BIM 技術在裝配式建筑施工過程中的應用

何祥祥，闞欣嘉，熊郁震，顧鎮媛

（1.南通市建筑設計研究院有限公司，江蘇 南通 226001；2.南通大學交通與土木工程學院，江蘇 南通 226019；3.上海友邁工程技術咨詢有限公司，上海 201821）

0 引言

面對我國提出的創新建筑業發展方式、促進建筑業轉型升級的要求，建筑信息模型（BIM）技術應運而生[1-4]。BIM 技術是指以三維數字技術為基礎，集成建筑工程項目中諸多相關信息的工程數據模型，基于此對項目進行設計、建造和運維管理的一種應用于建筑工程領域的信息技術[5-7]。裝配式建筑是支撐“智慧城市”建設的重要技術之一，具有提高建設效率、縮減項目周轉成本、節能減排、綠色環保等明顯優勢。現代BIM 技術的引入，促進了裝配式建筑在項目周期設計、施工、運維等各階段的信息共享，打破建筑業各專業之間的隔閡，加強了項目的預算控制和壽命周期的管理，使得裝配式建筑擁有更加穩定的發展空間。

在設計階段，BIM 技術可深化設計方案，可視化地修改構件狀態，從而更加精準快速地繪制三維模型；可提供正確的決策，降低設計階段錯誤率；可便于招投標預算，降低建設單位的投資；也可以對設計圖紙可行性進行論證，分析建筑各個專業的性能，進行綠色設計評估等。

在施工階段，可運用BIM 5D 技術來完成施工進度、施工流程等模擬；可進行碰撞檢查，合理安排施工各專業進場順序；可實現實時現場監控，提高安全系數、施工進度，從而控制施工成本、工期和施工質量。

在運維階段，可隨時觀測構件是否出現問題并進行維護修理；可通過BIM 模型進行防災規劃，提高反應效率和降低安全風險；可進行資產管理，為建設項目增值帶來大的收益；也可記錄空間的利用情況，實現項目空間的全過程管理。下文通過實例介紹BIM 技術在裝配式建筑施工過程中的應用。

1 工程簡介

本工程為北京市某公租房項目，裝配整體式剪力墻結構，共14 層，層高為2.8m，總高度為43.7m，建筑面積約為12400m2，設計使用年限50 年，地面粗糙度為B 類，抗震地震設防烈度為Ⅷ度，設計基本地震加速度為0.2g，場地類別為Ⅱ類，地震設計分組為第一組，結構阻尼比為0.05。建筑使用年限分類為三類，防火設計的建筑分類為高層二類，其耐火等級為一級，主要屋面防水等級為Ⅰ級。

2 BIM 設計

2.1 CAD 圖紙載入與建模

將預先處理好的CAD 樓層圖載入Revit 中，通過拾取軸線來快速建立軸網，并建立模型。在布置樓板時可選用自動布板，樓梯間可以單獨刪除樓板，電梯間布置板厚為1mm 的虛板。當有異形板或是布不上板的情況時可選擇角點布板，在繪制過程中發現需要按照先豎向再橫向的順序點擊開間的四個角點，不然會出現軟件閃退的情況。

2.2 荷載輸入與預制構件指定

按照規范要求布置樓板恒活荷載，屋頂層的梁不承擔相同的重量，有選擇地刪除荷載后將女兒墻當荷載布置在外墻上。

2.3 計算模型確定與檢查

指定好預制構件才能開始計算模型，點擊模型導出，生成GSSAP 數據，注意目標文件夾與軟件所在位置一致，否則會出現無法計算的情況。根據模型選擇結構樓層導出進行樓板磚混次梁計算，點擊數據檢查查看是否有錯誤彈出，如有則根據提示修改直至無誤。接著進行較為重要的通用計算，查看給出的各參數信息是否復合要求。對于超筋超限文件中的警告進行模型調整，如增大構件的截面尺寸，提高材料強度等，直至無超筋超限警告。

2.4 施工圖生成

完成模型計算，點擊平法配筋，將彈出的警告一一修改。點擊自動成圖，在CAD 中生成DWG 圖，對模型進行配筋；檢查平法警告，若先前不修改錯誤可點擊警告定位修改，最后是校核審查，直至所有的錯誤都被修改，最后到Revit 界面點擊生成施工圖。在施工圖控制參數中修改參數，生成DWG 圖，調整設置出圖習慣，最后對施工圖進行修改和整理，同步至GSrevit，然后進入軟件生成施工圖。

2.5 數據驗算

在輸入軟件計算前確認構件布置的位置和建筑圖的位置以及布置關系是否準確，確保符合規范以及不影響正常使用，對于梁板荷載計算值以及荷載形式進行進一步驗算，確認無誤后輸入計算，使用GSrevit 進行結構計算，分析模型是否正確。在確認所有工作完成之后進行結構計算，也就是使用廣廈CAD 模型導出命令中的生成GSSAP 計算數據，在廣廈CAD 主頁中選擇通用計算GSSAP 進行結構計算，完成結構計算，然后點擊查看文本方式可以查看超筋超限警告，通過超筋超限文本警告提示的超限信息對模型做出相應調整。可以通過下列步驟解決：①根據警告后給出的規范條文，首先弄明白該公式控制的是哪些指標，是抗剪超筋，還是剪扭超筋，還是其他問題等。②弄清楚屬于什么超筋之后，再根據公式中的參數作出相應的調整，有時候單獨只調整有錯誤的警告是無法完全解除警告的，要學會分析為什么梁會超限，是否是周圍的構件布置不合理導致傳力過大等，再對整體結構進行調整。③導致超限的原因有許多，但根本原因就是結構布置方案不合理，需要調整模型。修改錯誤直到結果沒有出現超筋超限警告。即結構計算部分完成。點擊計算書即可輸出結構計算的結果。

