BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用探討

摘 要：BIM技術(shù)是目前建筑設(shè)計中應(yīng)用的主流技術(shù)之一，其采用信息化管理手段，利用計算機軟件建立三維模型，進行建筑物的信息共享。合理應(yīng)用BIM技術(shù)可實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中各個專業(yè)之間的有效協(xié)同，達到減少設(shè)計人員工作量、提高工作效率的目的。在傳統(tǒng)的裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由于缺乏有效的信息共享和協(xié)同設(shè)計手段，往往會出現(xiàn)信息傳遞不及時、設(shè)計沖突等問題，嚴重影響了設(shè)計效率和質(zhì)量。而BIM技術(shù)的引入，為裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了革命性的變革。在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)，可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)專業(yè)與其他專業(yè)之間的協(xié)同，避免設(shè)計沖突和信息傳遞不及時等問題，進而提升裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計效率與質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；裝配式建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；碰撞檢查

中圖分類號：TU758" " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2024）06-0028-03

0 引言

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，建筑行業(yè)對綠色建筑和綠色施工的要求越來越高，設(shè)計水平也隨之提高。隨著 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的廣泛應(yīng)用，BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的優(yōu)勢日益凸顯，其不僅能夠提升裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，還能提高建筑質(zhì)量、降低成本、縮短工期。

傳統(tǒng)的裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法存在著一些問題，如設(shè)計效率低下、設(shè)計質(zhì)量不穩(wěn)定等。為了解決這些問題，應(yīng)用BIM技術(shù)成為了裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要發(fā)展方向。BIM技術(shù)是一種基于三維模型的建筑信息模型技術(shù)，它可以將建筑物的所有信息集成到一個模型中，從而實現(xiàn)對建筑物的全面管理和優(yōu)化。在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)，可以有效地提高設(shè)計質(zhì)量和效率。

1 BIM技術(shù)的相關(guān)概述

BIM技術(shù)是一種先進的建筑工程信息管理技術(shù)，它基于工程項目信息模型，通過集成化信息管理系統(tǒng)，在建筑設(shè)計、施工和運維等階段發(fā)揮著重要的作用。BIM技術(shù)的合理應(yīng)用，利于各項信息的有效整合，降低設(shè)計難度，使得各個參與方能夠更好地協(xié)同作業(yè)，提高工作效率和質(zhì)量。BIM技術(shù)還可以解決當前建筑工程項目中存在的信息不對稱、協(xié)調(diào)不一致等問題，提高最終的設(shè)計效果，為后期施工提供有針對性的指導(dǎo)和參考。

BIM技術(shù)是一種先進的建筑工程信息管理技術(shù)，它通過集成化信息管理系統(tǒng)，在建筑設(shè)計、施工和運維等階段發(fā)揮著重要的作用。它的應(yīng)用可以提高工作效率和質(zhì)量，解決當前建筑工程項目中存在的問題，助力裝配式建筑事業(yè)穩(wěn)健發(fā)展，

