BIM技術在裝配式框架結構深化設計中的應用

葛 琳 山東省輕工業設計院有限公司

目前，裝配式建筑在工程建設領域得到了廣泛應用，主要體現在減少能源損耗、提高工程施工質量等方面。從設計階段著手提高裝配式建筑的質量不僅有助于嚴格把控工程建設成本，還能為裝配式框架結構的深化設計創造良好的先決條件。現階段的裝配式構件深化設計大多由構件廠或深化設計單位負責，重點關注工程項目的建設高度、現場布局和立面設計等因素，確保其符合裝配式建筑施工要求，提高預制構件的標準化建設水平。

1 BIM 技術的具體應用

首先，針對預制、現澆混凝土結構建立BIM 模型時，必須保證預制構件的精度，其中施工階段的模型精度應以LOD400 為標準，確保預制構件的外甩鋼筋、預留槽口、預埋套筒大小和位置符合現場施工要求[1]。其次，實現預制構件組庫標準化，采取統一的方式命名構件制作方式，并在模型中建立最小單元，將所有設計參數固化后，還需要按照統一的分類方式處理命名規范、信息格式和制作方式等，在保證設計、質檢等管理信息存儲的完整性的同時，基于BIM模型提高信息之間的關聯性，并從整體上提高建模效率，進一步完善具有可行性、可推廣的模型建立標準。最后，構建現澆結構模型。在建模前應明確現澆構件與預制構件之間的界限，以免出現重復計算工程量的情況，在此過程中還需要分析預制構件外甩鋼筋、預留鍵槽以及上部疊合處的輪廓，同時有效扣減現澆部分的體積，選擇操作簡便、計算最精準的方法建立現澆結構模型[2]。

2 BIM 技術在裝配式框架結構深化設計中的應用

BIM 技術在預制框架結構深化設計中的應用主要集中在圖紙校核與碰撞檢查兩方面。首先，在圖紙校核中應根據設計機構給出的預制構件深化圖紙以及BIM 工作站提供的建模標準，科學建立預制構件族的模型，有效降低模型精度對圖紙校核準確性造成的影響[3]。在施工階段應將模型精度控制在LOD400 以上，而梁柱核心區與屋面變坡處等關鍵節點同樣需要保證建模精度，以此為后續的碰撞檢查與三維節點演示工作奠定良好的基礎。當族庫建設完成后即可構建項目模型，從構件尺寸、類別等要素著手反推設計圖紙是否存在缺陷和遺漏，同時檢查校核預制構件族是否準確無誤，并將錯誤問題記載成文件形式，以此形成可供查閱的重要原始文件。其次，在建模完成后還需要對預制構件進行碰撞檢查，針對鋼筋與鋼筋、鋼筋與預制構件之間的碰撞進行深入研究，并將碰撞檢查報告提交給設計部門審核，通過這種方式保證預制構件加工生產的準確性，同時不斷調整預制構件吊裝施工的次序及施工方案。最后，在構件吊裝過程中，應在預制構件深化圖紙中確定疊合梁在梁柱節點處的吊裝順序，以梁高度為標準，先吊裝大梁，再吊裝小梁，并在同一高度下遵守普通梁吊裝先于外甩鋼筋上翻的原則，同時檢查該順序施工是否會引起某個別構件無法吊裝的問題，進而有效調整吊裝順序[4]。若調整后的其他構件在吊裝順序上發生了明顯變化，使得其他個別構件無法順利吊裝，則可以將這類構件調整為現澆構件。

2.1 預制構件拆分設計

根據現澆原則拆分疊合板時，可以將桁架鋼筋混凝土疊合板布置到面積相對較大的房間，而廚房衛生間則無需布置疊合板，以此滿足相應的防水要求。疊合板拆分尺寸應以設計圖紙為標準，確定模臺規格后，還需要充分考慮機械設備的運輸長度和寬度，其中疊合板寬度大多在3 m 以內，而長度則在5 m 以內。在疊合板的拆分過程中應遵循少規格、多組合的原則，有效減少模具使用量，提高生產效率的同時避免不必要的資源浪費[5]。此外，預計底板和梁、柱之間的搭接距離，應控制在10 mm 左右，結合外伸縱筋直徑、彎鉤形式、搭接或錨固長度確定雙向疊合板后澆帶接縫寬度后，即可將預制底板鋼筋直徑控制在8 mm左右，并且將后澆帶的接縫寬度控制在300 mm 左右。

在預制構件拆分設計中還需要保證塔吊的現場作業能力，避免施工現場發現構件運輸到位卻無法正常吊裝的問題，甚至產生大量返工損失。基于此，在設計初期必須綜合考量塔吊作業在深化設計中起到的影響，結合工程概況實時調整現場平面設計圖，同時選擇適合的塔吊型號，精準計算塔吊可承受的最大重量以及預制構件吊運的具體位置[6]。

