BIM三維正向設計在裝配式結構設計中的應用

蘇恒宇 劉朋 季元

摘? 要：傳統的現澆結構由于效率低，不環保，不符合當前建筑工業化生產的特點，裝配式建筑逐漸凸顯其優勢，文章將裝配式結構設計與BIM三維正向設計相結合，介紹其概念、優勢和方法，并與傳統裝配式結構設計及BIM“逆向設計”進行比較，為BIM三維正向設計的應用起到參考作用。

關鍵詞：三維正向設計;裝配式結構;BIM

中圖分類號：TU318 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）34-0074-02

Abstract： Because the traditional cast-in-place structure is inefficient and not environmentally friendly， and does not accord with the characteristics of current architectural industrial production， assembly architecture gradually highlights its advantages. This paper combines assembly structure design with BIM three-dimensional forward design， introduces its concept， advantages and methods， and compares it with traditional assembly structure design and BIM "reverse design"， in order to play a reference role for the application of BIM three-dimensional forward design.

Keywords： 3D forward design; assembly architecture; BIM

1 概述

裝配式結構是建筑構件進行設計后實行模塊化劃分，在工廠中提前進行機械化生產然后運輸到現場進行拼裝的模式。BIM技術因其具有可視化、效率高、碰撞分析、施工模擬等優勢被行業廣泛認可，本文以裝配式結構設計為例，運用BIM三維正向設計方法，將BIM技術的優勢與裝配式結構設計相結合，可以進一步提升裝配式的精確度，優化設計信息，完成信息的互動和傳遞。

2 相關概念

2.1 基于BIM的裝配式結構設計

傳統的裝配式設計流程是以設計的二維圖紙為主要導向，大體流程是建設單位協同設計單位進行方案遴選、初步設計、施工圖設計、預制構件設計及生產、現場裝配施工。預制構件是根據設計師的拆分為主要依據，這種情況往往導致設計出來的構件種類過多，不利于建筑模塊化的生產，且裝配式結構構件拆分復雜，現場拼裝具有一定的難度，急需一種新的方法來完善裝配式，因此，就產生了基于BIM的裝配式結構設計。

與傳統裝配式設計流程不同，基于BIM的裝配式結構設計是以“預制構件庫”為導向，就是根據構件的類型、荷載大下、層高等條件將構件提前進行劃分，劃分要協同廠商的生產條件和設計要求，盡可能的減少劃分類型數量，并進行結構的安全分析，將構件統計好后放入構件庫，預制構件庫完成之后，進行BIM模型的創建與分析，完成裝配式的結構設計。

2.2 三維正向設計

目前的BIM流程主要是基于二維圖紙進行三維建模，也就是常說的“翻模”，這種方法是二維與三維的一個“轉化階段”，其實是一種“逆向思維”，而“三維正向設計”是先建好三維模型，根據三維模型導出二維圖紙，再進行后期的施工運營。

3 正向設計方法

（1）建立預制構件庫：預制構件庫是運用BIM進行裝配式管理的核心，后期裝配式結構BIM模型的設計都以此為基礎，這樣設計出來的構件符合工業化生產的要求，提高生產和設計效率，預制構件庫的關鍵是實現預制構件的標準化與通用化，標準化便于預制構件廠的流水線施工，通用化則可滿足各類建筑的功能需求[1]，預制構件庫的構件需要進行鋼筋實配與承載力、接縫和吊點的驗算，通過BIM技術可以直觀的查看構件的三維鋼筋配置。