2 裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)的必要性分析

在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)用BIM技術(shù)是科學技術(shù)發(fā)展的必然選擇，也是建筑事業(yè)發(fā)展的必然趨勢.應(yīng)用BIM技術(shù)的必要性如下：①提高設(shè)計效率和精度。BIM技術(shù)是一項創(chuàng)新技術(shù)，在裝配式建筑結(jié)構(gòu)的三維立體化建模和預(yù)制部件的圖紙設(shè)計中都能發(fā)揮積極的作用，進一步提升了設(shè)計效率和設(shè)計精度。②實現(xiàn)信息化促進產(chǎn)業(yè)化。BIM與裝配式的結(jié)合，借助BIM技術(shù)三維模型的參數(shù)化設(shè)計，有效地提高了裝配式建筑的設(shè)計、生產(chǎn)效率和工程質(zhì)量，將生產(chǎn)過程的上下游企業(yè)聯(lián)系起來，真正實現(xiàn)以信息化促進產(chǎn)業(yè)化，并實踐著智慧建造的理念。③管線綜合設(shè)計與優(yōu)化。在裝配式建筑中，管線的綜合布置尤為重要。通過BIM技術(shù)，可以優(yōu)化管線和設(shè)備的排布，確保其布置合理，最大化使用空間，并降低成本。④復(fù)雜節(jié)點施工模擬。對于施工難度大、過程復(fù)雜的環(huán)節(jié)，如預(yù)制構(gòu)件的運輸與堆放等，可以使用BIM技術(shù)進行施工模擬和吊裝模擬。這不僅可以減少實際作業(yè)中的難題，還可以提前調(diào)整方案，降低損失。⑤構(gòu)件深化圖設(shè)計。基于標準化預(yù)制構(gòu)件，BIM模型可以對建筑構(gòu)件進行信息化表達，進一步細化和完善設(shè)計[1]。⑥整體信息管理與優(yōu)化。依托于BIM技術(shù)，可以優(yōu)化方案設(shè)計，充分發(fā)揮信息管理手段的優(yōu)勢，貫穿于建筑的全生命周期。通過建立三維建筑信息模型，可以及時發(fā)現(xiàn)潛在的不足，從而提高施工效率和質(zhì)量。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用要點

3.1 項目概況

某工程項目位于市中心區(qū)域，總建筑面積約為26萬㎡，其中地上建筑面積約為18萬㎡，地下建筑面積約為2萬㎡。本工程項目是由6棟高層住宅和2棟高層公寓組成的高層住宅小區(qū)，總建筑高度為66.7 m，建筑層數(shù)分別為7層、11層、12層以及15層，主要功能是提供居住。

本工程項目設(shè)計方案中將裝配式混凝土結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)，各構(gòu)件按照設(shè)計要求，在工廠預(yù)制完成，然后再將其運至施工現(xiàn)場進行安裝施工。本工程項目屬于高層住宅小區(qū)，屬于裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的高層住宅類型。在本工程項目設(shè)計過程中采用BIM技術(shù)，取得了良好的效果。

3.2 BIM軟件選擇

BIM技術(shù)主要是以計算機軟件為基礎(chǔ)，對工程項目進行三維建模。因此，在進行 BIM技術(shù)應(yīng)用時，要對 BIM軟件進行科學選擇，才能發(fā)揮 BIM技術(shù)的優(yōu)勢。當前，常用的 BIM軟件有 Revit、廣聯(lián)達等。Revit是目前較為主流的 BIM軟件之一，Revit具有專業(yè)的建模功能，可以實現(xiàn)裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建、碰撞檢查等工作。

在本工程設(shè)計中采用了廣聯(lián)達設(shè)計軟件，此種軟件是 BIM技術(shù)應(yīng)用較為廣泛的軟件之一，其主要功能是將建筑工程中各專業(yè)的設(shè)計圖紙進行整合，構(gòu)建三維建筑模型[2]。在對建筑工程進行建模時，可以通過廣聯(lián)達模型對不同專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計進行有效指導(dǎo)，避免出現(xiàn)各專業(yè)之間出現(xiàn)沖突和矛盾。

3.3 BIM建模方法的選擇

BIM技術(shù)常用的建模方法主要分為4種：正向設(shè)計、逆向設(shè)計、基于模型的方法以及協(xié)同設(shè)計。每種建模方法都有其獨特的特點和優(yōu)勢。大體積、大規(guī)模裝配式建筑工程，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，影響設(shè)計效果的因素比較多。因此在設(shè)計過程中，為保證模型的準確性與完整性，采用基于BIM技術(shù)的正向設(shè)計方法。BIM建模方法可以通過相關(guān)軟件或插件實現(xiàn)三維建模，并可將模型中的構(gòu)件信息實時反饋給設(shè)計人員，從而使設(shè)計人員可在施工前及時對所建模型進行調(diào)整，保證裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量[3]。