2.2 建立現澆結構模型

基于Revit 軟件構建現澆結構模型時，應本著分層的原則建立結構模型，以便于及時將預制構件替換為現澆構件。優化參數設計時，還需要結合施工圖紙進一步確定預制構件的尺寸、規模等參數，并將其運用到Revit 模型，采用數模聯動的形式提高預制構件設計的有效性。在此基礎上還可以利用軟件中的計算系統精準確定預制構件的重量與承載性能，同時驗算吊燈、吊環等參數設計的合理性，真正為開展預制構件吊裝作業提供安全保障[7]。

在施工前進行三維模擬安裝時，還可以將預制構件融入模型中，第一時間發現構件尺寸、安裝標高存在的錯誤，及時處理各種錯漏數據，切實提高施工圖紙設計的準確性。建好構件模型后，還需要在BeePC 軟件中生成BOM 報表，并對預制構件的體積、鋼筋參數以及相應的附屬構件進行統計與整合，從而整體提高預制工廠的生產效率，加強設計和制作階段的一體化控制。

2.3 連接節點設計

連接節點設計具體包含以下3 方面的內容。

2.3.1 疊合板連接節點

在設計過程中，通常需要將單向板受力鋼筋分別錨入梁內，而非受力鋼筋則不必伸出，且單向板拼接處還需要避免發生抹灰開裂的問題。在單向板下部安置一個坡口后，即可在接縫前做好接縫處理工作。

同時，在雙向板周邊伸出鋼筋后還需將板鋼筋伸入梁內的長度控制在5 cm以上，并確保其超出梁中心線。將鋼筋搭接到后澆帶接縫處時，必須高度重視鋼筋避讓的問題，保證鋼筋避讓距離控制在合理范圍內，從而為后續鋼筋綁扎、搭接工作的順利進行奠定良好的基礎。將板和柱進行交接時，可以自動或手動完成切角處理，確保預制底板在柱內錨的長度在10 mm 左右，根據鋼筋錨入柱內的長度確定其錨入梁內的長度。

2.3.2 梁柱連接節點

疊合梁錨入柱內的長度尺寸大多是在10 mm，并以直錨的方式將底筋錨入柱內。若柱尺寸無法達到直錨處理要求，還可以利用彎錨或錨固板進行加固，并將端頭錨固板架入到中間支座。

實際上，預制構件深化設計不僅需要滿足規范性要求，還需要保證后續施工的便利性。在梁抗扭腰筋與底筋錨固作業中，應充分考慮預留抗扭筋可能對節點安裝帶來的影響，在梁端預埋抗扭筋后，通過搭接的方式安裝主梁，在梁柱節點處搭接柱箍筋，使其與梁抗扭腰筋相連接。

2.3.3 主次梁連接節點

在主次梁連接過程中可以選用鋼牛腿或挑耳構件，在后次梁鋪設一層支墊后，將預埋件安設在次梁開槽中，以免鋼筋在主梁后澆槽接口處中斷。將鋼筋接頭預埋到次梁后，還需要做好現場吊運與次梁安裝工作。對主梁混凝土進行澆筑時，可以將后澆段設在次梁端，并連接鋼筋與次梁鋼筋，從而為鋼筋焊接與綁扎工作的順利開展奠定良好基礎。

2.4 鋼筋避讓

安裝預制構件時，可能發生鋼筋位移或碰撞試驗無法開展的情況，而施工人員會選擇直接切斷碰撞鋼筋，但這也使得整個施工過程存在嚴重的安全隱患。鑒于此，在工程項目設計階段必須從整體角度出發考慮鋼筋與預埋件可能發生的碰撞問題。將BIM 技術運用到碰撞試驗工作可以在三維模型中檢查鋼筋與預埋件是否存在碰撞問題，進而在設計初期階段有效解決鋼筋碰撞問題。

首先，疊合板鋼筋避讓。當疊合板外伸錨入梁內鋼筋時，極容易發生疊合板與梁箍筋碰撞的問題，必須及時調整疊合板與鋼筋之間的距離，從而在源頭上解決疊合板與梁鋼筋碰撞問題。另外，預留在疊合板澆帶處的鋼筋也會發生各種碰撞問題，因此可將第1 根鋼筋的起始位置與另1 塊疊合板鋼筋的位置錯開。避讓鋼筋時，還可以利用自由板繪制功能，使鋼筋自動避讓線盒。

其次，柱梁鋼筋避讓。大多建筑項目需要將外立面中的梁邊與柱邊齊平，因此還需要保證梁角筋位置設置的合理性，一旦梁柱外側與鋼筋發生碰撞問題，則可以采用打彎處理方式避讓柱筋，但這也使得繪圖、構件制作的難度不斷增加。

