BIM技術在裝配式混凝土結構工程中的應用

沈陽城市建設學院，遼寧 沈陽 110167

1 裝配式砼結構和BIM技術概述

1.1 裝配式砼結構

在裝配式建筑中，裝配式砼結構有著重要地位，在建筑項目生產、加工過程中，選擇砼材料作為預制件材料，這是施工活動中的核心內容，借助安裝施工建設完整的建筑，不僅涵蓋砼結構，還涵蓋剪力墻等結構形式。裝配式砼結構的制作安裝等方面管理工作較復雜，涵蓋多種類型的預制件，管理現場人員及施工設備的難度較大。另外，裝配式砼結構的質量管理、成本控制等方面的難度較大，由于設計和施工活動無法保證一致性，尤其在大型裝配式砼結構方面，各個預制件在安裝過程中可能出現沖突問題，因此需要精準設計。

1.2 BIM技術

BIM技術是基于信息化與數字化的發展模型，其借助構建的3D模型并根據數據庫形式為工作人員提供全新的建筑模式。通過數據庫可以儲存建筑工程數據與信息，借助數字虛擬仿真技術還具有可出圖、可視化以及可模擬等特點，為使用者、施工企業、建筑企業、供應商、設計單位以及物業單位等提供統一的信息。在實際應用中，BIM技術憑借自身模型化與參數化等優勢在裝配式砼結構項目設計、施工等各個環節得到了廣泛應用，同時促使不同單位的數據信息實現共享。

2 應用案例

2.1 工程案例

S工程是S市W路項目，為住宅工程項目，抗震設防烈度設計7級結構的安全等級設計二級。S工程一期的裝配式住宅總計6棟，選擇剪力墻結構，丹東裝配式砼結構建筑的高度設計為93.11m，總計31層，面積設計為13470.1m2。裝配式構件涵蓋預制樓梯、預制墻以及預制樓板等。

2.2 鋼筋深化設計中BIM技術的應用

（1）鋼筋排布。借助BIM技術開展砼預制件的鋼筋排布工作過程中，應該建立同預制件3D模型，結合設計圖紙要求布設鋼筋。將鋼筋形狀載入Revit中，根據設計標準進行鋼筋放置，深化設計鋼筋錨固長度與彎錨方向。S工程深化設計疊合板鋼筋過程中，需要建立預制板模型，其規格是3830mm×2475mm，厚度為60mm，選擇C30砼材料。為了對現澆層砼與預制層砼進行連接，促使構件符合安裝、運輸等環節的構件開裂剛度標準，桁架鋼筋設計5根，布置間距為500mm，疊合板外露鋼筋長度為37mm。其中，上弦筋與下弦筋選擇C10規格，腹桿鋼筋選擇A6規格，間距為100mm，采用焊接方式使桁架鋼筋成型。借助Revit軟件建立深化設計3D模型，排布疊合板鋼筋，并對鋼筋排布合理性進行檢查，避免交叉問題。

（2）鋼筋碰撞檢查。在建筑項目中，由于會使用大量各種類型的鋼筋，因此可能會發生鋼筋碰撞現象。特別在排布預制構件鋼筋過程中，極易忽視現澆位置和預制構件連接點鋼筋的碰撞問題。借助BIM技術建立鋼筋與建筑模型，能夠借助Tekla Structures的碰撞校核功能開展鋼筋檢查工作，完成碰撞檢查工作之后，該功能會列出全部碰撞問題，進而按照該結果開展檢修工作（見圖1）。

圖1 現澆位置和預制墻鋼筋節點的BIM模型

2.3 預留深埋深化設計中BIM技術的應用

對于裝配式建筑，需要開展構件預埋與預留設計工作，各環節設計工作較為復雜，若忽視某個環節，則會引發矛盾，影響設計效率，進而影響裝配式建筑實際設計效果。

（1）管道孔洞預留。孔洞預留一般體現在廚衛預制疊合板方面，為了避免管道在穿樓板過程中出現二次開鑿施工，S工程針對排水孔洞進行深化設計過程中，按照管道施工圖紙，充分考慮了管道管徑以及布設位置，并通過BIM軟件整合了已經構建的機電、鋼筋與土建模型，采用3D開洞技術確定了孔洞直徑、布設位置，同時導出了圖表使各個構件開的直徑、位置等信息更加明確。預制構建孔洞位置與形狀會影響鋼筋布設位置，而在3D模型中能夠直觀凸顯鋼筋敷設和預留位置的矛盾，進而及時通過BIM軟件進行調整（見圖2）。若鋼筋位置和預留孔洞出現錨段，則在深化設計過程中需改變鋼筋形狀，以此滿足孔洞預留位置要求，進而保證管道施工順利開展。

