基于BIM 技術(shù)的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用

北京中聯(lián)環(huán)建設(shè)工程管理有限公司杭州分公司，浙江 杭州 310000

相比于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆式混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)制裝配建筑結(jié)構(gòu)有建設(shè)周期短、施工效率高、構(gòu)件尺寸精準(zhǔn)受環(huán)境影響小等特點(diǎn)，目前已成為我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)之一?；贐IM 技術(shù)與裝配式建筑深度融合，將促進(jìn)裝配式結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

1 BIM 技術(shù)和裝配式結(jié)構(gòu)

1.1 BIM 技術(shù)

BIM 技術(shù)以建設(shè)工程各階段實(shí)體信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過三維信息化技術(shù)建立3D 可視化建筑信息模型，從而實(shí)現(xiàn)建筑工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等全生命周期的一體化［1］。BIM 技術(shù)可為項(xiàng)目的各參與方和利益方搭建了一個(gè)信息共享的交互式平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目各參與方之間的高效協(xié)同。

1.2 裝配式結(jié)構(gòu)

由裝配式梁、柱等構(gòu)件通過可靠連接及現(xiàn)場(chǎng)安裝即可形成裝配式結(jié)構(gòu)［2］，其建造過程是通過標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)、工廠化的預(yù)制生產(chǎn)、機(jī)械化精準(zhǔn)裝配，以高效、智能的建造方式規(guī)避傳統(tǒng)現(xiàn)澆式混凝土結(jié)構(gòu)的缺陷，節(jié)約建造成本并且不受極端天氣的制約。另外，裝配式建筑的施工降低了對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，有利于綠色施工，節(jié)能減排，遵循可持續(xù)發(fā)展原則，促進(jìn)我國(guó)建筑工業(yè)化發(fā)展。

2 裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法對(duì)比

2.1 傳統(tǒng)裝配式結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)裝配式結(jié)構(gòu)主要是以設(shè)計(jì)單位的技術(shù)策劃為基礎(chǔ)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和平立面設(shè)計(jì)，優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件種類進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。以初步設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，按照相應(yīng)的技術(shù)措施以及全專業(yè)考慮預(yù)埋要求，并進(jìn)行深化實(shí)現(xiàn)施工圖設(shè)計(jì)和構(gòu)建加工圖設(shè)計(jì)，且在構(gòu)件設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行工廠化制造和安裝。這種“設(shè)計(jì)-制造-安裝”的過程是以設(shè)計(jì)院為主導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式［3］。然而，設(shè)計(jì)過程中沒有充分考慮生產(chǎn)和施工等重要環(huán)節(jié)，在實(shí)際建設(shè)工程中傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式下的裝配式建筑經(jīng)常出現(xiàn)無法制造、無法施工等現(xiàn)象，大量設(shè)計(jì)變更反饋給生產(chǎn)工廠，并可能出現(xiàn)二次設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工等，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2.2 基于BIM 的裝配式結(jié)構(gòu)

基于BIM的裝配式結(jié)構(gòu)主要采用3D協(xié)同設(shè)計(jì)。通過建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電各專業(yè)建立三維模型并統(tǒng)一整合到同一共享數(shù)字化信息模型中去，進(jìn)行施工過程、施工進(jìn)度的模擬，檢測(cè)并調(diào)試有效碰撞，從而篩選出最佳設(shè)計(jì)方案。這種協(xié)同設(shè)計(jì)模式在構(gòu)件加工以前便統(tǒng)籌考慮了構(gòu)件設(shè)計(jì)、構(gòu)件生產(chǎn)制作、構(gòu)件施工裝配等要求，其精確化程度高。在施工模擬過程中一旦出現(xiàn)施工沖突，可通過對(duì)集成的統(tǒng)一參數(shù)的建筑信息模型修改進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)“設(shè)計(jì)-生產(chǎn)-施工”的高效協(xié)調(diào)。這種設(shè)計(jì)方式徹底解決了建設(shè)工程項(xiàng)目從設(shè)計(jì)階段、生產(chǎn)階段、施工階段以及運(yùn)維階段等全生命周期過程中的信息不共享所帶來的負(fù)面影響，