基于此，可以通過配筋構造的方式將預制梁向外側加寬50 mm，從而達到建筑立面要求，有效避免梁角筋和柱筋發生碰撞問題。

2.5 預制構件出圖

預制構件出圖可直觀清晰地反映出深化設計成果，其中深化設計水平、出圖質量決定著預制構件的施工質量。

因此，當預制構件方案設計結束后可以將其一鍵出圖，全面展示深化設計方案中的平立剖面圖，并結合實際施工要求選擇最佳的剖面圖，不斷優化預制構件在制作、安裝等方面的設計深度。

3 BIM 技術在裝配式框架結構中的技術管理應用

BIM 技術在裝配式框架結構中的技術管理應用主要集中體現在其與技術方案的結合上，并對施工方案模擬中不合理的地方進行優化。BIM 技術可以將預制構件吊裝技術方案還原為三維動畫模型，使得技術方案中的每一道工序被直觀清晰地展示出來，以此達到動態管理技術方案的目的。在預制構件吊裝施工正式開展前，項目管理人員應嚴格審核吊裝方案，同時提供科學可行的整改意見，從而為吊裝作業的順利開展提供理論支持。若想確保驗證方案制定的精準性，還需要將方案模擬與現場操作進行對比分析，充分發揮施工方案模擬的技術優勢。

4 BIM 技術在裝配式框架結構中的生產進度管理應用

在裝配式混凝土框架結構中，利用BIM 技術進行生產進度管理時具體可從以下3 方面著手。第一，核對預制構件明細表。某工程項目的預制構件量為1300 ～1600 塊，為精準確定預制構件的數量，可以將BIM 構件明細表、BIM構件生產廠家數量清單、設計圖紙清單進行對比分析，以此保證構件數量的準確性。第二，科學布置現場環境。由于預制框架結構工程必須以足夠的構件堆放場地為支撐，同時嚴格遵守場地內的構件堆放標準。若現有塔吊無法滿足施工進度要求，還需要增設移動吊車輔助吊裝作業。現場施工與現澆結構穿插作業很可能對現場平面布置造成一定的影響，但利用BIM 技術進行現場模擬施工就能對現場平面管理實現動態化分析與管控，全方位展示出每一施工階段的場地變化，同時詳細記錄每一工況，真正為施工現場平面管理提供技術層面的支持。第三，動態化模擬車輛進出施工現場的實際情況。布置好現場平面后，即可在每一施工周期內動態管控場地布置情況，確保現場施工能滿足各種車輛同時運行的最大化需求，如構件運輸車、罐車、汽車吊以及鋼筋車輛等，以免其對道路運輸造成阻礙。在此過程中還需要按照生產進度，詳細規劃運輸車輛進場的路線。

5 BIM 技術在裝配式框架結構中的安全質量管理應用

BIM 技術在安全質量管理方面的應用主要集中在協同管理層面，BIM 工作站可以結合項目實際情況構建BIM構件族庫，確保其涵蓋預制構件、安全標準化防護等方面的內容，同時及時更新構件族庫，利用移動端設備了解現場驗收、巡查等環節中的構件模型，進而達到BIM 協同管理的目的。首先，實現智能協同管理。在進場驗收工作中可以借助各移動平臺控制預制構件的規模尺寸、預留預埋情況，同時校驗現場構件與模型是否一致，通過掃描產品二維碼來檢驗產品的合格率與使用的準確率。其次，安全協同管理。基于安全標準化模型不斷調整安全技術方案，保證安全保護材料的尺寸規格以及穿插作業的施工次序符合實際施工要求，同時整體提高預制吊裝作業的安全性。

6 BIM 技術在裝配式框架結構中的成本物料管理應用

精細化管理作為工程項目未來發展和建設的主流趨勢，在項目成本物料精細化管理中應用BIM 技術時，通常需要按照施工段劃分BIM 模型，并在此基礎上科學提取工程量，結合生產申報材料計劃做好輔助工作，將其與實際進場量進行對比分析，利用BIM 技術切實提高物料精細化管理水平。

7 結語

目前，BIM 技術在裝配式框架結構中的應用仍缺乏可供參考的實踐經驗，特別是該工程項目還涉及各種復雜的預制構件種類，并且在項目研究中還需要將BIM 技術與PC 技術進行有機結合。本文對項目模型建立到施工的全過程進行了探討，結合建模標準不斷完善裝配式框架結構深化設計，從技術、質量、安全、生產以及物料等方面著手分析了BIM 技術在裝配式框架結構深化設計中的具體應用，旨在利用BIM 技術將復雜施工節點可視化，站在技術層面更好地完成輔助項目管理工作。