基于BIM 技術(shù)的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用

北京中聯(lián)環(huán)建設(shè)工程管理有限公司杭州分公司，浙江 杭州 310000

相比于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆式混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)制裝配建筑結(jié)構(gòu)有建設(shè)周期短、施工效率高、構(gòu)件尺寸精準受環(huán)境影響小等特點，目前已成為我國建筑業(yè)發(fā)展的趨勢之一。基于BIM 技術(shù)與裝配式建筑深度融合，將促進裝配式結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

1 BIM 技術(shù)和裝配式結(jié)構(gòu)

1.1 BIM 技術(shù)

BIM 技術(shù)以建設(shè)工程各階段實體信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過三維信息化技術(shù)建立3D 可視化建筑信息模型，從而實現(xiàn)建筑工程設(shè)計、施工、運維等全生命周期的一體化［1］。BIM 技術(shù)可為項目的各參與方和利益方搭建了一個信息共享的交互式平臺，實現(xiàn)項目各參與方之間的高效協(xié)同。

1.2 裝配式結(jié)構(gòu)

由裝配式梁、柱等構(gòu)件通過可靠連接及現(xiàn)場安裝即可形成裝配式結(jié)構(gòu)［2］，其建造過程是通過標準化的設(shè)計、工廠化的預(yù)制生產(chǎn)、機械化精準裝配，以高效、智能的建造方式規(guī)避傳統(tǒng)現(xiàn)澆式混凝土結(jié)構(gòu)的缺陷，節(jié)約建造成本并且不受極端天氣的制約。另外，裝配式建筑的施工降低了對環(huán)境的負面影響，有利于綠色施工，節(jié)能減排，遵循可持續(xù)發(fā)展原則，促進我國建筑工業(yè)化發(fā)展。

2 裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計方法對比

2.1 傳統(tǒng)裝配式結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)裝配式結(jié)構(gòu)主要是以設(shè)計單位的技術(shù)策劃為基礎(chǔ)進行方案設(shè)計和平立面設(shè)計，優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件種類進行初步設(shè)計。以初步設(shè)計為基礎(chǔ)，按照相應(yīng)的技術(shù)措施以及全專業(yè)考慮預(yù)埋要求，并進行深化實現(xiàn)施工圖設(shè)計和構(gòu)建加工圖設(shè)計，且在構(gòu)件設(shè)計完成后進行工廠化制造和安裝。這種“設(shè)計-制造-安裝”的過程是以設(shè)計院為主導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計模式［3］。然而，設(shè)計過程中沒有充分考慮生產(chǎn)和施工等重要環(huán)節(jié)，在實際建設(shè)工程中傳統(tǒng)設(shè)計模式下的裝配式建筑經(jīng)常出現(xiàn)無法制造、無法施工等現(xiàn)象，大量設(shè)計變更反饋給生產(chǎn)工廠，并可能出現(xiàn)二次設(shè)計、生產(chǎn)和施工等，造成巨大的經(jīng)濟損失。

2.2 基于BIM 的裝配式結(jié)構(gòu)

基于BIM的裝配式結(jié)構(gòu)主要采用3D協(xié)同設(shè)計。通過建筑、結(jié)構(gòu)、機電各專業(yè)建立三維模型并統(tǒng)一整合到同一共享數(shù)字化信息模型中去，進行施工過程、施工進度的模擬，檢測并調(diào)試有效碰撞，從而篩選出最佳設(shè)計方案。這種協(xié)同設(shè)計模式在構(gòu)件加工以前便統(tǒng)籌考慮了構(gòu)件設(shè)計、構(gòu)件生產(chǎn)制作、構(gòu)件施工裝配等要求，其精確化程度高。在施工模擬過程中一旦出現(xiàn)施工沖突，可通過對集成的統(tǒng)一參數(shù)的建筑信息模型修改進行優(yōu)化設(shè)計。實現(xiàn)“設(shè)計-生產(chǎn)-施工”的高效協(xié)調(diào)。這種設(shè)計方式徹底解決了建設(shè)工程項目從設(shè)計階段、生產(chǎn)階段、施工階段以及運維階段等全生命周期過程中的信息不共享所帶來的負面影響，

