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

陳黎明

摘要：裝配式建筑是將建筑所需的零部件在工廠內(nèi)統(tǒng)一制作，然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行吊裝，既優(yōu)化了工期，又提高了建筑工程的設(shè)計(jì)和施工效率，降低了人工成本，促進(jìn)了標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略在我國的實(shí)施，因此對(duì)其進(jìn)行深入研究是非常必要的。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來越多的新技術(shù)、新工藝被應(yīng)用到建筑中，其中BIM技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。在此基礎(chǔ)上，本文首先分析了BIM技術(shù)的概念，然后討論了BIM技術(shù)在裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢，最后討論了具體的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);預(yù)制混凝土;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);應(yīng)用程序

1 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)是當(dāng)前施工中解決構(gòu)件加工和施工中遇到的主要問題的一種切實(shí)可行的方法。BIM技術(shù)在建筑業(yè)的發(fā)展過程中，既解決了零件加工、施工等諸多問題，又能有效地降低工程造價(jià)的浪費(fèi)。另外， BIM技術(shù)還能對(duì)參數(shù)化后的相關(guān)模型進(jìn)行最佳化設(shè)計(jì)，對(duì)提高工程質(zhì)量有很大的幫助。

BIM技術(shù)為預(yù)制砼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了具體的工藝參數(shù)及工藝規(guī)范。通過 BIM技術(shù)，可以清楚地看到整個(gè)建筑的各個(gè)細(xì)節(jié)，從而使混凝土在施工項(xiàng)目的預(yù)算中得到最大程度的利用，這對(duì)于改善施工項(xiàng)目的施工質(zhì)量具有重要意義。

2 BIM技術(shù)在預(yù)制工程施工中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1可控工期

在建筑設(shè)計(jì)的預(yù)制化階段，以 BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，以構(gòu)件庫為基準(zhǔn)，加強(qiáng)設(shè)計(jì)單位和施工單位之間的協(xié)調(diào)，將重點(diǎn)放在生產(chǎn)流程上，使設(shè)計(jì)流程更加合理。利用 BIM技術(shù)進(jìn)行三維虛擬模擬，引入了時(shí)間與人力資源的概念，并適時(shí)地引入了人工、材料、施工等因素。

利用 BIM技術(shù)對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行了詳細(xì)的分析，實(shí)現(xiàn)了人力、材料等資源的高效分配，從而達(dá)到了節(jié)約投資的目的。比如，應(yīng)用 BIM技術(shù)建立了一個(gè)三維的建筑工程模型，對(duì)各個(gè)過程的人力、物力、材料等數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，從而減少了施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2設(shè)計(jì)和施工一體化

BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，能有效地解決建筑工程設(shè)計(jì)中存在的缺陷，提高其準(zhǔn)確性和覆蓋面。在主體工程中，針對(duì)具體情況，對(duì)各個(gè)檢驗(yàn)階段進(jìn)行了審查，并在平面、結(jié)構(gòu)和預(yù)制 BIM模型的基礎(chǔ)上對(duì)各個(gè)裂紋進(jìn)行了仿真。另外，在 BIM設(shè)計(jì)中，根據(jù) BIM的數(shù)據(jù)，進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算、測試，直到建立起較為完備的 BIM信息模型，從而為 BIM的設(shè)計(jì)提供了參考。

2.3三維技術(shù)推廣的實(shí)施與發(fā)展

在工程建設(shè)過程中，為保證工程質(zhì)量，在工程建設(shè)中不能進(jìn)行大量的工程實(shí)踐。因此，在對(duì)工程施工進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，必須對(duì)工程的具體特點(diǎn)、技術(shù)要點(diǎn)及難點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致的分析，以推動(dòng)工程的三維技術(shù)形式的優(yōu)化，特別是對(duì)箱體注漿、基礎(chǔ)復(fù)合支護(hù)等多種構(gòu)件的優(yōu)化。通過 BIM技術(shù)與工程實(shí)例相結(jié)合，可以有效地提高施工企業(yè)的技術(shù)效能。

在裝配式建筑工程中，質(zhì)量問題是一個(gè)備受關(guān)注的問題。但是，我國在工程建設(shè)上起步較晚，技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)還不夠完善，若按原有的方法進(jìn)行施工，會(huì)造成許多問題，特別是在關(guān)鍵部位的鋼筋質(zhì)量無法滿足實(shí)際需要。

對(duì)勞務(wù)團(tuán)隊(duì)而言，三維建模可以幫助他們確定施工的具體內(nèi)容和需求，確定影響施工的因素，并據(jù)此制訂出合理的施工控制措施，實(shí)現(xiàn)施工的規(guī)范化。

3 基于BIM技術(shù)的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路

在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中引入 BIM技術(shù)是非常必要的。同時(shí)，按照模塊化、規(guī)范的要求，設(shè)定相應(yīng)的預(yù)制構(gòu)件。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)構(gòu)件選取的準(zhǔn)則，對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化，構(gòu)建了一個(gè)三維可視化的模型，便于工人對(duì)整個(gè)建筑物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的認(rèn)識(shí)，從而進(jìn)一步提高了設(shè)計(jì)者的工作效率，為工程實(shí)踐提供了有益的參考。

為進(jìn)一步提高 BIM技術(shù)的使用效率，必須對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、快速組裝，并對(duì)待組裝施工進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃。在系統(tǒng)上安裝了存儲(chǔ)器后，就可以通過目錄文件對(duì)每一棟大樓的功能進(jìn)行細(xì)致的研究，從而幫助用戶迅速找到檔案。