周期比在建筑中，是判斷結構扭轉效應的重要指標。按照新《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ 3—2010）要求，該項目作為剪力墻結構，抗震設防烈度為Ⅷ度，層高2.8m，屬A 級高度高層建筑，所以周期比應不大于0.9，本項目周期比為0.7799，滿足規范要求。

根據《建筑抗震設計規范》（GB 50011—2001）5.5.1 條和《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ 3—2010）（簡稱《高規》）3.7.3 條的規定，剪力墻結構樓層層間最大位移與層高之比的限值為1/1000，本項目所有工況下最大層間位移角均滿足規范要求。

根據《高規》5.1.13 條，各振型的參與質量之和不應小于總質量的90%。由計算可知X 向平動振型參與質量總計是93.22%，Y 向平動振型參與質量總計是92.85%，均滿足振型要求。地震作用下結構內力計算均滿足規范限值要求。

3 裝配式設計

3.1 裝配式拆分設計

在結構施工圖的基礎上，完成標準層的裝配式設計，選擇一字型、L 型、T 型豎向后澆段節點各一個；一個完整的預制墻與疊合板連接節點；一個完整的樓梯連接節點。

在輸入構件時可以將一些異形的或是長度不符合要求的墻進行拆分，以便批量生產相同尺寸的構件。

在進行板的拆分時，要注意規范要求板跨不得超過6m，點擊裝配式設計中的板并對其尺寸、板縫寬度修改布置。預制梁，預制墻等要求的構件都可通過載入族文件修改尺寸和調整位置來進行布置。

3.2 預制構件深化設計

試完成一塊單窗預制外墻、一塊內墻、一塊疊合板、一塊陽臺板和一塊樓梯的深化設計。除了選取已經建立好的構件進行深化設計之外，還能用族文件達到相同的效果。圖1 為某疊合板深化設計。

圖1 疊合板構件深化設計（單位：mm）

深化設計時可打開之前的模型選擇預制構件，將其復制后新建一個結構樣板進行深化。深化預制墻先點擊排布墻筋，勾選自動生成施工圖，注意鋼筋信息與構件信息一致。脫模計算就是計算構件在脫模瞬間需要克服的阻力，將混凝土的容重改為26kN/m3，吊點設2 個，吊裝計算的這些參數與脫模計算相同。查看彈出的計算書重要參數是否滿足要求，若不滿足則修改信息。

兩個計算結束后查看生成的施工圖，內容包括配筋圖、三維配筋圖、剖面圖和鋼筋表。對施工圖的圖名位置進行修改；剖切線按照個人習慣只留下剖切線；取消鋼筋表的空格以致美觀。最后添加圖框完成設計。

3.3 生產工藝流程模擬

以一塊單窗外墻和一塊疊合板構件為例展示生產工藝流程動畫操作流程。預制外墻板的生產工藝如下：清理模臺→噴脫模劑→組模→埋件安裝→混凝土一次澆筑及振搗→安裝擠塑板和連接件→安裝鋼筋網片→混凝土二次澆筑及振搗→養護拆模。相對于墻體而言，疊合板只需要一次混凝土澆筑，工藝相對簡單。

3.4 施工場地布置

根據工程概況資料，完成擬建建筑，施工用機械設備，工程主材加工、堆放場地，辦公用房，生活用房，變配電設施、消防設施，場內道路、圍墻、工地大門和文明施工、綠色施工等措施布置。

在布置場地時遵循原則，嚴格控制在建筑紅線之內；平面布置盡可能緊湊合理，考慮減少施工用地；運輸路線保持通暢；盡量避免不同專業的施工相互干擾；符合現場衛生條件和安全技術所要求的防火規范等。

3.5 施工工藝流程模擬

預制外墻安裝流程如下。抹找平層→外墻板就位→外墻板臨時固定→插油氈條、聚苯條、塑料條→插節點構造鋼筋→鍵槽鋼筋焊接，澆注混凝土→外墻板底部捻干硬性水泥砂漿→拆除外墻板臨時支撐。

疊合板吊裝前要先定位設置好硬架支撐，按預留吊點位置起吊，按設計支座位置緩慢到位后再調整擱置長度。

預制樓梯吊裝前先檢查各處標高，以及預埋件的位置和完整度，試吊時的高度不超過1m。臨時固定以及設置踏步角保護等，待軸線和標高確認無誤后設支撐，最后卸吊索。現澆節點施工工藝：清理→模板支設→底部澆筑50~100mm 厚與混凝土同配合比的水泥砂漿→混凝土分層連續澆筑，隨澆隨搗→養護→拆模。

限于篇幅，僅列出裝配式建筑三維模型整體施工動畫模擬，如圖2 所示。圖3 為工程施工場地漫游。

圖2 整體模型動畫

圖3 場地漫游

4 結語

BIM 設計涵蓋了裝配式建筑設計、生產、施工等多個環節中的工程應用。通過對該項目的結構設計、建筑拆分深化、裝配式虛擬實操以及各對應環節的流程模擬等任務，考核在裝配式工程中的對構件的拆分設計和深化能力，以及對預制構件生產和施工流程方案的掌握程度。Revit 軟件為人們提供了一個可進行模型優化、排布修改構件和配筋，在不斷熟悉結構和流程的條件下對施工進度、質量和資源進行管控的學習平臺。