在進行裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需結(jié)合 BIM技術(shù)對構(gòu)件的尺寸、類型等進行分析，從而確定所建模型的類型。在確定好構(gòu)件類型后，需要將其應(yīng)用于施工圖紙中，以方便施工人員進行裝配式建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的拼裝。此外，還需對裝配式建筑結(jié)構(gòu)中的連接構(gòu)件進行分析與研究，確定其類型。在進行裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需將其與實際施工情況結(jié)合起來考慮，以保證其符合施工要求。

3.4 規(guī)范設(shè)計流程

雖然在裝配式建筑設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)具有很多方面的優(yōu)勢，但在實際設(shè)計中為最大限度上發(fā)揮出BIM的優(yōu)勢，還需結(jié)合實際情況，規(guī)范設(shè)計流程，分布設(shè)計，BIM技術(shù)的應(yīng)用主要包括以下5個步驟。

3.4.1 前期準備

根據(jù)裝配式建筑的特點和結(jié)構(gòu)形式，將 BIM模型建立在相應(yīng)的軟件上，對模型進行檢查與維護，確保模型符合標準，并將模型導(dǎo)入到相關(guān)軟件中。

3.4.2 建立裝配式建筑結(jié)構(gòu)三維模型

裝配式建筑結(jié)構(gòu)三維模型的建立可以有效地反映裝配式建筑結(jié)構(gòu)的空間幾何關(guān)系，利用計算機軟件對模型進行修改，達到完善模型的目的。

3.4.3 協(xié)同設(shè)計

在對裝配式建筑結(jié)構(gòu)立體化設(shè)計和修改中設(shè)計人員可以將相應(yīng)的信息導(dǎo)入到 BIM軟件中，如鋼筋、混凝土、預(yù)制構(gòu)件等，并對 BIM軟件進行設(shè)置，如定義構(gòu)件名稱，確定構(gòu)件的型號和特點，以免出現(xiàn)構(gòu)件混淆使用情況，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量。

3.4.4 拼裝模型

協(xié)同設(shè)計完成之后，以設(shè)計的標準和要求為基礎(chǔ)，進行BIM設(shè)計模型預(yù)拼裝處理。各裝配式結(jié)構(gòu)拼裝成一個完整的裝配式結(jié)構(gòu)模型之后，再將其導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)分析模型中，對設(shè)計好的裝配式結(jié)構(gòu)進行受力分析。在結(jié)構(gòu)模型受力分析中采用了Revit-Structure軟件，借助BIM系統(tǒng)來選擇族結(jié)構(gòu)，再結(jié)合實際設(shè)計參數(shù)和標準要求，對裝配式建筑的設(shè)計效果進行分析研究，以快速找到存在的不合理之處，便于開展有針對性的調(diào)整。

傳統(tǒng)CAD設(shè)計需要投入大量的人力、物力才能完成對整個建筑結(jié)構(gòu)的全面分析[4]。面對復(fù)雜、多變的建筑結(jié)構(gòu)時，CAD的局限性尤為明顯。利用BIM技術(shù)可有效解決這一問題，只要選擇一個適用于本工程項目的族軟件再按照設(shè)計要求對其進行適當?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化，就能對拼裝好的裝配式建筑結(jié)構(gòu)模型進行檢驗和論證。在整個設(shè)計全過程中，每個構(gòu)件都可以清楚、直觀地顯示出材料的特點、種類、來源以及各項參數(shù)數(shù)據(jù)，便于設(shè)計人員和業(yè)主更加直觀、立體化查看裝配式建筑設(shè)計模型。

3.4.5 繪制設(shè)計圖

在完成BIM裝配式建筑結(jié)構(gòu)的受力分析和拼裝檢查后，可利用Revit-Structure軟件進行設(shè)計圖紙的繪制操作。一旦設(shè)計圖紙完成，即標志著所有設(shè)計環(huán)節(jié)的結(jié)束。

