是實施的必要保障；工程經(jīng)驗、施工設(shè)備等信息必須與BIM模型信息相結(jié)合才能有效指導(dǎo)施工；BIM技術(shù)可有效記錄承載知識與經(jīng)驗有助于后續(xù)工作。但是，應(yīng)用BIM也是有一定的缺陷的，BIM技術(shù)將減少大量的材料、人工、機械浪費。一些企業(yè)經(jīng)濟效益將有所減少，甚至影響到整個行業(yè)的利益。如果BIM技術(shù)掌握不熟練，則會直接影響企業(yè)的市場競爭力。因此，在實際應(yīng)用中，企業(yè)應(yīng)該熟練掌握BIM，更好的將其應(yīng)用于實踐工作中，獲得較大的經(jīng)濟效益和社會效益。

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