（2）結構設計：三維正向設計方法包括梁布置、板布置、柱布置、剪力墻布置、基礎布置等，結構設計結束，BIM結構模型也隨之出現。

（3）結構分析：輸入結構的各種荷載條件，進行BIM結構模型的整體分析，確保結構設計的合理性和安全性。

（4）裝配式BIM深化設計：裝配式深化設計包括2大部分，第一部分是裝配式構件的拆分設計，形成裝配式BIM模型。第二部分是裝配式構件施工圖的深化設計。

裝配式構件的拆分設計是裝配式構件的重點，在預制構件庫創建完成后，根據需要直接調用預制構件庫的種類進行拆分設計。

裝配式構件施工圖的深化設計包括節點設計、吊裝圖設計、模板圖設計、組裝圖設計等，需要滿足結構的吊裝、運輸、施工荷載以及結構的整體安全性因素。深化設計人員需要根據要求進行設計，如吊裝需要驗算吊裝荷載，裝配式構件大多選用平吊方法，因此吊點的位置就極其重要，除此之外，吊具的承載力、吊裝點負彎矩等也需要設計驗算等，如遇調整過大的情況，還需要對拆分設計進行適當的調整，以便后期施工。

（5）BIM模型分析與優化：裝配式BIM模型及深化設計結束后，需要驗證結構模型是否滿足設計規范、裝配式結構要求等，通過BIM碰撞分析，綠色分析，結構復核等功能對結構進行進一步優化，直至構件合理滿足要求。

（6）出施工圖：BIM分析與優化結束后，基于BIM的可視化，可形成一套完成的二維及三維施工圖，任意點的構件外部與內部都可以隨意切換，直觀觀察。

（7）BIM施工模擬：基于BIM技術的優勢，進行建筑的施工模擬，交底，將裝配式BIM模型中的數據與其他數據協同，對現場施工進行指導，建立整體協同平臺，打通設計、生產和施工的壁壘。

（8）裝配施工：根據BIM施工模擬的指導，安排預制構件的生產、運輸和堆放，之后進行現場的裝配施工。

基于BIM的三維正向裝配式結構設計的流程如圖1所示。

4 應用

關于裝配式結構設計在BIM的應用主要有預制構件庫的建立、BIM模型的分析與復核、復雜節點的施工模擬、一體化協同平臺、現場施工信息的共享。前三條的內容在正向設計方法里有過解釋，本節重點介紹BIM裝配式一體化協同平臺及施工現場信息的共享與傳遞。

4.1 BIM裝配式一體化協同平臺

裝配式建筑一體化協同平臺主要是基于BIM平臺，完成預制構件的設計、土建設計、安裝設計、裝修設計、節點設計、細部設計、運輸與吊裝設計進行協同，完成全過程，全階段可視化、透明化、信息共享化的協同設計，一個專業修改數據信息，各專業及時共享，無縫銜接，一鍵生成計算書與施工圖，效率大大提升，可實現模塊化、參數化、標準化施工[2]。

4.2 施工現場信息的傳遞與共享

裝配式BIM模型可以指導裝配式現場施工，但是現場施工的另一個內容就是實現施工現場數據的及時傳遞與共享，做到裝配式BIM模型與現場施工裝配數據的互通與實時反饋，這里就需要運用到RFID技術，RFID簡稱無線射頻技術，是一種非接觸式的智能識別技術，BIM模型中的每一個構件都有唯一的ID和RFID編碼，RFID編碼對應施工現場的預制構件，即預制構件也有一個相對應的識別碼，包含生產商信息、構件類別、尺寸、位置信息、運輸單位等其他信息，通過閱讀器識別，運用中間媒介軟件搜集信息至BIM平臺，即可實時反饋現場狀態。裝配式與傳統現澆的區別就在于構件預制，因此構件的質量保證非常重要，通過BIM技術與RFID技術的結合，可以實現全過程監控，能隨時追溯構件的質量與安全問題，實現全壽命周期管理[3]。

參考文獻：

[1]葉軒.基于BIM的裝配式構件深化設計方法研究[D].廣西科技大學，2019.

[2]盧睿.基于BIM的裝配式建筑一體化協同設計[J].安徽建筑，2020，27（05）：159-160.

[3]張超.基于BIM的裝配式結構設計與建造關鍵技術研究[D].東南大學，2016.