圖2 預制板管道孔洞預留的深化設計

（2）預埋件。因為砼預制件存在截面尺寸限制，所以需要保證砼預制件的預埋件能夠精準地進行深化設計，完成設計、加工等工作后，即確定了預埋件位置，無法隨意變動。因此，需要合理設計預埋線盒的深度與高度，防止線盒出線口與進線口被預制層覆蓋，進而影響后期線纜穿設施工作業。開展深化設計工作時，應該結合設計圖、裝修深化圖等對預埋線盒位置進行合理定位，以保證電氣管線可以在后期施工中順利銜接。模塊化設計工作結束后，可選擇Magicad、MEP等建模軟件建立電氣模型，并向結構構件模型進行導入處理，可直接借助模型互導，載入Tekla Structures板塊中，按照相關人員要求，確定對線和位置。開展預制墻深化設計工作時，應該進行斜撐套筒預埋。開展施工作業過程中先按照平面布置圖將斜撐埋件預埋到板中，再進行預制墻吊裝。由于借助2D圖紙無法將預埋件和斜撐連接情況直接地反映出來，因此一旦斜撐套筒和平面圖中斜撐埋件出現位置偏差問題，將難以順利開展現場施工活動，而借助BIM軟件進行3D模型構建能夠對兩者對應情況進行檢查，在發現位置偏差后對斜撐位置進行及時調整。

2.4 構件連接點深化設計中BIM技術的應用

（1）預制樓梯。在S工程中，預制梯梁和梯段連接節點選擇高端支承進行固定鉸支座設計，低端支承進行滑動鉸支座設計。在樓梯梯段位置進行預留口設計，通過C級螺栓連接梯梁，將鋼筋錨固板設置在螺栓下段，同時進行孔邊加強筋設置，在梯梁和梯段位水平縫位置鋪設水泥砂漿，將聚苯板填充到高端梯段和垂直梁的縫隙，地段梯段不需要進行材料填充。

（2）疊合板和剪力墻連接節點。疊合板和剪力墻可以通過不同方式進行節點連接，文章主要介紹S工程中預制板無外伸底板縱筋中間部位剪力墻支座墻體和預制板之間連接節點。在連接預制構建過程中，應該添加A8構造筋，鋪設間距為300mm，同時對水平后澆帶與底板連接進行縱向筋設置，剪力墻豎向鋼筋通過套筒灌漿方式進行連接。

2.5 安裝模擬中BIM技術的應用

對于裝配式砼結構工程而言，開展施工活動時會應用大量砼預制構件，同時存在工序銜接緊以及工序交叉多等難點。然而借助BIM借助可模擬砼預制件的吊裝施工工作，通過BIM軟件模擬吊裝動畫、渲染場景，創設真實吊裝環境，進而對各個吊裝方案進行模擬，施工企業能夠按照模擬結果確定最后施工方案，同時借助BIM可視化功能讓建筑工人對吊裝工序進行深入了解，保證吊裝順序準確性。

（1）模擬預制板吊裝。為了提高吊裝施工有序性，借助BIM軟件可對砼預制吊裝順序進行模擬。通過集合管理對疊合板和其他工具進行集合構建，通過Animator進行場景創設，針對集合進行動畫集創設。起吊疊合板過程中，需要盡量控制非預應力方向的自重彎矩問題，開展吊裝施工時應該保證各點受力的均勻性，提高吊裝穩定性，與吊裝位置相距1.5m時對疊合板位置進行調整。

（2）模擬預制墻吊裝。通過Revit軟件拼裝模型，向Navisworks導入“.dwf”文件，進行吊裝模擬動畫制作。選擇施工墻板，進行集合創設，通過Animator進行場景創設，針對集合進行動畫集創設。在與板相距1m的位置，減小下降速度，保證下放孔和鋼筋充分對應，完成對準工作后，緩慢下降預制外墻。進行斜支撐動畫集創設，此時斜支撐的出現節點就是板就位時間節點。

3 結束語

總之，在裝配式砼結構中，BIM技術具有重要作用，其能夠保證工程設計環節和施工環節有效對接。通過BIM技術可以保證設計、吊裝等環節充分配合，進而有效提高工程質量。因此，施工企業需要加大裝配式砼結構建筑中BIM技術的應用力度。