BIM三維正向設(shè)計在裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

蘇恒宇 劉朋 季元

摘? 要：傳統(tǒng)的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)由于效率低，不環(huán)保，不符合當(dāng)前建筑工業(yè)化生產(chǎn)的特點，裝配式建筑逐漸凸顯其優(yōu)勢，文章將裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計與BIM三維正向設(shè)計相結(jié)合，介紹其概念、優(yōu)勢和方法，并與傳統(tǒng)裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計及BIM“逆向設(shè)計”進(jìn)行比較，為BIM三維正向設(shè)計的應(yīng)用起到參考作用。

關(guān)鍵詞：三維正向設(shè)計;裝配式結(jié)構(gòu);BIM

中圖分類號：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）34-0074-02

Abstract： Because the traditional cast-in-place structure is inefficient and not environmentally friendly， and does not accord with the characteristics of current architectural industrial production， assembly architecture gradually highlights its advantages. This paper combines assembly structure design with BIM three-dimensional forward design， introduces its concept， advantages and methods， and compares it with traditional assembly structure design and BIM "reverse design"， in order to play a reference role for the application of BIM three-dimensional forward design.

Keywords： 3D forward design; assembly architecture; BIM

1 概述

裝配式結(jié)構(gòu)是建筑構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計后實行模塊化劃分，在工廠中提前進(jìn)行機(jī)械化生產(chǎn)然后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行拼裝的模式。BIM技術(shù)因其具有可視化、效率高、碰撞分析、施工模擬等優(yōu)勢被行業(yè)廣泛認(rèn)可，本文以裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計為例，運(yùn)用BIM三維正向設(shè)計方法，將BIM技術(shù)的優(yōu)勢與裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計相結(jié)合，可以進(jìn)一步提升裝配式的精確度，優(yōu)化設(shè)計信息，完成信息的互動和傳遞。

2 相關(guān)概念

2.1 基于BIM的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計

傳統(tǒng)的裝配式設(shè)計流程是以設(shè)計的二維圖紙為主要導(dǎo)向，大體流程是建設(shè)單位協(xié)同設(shè)計單位進(jìn)行方案遴選、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計、預(yù)制構(gòu)件設(shè)計及生產(chǎn)、現(xiàn)場裝配施工。預(yù)制構(gòu)件是根據(jù)設(shè)計師的拆分為主要依據(jù)，這種情況往往導(dǎo)致設(shè)計出來的構(gòu)件種類過多，不利于建筑模塊化的生產(chǎn)，且裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件拆分復(fù)雜，現(xiàn)場拼裝具有一定的難度，急需一種新的方法來完善裝配式，因此，就產(chǎn)生了基于BIM的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計。

與傳統(tǒng)裝配式設(shè)計流程不同，基于BIM的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計是以“預(yù)制構(gòu)件庫”為導(dǎo)向，就是根據(jù)構(gòu)件的類型、荷載大下、層高等條件將構(gòu)件提前進(jìn)行劃分，劃分要協(xié)同廠商的生產(chǎn)條件和設(shè)計要求，盡可能的減少劃分類型數(shù)量，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)的安全分析，將構(gòu)件統(tǒng)計好后放入構(gòu)件庫，預(yù)制構(gòu)件庫完成之后，進(jìn)行BIM模型的創(chuàng)建與分析，完成裝配式的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.2 三維正向設(shè)計

目前的BIM流程主要是基于二維圖紙進(jìn)行三維建模，也就是常說的“翻?！?，這種方法是二維與三維的一個“轉(zhuǎn)化階段”，其實是一種“逆向思維”，而“三維正向設(shè)計”是先建好三維模型，根據(jù)三維模型導(dǎo)出二維圖紙，再進(jìn)行后期的施工運(yùn)營。

3 正向設(shè)計方法

（1）建立預(yù)制構(gòu)件庫：預(yù)制構(gòu)件庫是運(yùn)用BIM進(jìn)行裝配式管理的核心，后期裝配式結(jié)構(gòu)BIM模型的設(shè)計都以此為基礎(chǔ)，這樣設(shè)計出來的構(gòu)件符合工業(yè)化生產(chǎn)的要求，提高生產(chǎn)和設(shè)計效率，預(yù)制構(gòu)件庫的關(guān)鍵是實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化，標(biāo)準(zhǔn)化便于預(yù)制構(gòu)件廠的流水線施工，通用化則可滿足各類建筑的功能需求[1]，預(yù)制構(gòu)件庫的構(gòu)件需要進(jìn)行鋼筋實配與承載力、接縫和吊點的驗算，通過BIM技術(shù)可以直觀的查看構(gòu)件的三維鋼筋配置。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計：三維正向設(shè)計方法包括梁布置、板布置、柱布置、剪力墻布置、基礎(chǔ)布置等，結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)束，BIM結(jié)構(gòu)模型也隨之出現(xiàn)。

（3）結(jié)構(gòu)分析：輸入結(jié)構(gòu)的各種荷載條件，進(jìn)行BIM結(jié)構(gòu)模型的整體分析，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和安全性。

（4）裝配式BIM深化設(shè)計：裝配式深化設(shè)計包括2大部分，第一部分是裝配式構(gòu)件的拆分設(shè)計，形成裝配式BIM模型。第二部分是裝配式構(gòu)件施工圖的深化設(shè)計。