3 BIM 技術(shù)在裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 可視化的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

通過BIM 技術(shù)建立各專業(yè)的3D 可視化模型，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口將模型導(dǎo)入到Navisworks 軟件中進行碰撞檢測，可使各專業(yè)之間聯(lián)系緊密。軟件會自動統(tǒng)計碰撞的位置以及自動編碼碰撞構(gòu)件的ID，為設(shè)計修正提供依據(jù)。在3D 可視化模型中通過ID 查詢可自動定位到碰撞的位置，所涉及的各專業(yè)設(shè)計師依據(jù)本專業(yè)的特點、專業(yè)規(guī)范并統(tǒng)籌考慮生產(chǎn)和施工等因素進行碰撞調(diào)試，高效完成設(shè)計優(yōu)化。

3.2 構(gòu)件庫的建立

傳統(tǒng)的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計思路是先整體后拆分，這種設(shè)計方式會使構(gòu)件種類較多，不利于工廠化大批量的生產(chǎn)。因此，如何利用較少種類的預(yù)制構(gòu)件設(shè)計滿足多樣化的建筑產(chǎn)品成為了解決問題的關(guān)鍵。預(yù)制構(gòu)件是BIM 模型基本組成部分，其建筑載體、圖紙、材料構(gòu)件等都是通過預(yù)制構(gòu)件實現(xiàn)［4］。采用BIM 建立模型時，需保證構(gòu)件系統(tǒng)和構(gòu)件庫的完整性，從而保證設(shè)計、生產(chǎn)、施工的準確和高效［5］。通過對裝配式結(jié)構(gòu)的標準化構(gòu)件拆分，可將不同樓層和位置處的梁柱構(gòu)件統(tǒng)一歸類，并形成許多獨立的構(gòu)件庫。基于建立和完善預(yù)制構(gòu)件庫，是裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)。其中預(yù)制構(gòu)件標準化、模數(shù)化的研究和應(yīng)用是預(yù)制構(gòu)件庫建立的核心。在進行裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計時，不同結(jié)構(gòu)體系下的預(yù)制構(gòu)件存在使用功能上的差異。以構(gòu)件為最小單元，在滿足標準化的同時，對構(gòu)件進行承載力設(shè)計。完成后通過預(yù)制構(gòu)件編碼區(qū)分各個構(gòu)件，對各類預(yù)制構(gòu)件進行高效有序的管理，完成構(gòu)件庫的建立。

3.3 戶型庫的建立

在裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計時，基于標準化的預(yù)制構(gòu)件庫，通過對各類編碼入庫的預(yù)制構(gòu)件進行選擇排列組合設(shè)計，形成標準化的裝配式建筑戶型。戶型庫的設(shè)計旨在以預(yù)制構(gòu)件庫為基礎(chǔ)，減少設(shè)計過程中的預(yù)制構(gòu)件設(shè)計，降低設(shè)計和人工成本。對戶型庫中的標準建筑戶型進行排列組合，通過規(guī)劃和管理可以在此基礎(chǔ)上得到建筑模型庫。從預(yù)制構(gòu)件庫再到裝配式戶型庫，通過方案設(shè)計，模塊化的組合，形成標準單個戶型進而形成裝配式戶型庫，這將有利于構(gòu)件的標準化設(shè)計與生產(chǎn)，提高裝配效率并減少成本。

4 結(jié)語

基于將BIM 技術(shù)應(yīng)用于裝配式結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，將有效提高各專業(yè)之間的協(xié)同性，但當前我國結(jié)合BIM 技術(shù)與裝配式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用還較少，需進一步將兩者相融合，促進建筑工業(yè)化的發(fā)展。