利用 BIM技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了基于 BIM的組裝模式，從而確保了產(chǎn)品的組裝精度和生產(chǎn)效率。在預(yù)裝完成后，可以將模型輸入到分析軟件中，對(duì)其進(jìn)行受力分析，并對(duì)其進(jìn)行仿真。利用 BIM技術(shù)，可以在任何時(shí)候?qū)?gòu)件編程中的施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而大大縮短了建模的時(shí)間和精度。在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析之后，可以畫出建筑物的草圖，用傳統(tǒng)的方法來表示，也就是構(gòu)造圖。

同時(shí)，構(gòu)件創(chuàng)造者所寫的設(shè)計(jì)可以劃分為系統(tǒng)族、可變族、固定族等多種類型。構(gòu)成零件庫的每一個(gè)獨(dú)立的文檔，都能按照零件庫中的技術(shù)過程進(jìn)行歸類和編輯，以便于以后的瀏覽和檢索。對(duì)其進(jìn)行技術(shù)分析，提出了相應(yīng)的模塊化、規(guī)范化，既能為具體工程提供詳細(xì)的設(shè)計(jì)圖紙，又能將其引入到系統(tǒng)中，提高其設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，避免以后的工程運(yùn)行受到影響。

3.1設(shè)計(jì)理念

在此部分，以 BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，通過對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和信息整合，獲得大量的預(yù)制構(gòu)件信息，以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建出各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件庫。另外，由于要進(jìn)行各種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，可以從產(chǎn)品庫中直接挑選出需要的特殊部件，從而極大地方便了設(shè)計(jì)者進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。這樣既能提高設(shè)計(jì)者的工作效率，又能極大地提高設(shè)計(jì)者的工作效率。但是，有關(guān)設(shè)計(jì)者對(duì)于預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)特征，應(yīng)根據(jù)市場的實(shí)際需求，制定有針對(duì)性的預(yù)制構(gòu)件。這一方法可以有效地推動(dòng)預(yù)制砼結(jié)構(gòu)的開發(fā)。

3.2利用Autodeskrevit軟件進(jìn)行3D可視化建模

在此基礎(chǔ)上，通過Autodeskrevit軟件，實(shí)現(xiàn)了二維圖形的三維可視化，并依據(jù)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，構(gòu)建了具有高技術(shù)集成性的結(jié)構(gòu)的所有組件。在工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，采用從工程材料庫中直接選取標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，可以有效地提高工程設(shè)計(jì)人員的工作效率。三維可視化的預(yù)制結(jié)構(gòu)模型可以幫助設(shè)計(jì)者與建筑工人進(jìn)行溝通，并計(jì)算工程的數(shù)目。

3.3 TeklastStructure在復(fù)雜裝配結(jié)構(gòu)接頭中的應(yīng)用

TekLastStructure是一款專業(yè)的三維建筑造型軟件，同時(shí)也是世界上最早的一套基于設(shè)計(jì)理念、詳細(xì)設(shè)計(jì)、制造和裝配的工程信息模型。采用鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)軟件對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維建模，并在此基礎(chǔ)上編制了相應(yīng)的設(shè)計(jì)圖紙。通過對(duì)鋼件進(jìn)行三維實(shí)體模型的建模，使其具有直觀的視覺效果，從而提高了生產(chǎn)和裝配的效率。

3.4二次軟件開發(fā)

通過對(duì)Autodeskrevitstructure的二次開發(fā)，可以極大地提高設(shè)計(jì)的效率和縮短設(shè)計(jì)周期。然而，在二次開發(fā)中，系統(tǒng)族部件的內(nèi)容只能被裝入到原始文檔中，無法被轉(zhuǎn)換和修改。所以，在開發(fā)過程中，必須確保這些文檔的正確性，防止其丟失。預(yù)制的混凝土結(jié)構(gòu)部件一般被儲(chǔ)存在一系列的文檔中，目的是為了改善工程的質(zhì)量和使用壽命。

3.5住房和個(gè)人電腦產(chǎn)業(yè)化

住宅建筑是人類生活的一個(gè)重要組成部分。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，住宅工程的工業(yè)化進(jìn)程日益加快。住宅建筑的整體設(shè)計(jì)需要采用混凝土結(jié)構(gòu)的施工原理。施工部件要按照規(guī)范的要求進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并按照設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行生產(chǎn)。而在生產(chǎn)中，要盡量做到對(duì)環(huán)保物料的合理控制，使用工藝、材料，以達(dá)到降低污染、浪費(fèi)的目的。要對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行合理的計(jì)劃，確保各工序的正常運(yùn)行，并提高零部件的質(zhì)量。部件制作完畢后，項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)件將根據(jù)房屋的設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，并將所有的標(biāo)準(zhǔn)件裝配到一個(gè)3D可視化的模型中。

結(jié)語

在 BIM技術(shù)的幫助下，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法得到了越來越多的發(fā)展。建筑產(chǎn)業(yè)已成為我國建筑業(yè)發(fā)展的重要趨勢，以有效地降低建筑資源的浪費(fèi)、推動(dòng)技術(shù)革新、改善工程質(zhì)量。BIM技術(shù)作為一種重要的工業(yè)化技術(shù)，可以有效地促進(jìn)預(yù)制砼結(jié)構(gòu)的建設(shè)，特別是住宅產(chǎn)業(yè)化，可以有效地促進(jìn)建筑業(yè)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]許多.BIM技術(shù)下預(yù)制裝配式混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析[J].工程技術(shù)研究，2017（12）：219-220.