基于BIM技術的裝配式建筑設計應用研究

秦硯瑤

摘要：裝配式建筑設計在現代化發展中，建筑結構的穩定性成為影響其發展的主要因素，為解決這一問題提出基于BIM技術的裝配式建筑設計應用研究。通過建立BIM裝配式建筑設計構架，獲取預制構件數據，從而完成裝配式構件結構優化。設計實驗，對比BIM與人工條件下，裝配式建筑設計穩定性，證明研究的有效性。

關鍵詞：BIM;裝配式;建筑;設計

中圖分類號：TU201

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）07-0112-03

隨著建筑行業的發展，傳統建筑設計與建筑方式已經無法滿足現代工業發展需求，對傳統建筑方式的變革成為發展的必然結果。在傳統建筑方式改變下，建筑工業化成為未來建筑行于業發展的主要趨勢。隨著建筑體系與建筑模塊等自動化建造方式的出現，建筑工業化被應用于設計、運輸、施工等各個建筑環節節。傳統建筑方式在能源消耗方面，不僅耗能、耗水、耗材較多，且現場作業機械化程度較低，需要大量人工勞動力，勞動強度較大、勞動效率較低，受到施工環境影響，施工過程中會產生大量建筑垃圾。而工業化建筑不僅節約了建筑能源，且實現了資源循環利用，機械化程度較高，在節約了勞動力的同時提高了整體勞動生產效率。采用機械化施工，施工環境的改善，減少噪聲、揚塵與建筑垃圾的產生，實現了建筑整體優化。建筑工業化以標準化設計、機械化施工、信息化管理為目的，使建筑中裝配式結構更好滿足施工需求，因此提出基于BIM技術的裝配式建筑設計應用研究。裝配式建筑結構在工廠生產預構件后，在現場進行施工與構造處理，不僅提高了施工效率，更能夠將原有密集型現場人工施工轉變為產業化施工。通過BIM技術構件各個施工環節信息，實現設計、規劃、施工等信息共享，提高裝配式建筑結構整體穩定性。

1基于BIM技術的裝配式建筑設計應用

1.1BIM裝配式建筑設計結構

裝配式建筑需要一種可靠的連接方式將設計、生產、裝配一系列階段相連接，實現統一化的標準生產與裝配。BIM技術在裝配式建筑中的使用，主要借助BIM技術與物聯網技術將建筑中材料、設備與人員等管理對象信息實現遠程共享。BIM裝配式建筑設計通過建立智能分配體系，充分利用信息化與網絡技術，將裝配式構件全周期信息集合在同一信息平臺上，方便裝配式建筑各項目能夠通過該平臺完成項目相關信息分享，了解裝配構件實時流轉、生產、裝配情況，形成統一協調管理平臺，最大化發揮裝配式建筑工業化優勢，其整體構架如圖1所示。

基于BIM技術的裝配式建筑設計應用主要信息收集、網絡數據共享、數據中心以及構件應用等叫。通過三維激光掃描、無線射頻技術等，獲取裝配式建筑構件信息，采用設備及時獲取構件生產狀態、質量與進度等信息。

1.2BIM裝配式結構預制構件數據獲取

裝配式結構的預制構件想要完成構件的挑選需要對其進行分類與選擇。因此以BIM技術為支撐，明確每個構件人庫實際信息，使用標識碼對各個構件進行區分。預制構件創建編碼主要以構件分類為原則，為方便管理人員與計算機識別預制構件，其編碼應具備唯一性，即每個構件使用唯一編碼，編碼應遵循構件分類原則，盡量使用較少字符區分各構件。建筑信息分類編碼采用層次分類法，編碼一級定義了包括內部結構、基礎結構、配套設施等大范圍分類。二級與三級編碼定義了構件的具體分類。其部分編碼，如表1所示。

構件編碼主要考慮到構件選擇時載荷、跨度等影響因素，忽略一些不必要的因素，對于構件的次要因素主要通過添加信息的形式來進行信息補充。

構件編碼主要作用為區分各個構件信息，便于設計與生產過程中完成構件識別。而在建筑設計中，對各個構件的信息需求量與深度不同，考慮到信息接收量與分析難度，因此對構件信息進行深度分級。利用BIM技術區分包括構件幾何尺寸、定位信息、材料性能、材料做法等幾何與非幾何信息。根據不同信息閾值與使用功能，以實用性為原則制定構件信息深度統標準，如表2所示。

