基于BIM的裝配式混凝土建筑構件系統設計分析與研究

王海燕

【摘要】隨著城市建設的越來越好，建筑業的規模不斷擴大，傳統生產方式、生產工藝、生產技術已不能滿足城市發展的需求。預制裝配式混凝土建筑技術、BIM技術等現代建筑業技術獲得發展和應用，實現綠色、低碳、環保和可持續發展理念，成為促進建筑業轉型升級的必由之路。國家、省市相關部門相繼出臺一系列政策，推進預制裝配式混凝土建筑技術的研究與工程實踐，推進BIM技術在工程建設全過程的應用。相應地，如何將BIM技術應用于預制裝配式混凝土建筑中，已成為一個熱點研究課題。通過這兩項技術的有機融合，可以進一步產生良好的經濟效益和社會效益。

【關鍵詞】BIM;裝配式混凝土;建筑構件系統設計

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.19.049

近年來，國家大力提倡裝配式建筑，與此同時，已經具備了足夠成熟度的BIM技術在國內也興盛起來。BIM軟件是進行模塊化設計的，像搭積木一樣。這個搭積木的過程恰恰和裝配式建筑的做法一樣。BIM與裝配式的結合使得傳統的建筑行業變得更加信息化與工業化。

1、裝配式混凝土建筑結構的特點

1.1資源利用率高

裝配式工程建設有非常高的資源利用率，從節能方面看，有關部門將各種全新的材料引進來，如輕質預制內墻板具有很好的隔音效果以及保溫效果，使用時并不需要安裝過多室內空調和采暖設備，從而有效降低能源耗費。在節約土地資源方面看，裝配式混凝土建筑結構運用到高層建筑的施工中，能將區域內的土地資源更加充分的利用，有效地將土地集約化要求滿足，合理減少了建筑用地面積。從節省使用材料方面看，裝配式混凝土建筑結構使用的預制構件有明顯的工業化、規模化、集約化效果，將各種材料合理充分運用。另外，用戶使用裝配式建筑的時候，可以按照建筑設計狀況對組合框架梁進行有效的調整。預制工廠可以對用戶的每一個需求都進行深入的分析，凸顯輕質墻板劃分的關鍵性，同時使每個用戶的需求都能被滿足。合理加工地板、墻板，并讓具有較高專業素質的人員展開相關設計，合理融合建筑與裝修，最大程度上將房屋調整期間資源以及材料浪費的問題改善好。

1.2質量水平高

裝配式混凝土預制構件的生產基本都是在專業工廠中進行的，能達到工業化、標準化、生產系列化要求，規避了傳統生產過程中產生質量上的問題。例如，對單個構件進行加工的時候，工廠預制工藝并不難，沒有太多影響因素，在很大程度上保障了具體的工程建設質量。實行了集中預制模式之后，持續提升了工程項目的質量，確保了具體作業人員能合理把控混凝土構件配合比、砂石級配、鋼筋配筋。除此之外，有關管理人員應該積極進入實際施工現場，加強安裝全程的監督與檢查，提升建設質量。

2、BIM技術在設計過程中的應用

2.1基于BIM的結構設計

PC建筑結構的設計是系統工程，必須從結構設計的最初規劃開始，落實執行PC結構設計，并且貫穿設計全過程，實現PC結構設計。基于BIM的PC結構設計包括結構體系選擇、PC實施部位選擇、結構受力分析、構造設計等內容。（1）結構體系選擇。這屬于結構設計的首要任務，應根據建筑功能需求、項目的特點、政府的建設約束條件、國家規范的相關條文要求、預制裝配式建筑的標準要求、行業和地方標準要求，選擇適宜的結構體系。可基于BIM構建初步的方案模型，進行多方案比選，可采用框架結構、框架-剪力墻結構、筒體結構或剪力墻結構。結合建筑造型等特征，依據選擇的結構體系，可進一步確定建筑物的最大高度和最大高寬比等設計參數。此時，結構設計的BIM方案模型，基精度可以是LOD100-LOD150。（2）PC實施部位選擇。依據建筑功能分區的特點，結合政府對裝配率、預制率的剛性要求，同時考慮建筑物全生命周期功能彈性改造的可能性，初步選擇PC實施部位。可以在BIM模型上將相關裝配式范圍的構件賦予預制屬性，快速統計分析是否符合預制率和裝配率。（3）結構受力分析。基于PKPM，YJK，PCMAKER等軟件的三維模型受力分析，實現PC結構的荷載作用與結構計算。注意分析過程所涉及的規范和標準不同于現澆混凝土結構的有關規定，其中尤其要注意的是抗震設計的相關規定、附加承載力計算和相關系數的調整。這些前處理條件應采用裝配式混凝土結構的標準規定，輸入三維分析軟件的程序中，最終通過BIM結構分析，體現到PC結構設計的成果中。（4）構造設計。基于BIM模型進行精細化的構造設計，可利用BIM族庫減少設計工作量，在常用的族庫構件基礎上進行修改完善即可。

2.2基于BIM的協同設計

由于PC結構在施工現場靈活機動處理各專業問題的可能性較小，所有問題必須在設計階段充分考慮。而BIM技術平臺因其具有信息集成共享、可視化、參數化、可模擬性等特點，為協同設計提供了良好的條件。基于BIM在PC結構的協同設計，可達到以下價值和效果。（1）工程信息的集成共享。基于BIM平臺進行PC結構設計時，要求不同單位、不同專業的設計人員在同一BIM平臺上進行設計數據的鏈接、交換與共享，從而保證各專業的設計人員、構件生產商、項目管理人員和施工操作人員都能實時獲得最新協同設計成果，顯著提高信息溝通效率。（2）各專業間設計協調。建筑專業、結構專業、機電管線與設備專業、裝飾裝修等專業的BIM模型，通過模型整合，可以在同一個BIM平臺上展示共享。通過三維展示，提前進行碰撞與沖突分析，通過Navisworks等BIM軟件自動檢測出“錯、漏、碰、缺”的設計問題，促進設計人員及時糾正這些問題，保證設計階段的問題不帶到PC構件加工和安裝環節，從而保證PC結構的設計質量。（3）設計-生產-施工協調。基于BIM的綜合管控平臺，可以實現設計、生產和施工協調共享。BIM設計成果可以傳遞到生產和施工環節，同時，生產廠商和施工單位也可以在平臺上反饋加工和施工信息，用以修正完善設計成果，及時溝通協調。由于BIM平臺有自動出圖功能，可以將實時修改的BIM模型成果進行加工圖出圖，時刻保持圖紙與BIM模型的一致性。

結語：

在進行結構設計時如果不首先進行虛擬建造，在后續施工時往往會出現很多問題，而虛擬建造就離不開結構正向設計。結構BIM正向設計能夠做到以下幾點：不改變原有的設計流程，不改變原有施工圖的表達方法，提高了結構設計和結構施工效率。

參考文獻：

[1]王亞超，李俊峰，蔣世林，等.裝配式混凝土結構設計關鍵連接技術研究[J].建筑結構，2020，46（10）：91-94+106.

[2]曾建新.裝配式混凝土建筑結構施工要點的分析與探討[J].工程技術研究，2019，4（15）：22-23.

[3]林曉東.城市建設中的裝配式混凝土結構工程施工要點、難點分析[J].綠色環保建材，2020（6）：160+163.