3 BIM 技術(shù)在裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 可視化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

通過BIM 技術(shù)建立各專業(yè)的3D 可視化模型，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口將模型導(dǎo)入到Navisworks 軟件中進(jìn)行碰撞檢測(cè)，可使各專業(yè)之間聯(lián)系緊密。軟件會(huì)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)碰撞的位置以及自動(dòng)編碼碰撞構(gòu)件的ID，為設(shè)計(jì)修正提供依據(jù)。在3D 可視化模型中通過ID 查詢可自動(dòng)定位到碰撞的位置，所涉及的各專業(yè)設(shè)計(jì)師依據(jù)本專業(yè)的特點(diǎn)、專業(yè)規(guī)范并統(tǒng)籌考慮生產(chǎn)和施工等因素進(jìn)行碰撞調(diào)試，高效完成設(shè)計(jì)優(yōu)化。

3.2 構(gòu)件庫的建立

傳統(tǒng)的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路是先整體后拆分，這種設(shè)計(jì)方式會(huì)使構(gòu)件種類較多，不利于工廠化大批量的生產(chǎn)。因此，如何利用較少種類的預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)滿足多樣化的建筑產(chǎn)品成為了解決問題的關(guān)鍵。預(yù)制構(gòu)件是BIM 模型基本組成部分，其建筑載體、圖紙、材料構(gòu)件等都是通過預(yù)制構(gòu)件實(shí)現(xiàn)［4］。采用BIM 建立模型時(shí)，需保證構(gòu)件系統(tǒng)和構(gòu)件庫的完整性，從而保證設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工的準(zhǔn)確和高效［5］。通過對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件拆分，可將不同樓層和位置處的梁柱構(gòu)件統(tǒng)一歸類，并形成許多獨(dú)立的構(gòu)件庫?；诮⒑屯晟祁A(yù)制構(gòu)件庫，是裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。其中預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化的研究和應(yīng)用是預(yù)制構(gòu)件庫建立的核心。在進(jìn)行裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不同結(jié)構(gòu)體系下的預(yù)制構(gòu)件存在使用功能上的差異。以構(gòu)件為最小單元，在滿足標(biāo)準(zhǔn)化的同時(shí)，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行承載力設(shè)計(jì)。完成后通過預(yù)制構(gòu)件編碼區(qū)分各個(gè)構(gòu)件，對(duì)各類預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行高效有序的管理，完成構(gòu)件庫的建立。

3.3 戶型庫的建立

在裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，基于標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制構(gòu)件庫，通過對(duì)各類編碼入庫的預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行選擇排列組合設(shè)計(jì)，形成標(biāo)準(zhǔn)化的裝配式建筑戶型。戶型庫的設(shè)計(jì)旨在以預(yù)制構(gòu)件庫為基礎(chǔ)，減少設(shè)計(jì)過程中的預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)，降低設(shè)計(jì)和人工成本。對(duì)戶型庫中的標(biāo)準(zhǔn)建筑戶型進(jìn)行排列組合，通過規(guī)劃和管理可以在此基礎(chǔ)上得到建筑模型庫。從預(yù)制構(gòu)件庫再到裝配式戶型庫，通過方案設(shè)計(jì)，模塊化的組合，形成標(biāo)準(zhǔn)單個(gè)戶型進(jìn)而形成裝配式戶型庫，這將有利于構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，提高裝配效率并減少成本。

4 結(jié)語

基于將BIM 技術(shù)應(yīng)用于裝配式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，將有效提高各專業(yè)之間的協(xié)同性，但當(dāng)前我國(guó)結(jié)合BIM 技術(shù)與裝配式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用還較少，需進(jìn)一步將兩者相融合，促進(jìn)建筑工業(yè)化的發(fā)展。