目前，此軟件所生成的施工圖紙既可以采用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)平法來表示，也能夠轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的結(jié)構(gòu)視圖。然而，該軟件在結(jié)構(gòu)鋼筋字體的設(shè)置上還存在一些不足，因此需要借助Windows字庫文件中的REVIT_O.ttf字體，將其直接復(fù)制到系統(tǒng)C盤/Windows/fonts路徑中。在本工程梁配筋標注中就采用了此種方法，按照裝配式建筑結(jié)構(gòu)的特點以及設(shè)計要求， 可自行編輯結(jié)構(gòu)框架標記族來對梁配筋進行詳細標注，需先點擊載入族，再點擊梁標記族模板，最后選擇字段來源，將其添加到梁截面標簽上即可[5]。

3.5 碰撞檢查

案例工程結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，裝配式構(gòu)件比較多，在實際設(shè)計中不可避免會出現(xiàn)交叉碰撞問題，為避免影響后期施工中，在設(shè)計階段就需要利用BIM技術(shù)來對裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計效果進行碰撞檢查。

在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，BIM技術(shù)的碰撞檢測功能扮演著重要角色。該功能可以在施工前進行模型校核清理鏈接，通過運行碰撞檢查系統(tǒng)，可以自動識別模型中的碰撞點。

這種預(yù)先的碰撞檢測機制有助于預(yù)防硬碰撞和軟碰撞的發(fā)生，從而減少在建筑施工階段可能出現(xiàn)的錯誤、損失和返工的可能性。硬碰撞是指實體與實體之間發(fā)生交叉碰撞，而軟碰撞則是指實際并沒有碰撞，但間距和空間無法滿足相關(guān)施工要求（如安裝、維修等）。此外，還涉及到基于時間的碰撞需求，即在動態(tài)施工過程中可能發(fā)生的碰撞[6]。

利用BIM技術(shù)的三維可視化功能，設(shè)計人員能夠以更加直觀的方式了解建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)備布局。這種可視化方式使得設(shè)計人員能夠更好地把握凈空和管線排布方案，從而在早期階段發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問題。通過碰撞檢查流程，設(shè)計團隊能夠確保各個專業(yè)之間的協(xié)調(diào)性，減少在施工階段可能出現(xiàn)的錯誤和遺漏。

3.6 信息傳遞

信息傳遞也是BIM技術(shù)所具有的主要功能之一，在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)的此項功能，可實現(xiàn)各項信息的快速傳遞，提升共享效率。在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，BIM技術(shù)的信息傳遞功能具有重要作用。通過建立BIM模型，各階段的信息壁壘可以被打通，從設(shè)計、深化設(shè)計、構(gòu)件生產(chǎn)、物流運輸、施工裝配直到運維等全過程的信息可以實現(xiàn)有效傳遞和共享[7]。該技術(shù)不僅有助于設(shè)計單位和施工單位之間的更好溝通協(xié)作，還可以幫助對設(shè)計過程做出合理分配，通過對建設(shè)過程的三維仿真，結(jié)合勞動力和時間資源，實現(xiàn)工期的可控。

4 結(jié)束語

綜合理論和實踐的基礎(chǔ)上，探討了BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用。研究結(jié)果表明，BIM技術(shù)的應(yīng)用在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有顯著的效果。首先，通過BIM技術(shù)，可以實現(xiàn)裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中各專業(yè)之間的協(xié)同，從而提升設(shè)計效率與質(zhì)量。其次，BIM技術(shù)可以實現(xiàn)裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中各專業(yè)之間的碰撞檢測，有效避免設(shè)計過程中出現(xiàn)的不合理、不科學問題。最后，BIM技術(shù)可以實現(xiàn)裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的可視化管理，進一步保障設(shè)計質(zhì)量與效率。因此，BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有重要的作用和意義，有助于推動建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展。

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