根據構件信息深度分類采用最大化理論確定構件信息深度等級：

其中，I為構件幾何信息深度，取值范圍為1.0～5.0;K為非幾何信息深度等級，取值范圍為1.0～5.0，兩組取值全部為正整數。

根據構件信息深度等級，計算整體建筑中構件深度等級，對裝配式建筑合理性進行初步分析。

1.3裝配式構件結構優化

對裝配式建筑構件進行初步選擇后，使用BIM技術對整體結構預先進行仿真模擬。裝配式建筑模擬必須具備合理性與有效性，需要對整體模擬結構各項性能進行分析。將BIM模型轉化為有限元分析方法，考慮到建筑結構精細化有限元分析中整體結構，計算模擬建筑彈性模量為：

其中，E為鋼筋混凝土彈性模量;Ec為混凝土彈性模量;Es為鋼筋彈性模量;A。為混凝土截面積;As為鋼筋截面積。

根據公式（2）得到設計建筑正截面承載能力：

其中，x為等效矩形應力混凝土受壓區高度;b為截面寬度;ho為截面有效高度;a為受壓區縱向預應力。

根據計算結果，完成對整體裝配式建筑優化設計。

實驗

2.1實驗準備

為驗證基于BIM技術的裝配式建筑設計應用成果，設計仿真實驗對比BIM技術與人工兩種施工方式下，裝配式建筑設計效果。實驗在仿真環境下進行，設計建筑工程項目為某處工業用地，總建筑34318m'，其中包含地上面積25841m'，與地下面積8477m'。建筑層數為地上建筑6層，地下層數1層，建筑高度為23.1m。主體采用框架式結構。7級抗震，地上建筑耐火等級為2級，地下建筑耐火等級為1級，建筑防水等級為2級。整體建筑工程為半裝配式結構，結構柱為現澆結構、樓板為預制預應力疊合板與非預應力疊合板。分別采用BIM技術與人工兩種施工方式，對比兩組方法整體結構穩定性。

2.2實驗結果分析

實驗中，兩組方法實驗結果如表3所示。

通過上表3分析可以看出，人工設計方法的裝配式結構扭轉效應較為明顯，整體結構布置存在不合理情況使結構出現過大扭轉效應。在這一作用下，整體結構樓層間最大位移在正常使用條件下會出現水平位移，導致整體結構穩定性較差，整體建筑穩定性有待提升。而BIM設計方法整體結構更為合理，使結構不至于出現過大的扭轉效應，結構側向剛度大于標準值，大于規定要求的整體穩定性數值，從而證明其研究有效性。

3結語

基于BIM技術的裝配式建筑設計應用研究中，將BIM技術、止水建造等相關理論應用于裝配式建筑設計中，解決了裝配式建筑在施工過程中所設計的結構穩定性、施工安全等諸多相關問題，為裝配式建筑向著工業化發展提供良好的解決方案。BIM技術主要應用裝配式建筑設計、生產與施工等整個項目工程階段，提出BIM技術實用價值的建筑參數化設計，同時獲取預制構件生產、運輸與裝配信息，合理設計整體結構。裝配式建筑作為我國建筑行業工業化發展的主要方向，裝配式結構通過多種信息技術的融合，完成智能化裝配式建筑設計。

參考文獻

[1]唐洪剛，高云鵬，孔思達，等.BIM技術在裝配式建筑設計中的應用[J].貴州大學學報（自然科學版），2020，37（02）：61-65.

[2]云強，高健鷹，胡棟.基于BIM技術的裝配式建筑施工組織設計研究[J].建筑施工，2019，41（11）：2094-2096.

[3]陳玲鈺，張朝弼，姜冠岫，基于BIM與RFID技術的裝配式建筑全壽命周期管理[J].重慶建筑，2020，19（03）：18-19.

[4]謝娜.BIM技術在裝配式建筑設計與運維管理中的應用[J].工業設計，2019（12）：92-93.

[5]曾昭敏.基于BIM的裝配式混凝土建筑構件系統設計分析與研究[J].建筑技術開發，2019，46（23）：1-2.