裝配式構(gòu)件的拆分設(shè)計是裝配式構(gòu)件的重點，在預(yù)制構(gòu)件庫創(chuàng)建完成后，根據(jù)需要直接調(diào)用預(yù)制構(gòu)件庫的種類進(jìn)行拆分設(shè)計。

裝配式構(gòu)件施工圖的深化設(shè)計包括節(jié)點設(shè)計、吊裝圖設(shè)計、模板圖設(shè)計、組裝圖設(shè)計等，需要滿足結(jié)構(gòu)的吊裝、運(yùn)輸、施工荷載以及結(jié)構(gòu)的整體安全性因素。深化設(shè)計人員需要根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)計，如吊裝需要驗算吊裝荷載，裝配式構(gòu)件大多選用平吊方法，因此吊點的位置就極其重要，除此之外，吊具的承載力、吊裝點負(fù)彎矩等也需要設(shè)計驗算等，如遇調(diào)整過大的情況，還需要對拆分設(shè)計進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以便后期施工。

（5）BIM模型分析與優(yōu)化：裝配式BIM模型及深化設(shè)計結(jié)束后，需要驗證結(jié)構(gòu)模型是否滿足設(shè)計規(guī)范、裝配式結(jié)構(gòu)要求等，通過BIM碰撞分析，綠色分析，結(jié)構(gòu)復(fù)核等功能對結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，直至構(gòu)件合理滿足要求。

（6）出施工圖：BIM分析與優(yōu)化結(jié)束后，基于BIM的可視化，可形成一套完成的二維及三維施工圖，任意點的構(gòu)件外部與內(nèi)部都可以隨意切換，直觀觀察。

（7）BIM施工模擬：基于BIM技術(shù)的優(yōu)勢，進(jìn)行建筑的施工模擬，交底，將裝配式BIM模型中的數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)協(xié)同，對現(xiàn)場施工進(jìn)行指導(dǎo)，建立整體協(xié)同平臺，打通設(shè)計、生產(chǎn)和施工的壁壘。

（8）裝配施工：根據(jù)BIM施工模擬的指導(dǎo)，安排預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸和堆放，之后進(jìn)行現(xiàn)場的裝配施工。

基于BIM的三維正向裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計的流程如圖1所示。

4 應(yīng)用

關(guān)于裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計在BIM的應(yīng)用主要有預(yù)制構(gòu)件庫的建立、BIM模型的分析與復(fù)核、復(fù)雜節(jié)點的施工模擬、一體化協(xié)同平臺、現(xiàn)場施工信息的共享。前三條的內(nèi)容在正向設(shè)計方法里有過解釋，本節(jié)重點介紹BIM裝配式一體化協(xié)同平臺及施工現(xiàn)場信息的共享與傳遞。

4.1 BIM裝配式一體化協(xié)同平臺

裝配式建筑一體化協(xié)同平臺主要是基于BIM平臺，完成預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計、土建設(shè)計、安裝設(shè)計、裝修設(shè)計、節(jié)點設(shè)計、細(xì)部設(shè)計、運(yùn)輸與吊裝設(shè)計進(jìn)行協(xié)同，完成全過程，全階段可視化、透明化、信息共享化的協(xié)同設(shè)計，一個專業(yè)修改數(shù)據(jù)信息，各專業(yè)及時共享，無縫銜接，一鍵生成計算書與施工圖，效率大大提升，可實現(xiàn)模塊化、參數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化施工[2]。

4.2 施工現(xiàn)場信息的傳遞與共享

裝配式BIM模型可以指導(dǎo)裝配式現(xiàn)場施工，但是現(xiàn)場施工的另一個內(nèi)容就是實現(xiàn)施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)的及時傳遞與共享，做到裝配式BIM模型與現(xiàn)場施工裝配數(shù)據(jù)的互通與實時反饋，這里就需要運(yùn)用到RFID技術(shù)，RFID簡稱無線射頻技術(shù)，是一種非接觸式的智能識別技術(shù)，BIM模型中的每一個構(gòu)件都有唯一的ID和RFID編碼，RFID編碼對應(yīng)施工現(xiàn)場的預(yù)制構(gòu)件，即預(yù)制構(gòu)件也有一個相對應(yīng)的識別碼，包含生產(chǎn)商信息、構(gòu)件類別、尺寸、位置信息、運(yùn)輸單位等其他信息，通過閱讀器識別，運(yùn)用中間媒介軟件搜集信息至BIM平臺，即可實時反饋現(xiàn)場狀態(tài)。裝配式與傳統(tǒng)現(xiàn)澆的區(qū)別就在于構(gòu)件預(yù)制，因此構(gòu)件的質(zhì)量保證非常重要，通過BIM技術(shù)與RFID技術(shù)的結(jié)合，可以實現(xiàn)全過程監(jiān)控，能隨時追溯構(gòu)件的質(zhì)量與安全問題，實現(xiàn)全壽命周期管理[3]。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉軒.基于BIM的裝配式構(gòu)件深化設(shè)計方法研究[D].廣西科技大學(xué)，2019.

[2]盧睿.基于BIM的裝配式建筑一體化協(xié)同設(shè)計[J].安徽建筑，2020，27（05）：159-160.

[3]張超.基于BIM的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計與建造關(guān)鍵技術(shù)研究[D].東南大學(xué)，2016.