基于BIM技術(shù)的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系研究

金占勇 田亞鵬 康曉輝 邱宵慧

摘要：BIM是眾多信息數(shù)據(jù)的集成，BIM技術(shù)下的裝配式鋼結(jié)構(gòu)能滿足對(duì)建筑產(chǎn)業(yè)信息化、工業(yè)化發(fā)展的需求。本文以BIM數(shù)據(jù)為核心，提出了裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系的數(shù)據(jù)平臺(tái)，對(duì)建筑行業(yè)新技術(shù)的發(fā)展和協(xié)作起到了積極的推動(dòng)作用。

Abstract： BIM is the integration of many information data. The assembled steel structure under BIM technology can meet the needs of informatization and industrialization development of the construction industry. Based on BIM data， this paper proposes a data platform for fabricated steel structure building system， which has played a positive role in promoting the development and collaboration of new technologies in the construction industry.

關(guān)鍵詞：BIM;鋼結(jié)構(gòu);數(shù)據(jù)平臺(tái)

Key words： BIM;steel structure;data platform

中圖分類號(hào)：TU71? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2018）34-0203-02

1? 緒論

BIM是在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多維模型信息集成技術(shù)[1]，縱向上BIM數(shù)據(jù)信息將貫穿建筑物的策劃可研、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)維直至建筑物的加固、拆除的全壽命各個(gè)階段[2]，橫向上，BIM數(shù)據(jù)信息由業(yè)主、政府、咨詢、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、供應(yīng)商、檢測(cè)機(jī)構(gòu)等多方共同參與構(gòu)建。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系具有重量輕、強(qiáng)度高、工業(yè)化程度高，能有效縮短工期。裝配式建筑符合建筑產(chǎn)業(yè)化要求，現(xiàn)場(chǎng)所需構(gòu)件大多在相對(duì)穩(wěn)定的車間內(nèi)加工制作完成，適合批量化生產(chǎn)[3]。這一技術(shù)的出現(xiàn)這改變了傳統(tǒng)的建筑物建造模式，有利于建筑行業(yè)從勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變至智力密集型產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)了建筑業(yè)的升級(jí)轉(zhuǎn)型。

將BIM技術(shù)和裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系有機(jī)的融合在一起能快速實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，滿足信息化、工業(yè)化發(fā)展大趨勢(shì)下的需求[4]。本文將基于BIM技術(shù)提出一套完整的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系，積極推進(jìn)建筑行業(yè)新技術(shù)的發(fā)展，使得BIM及裝配式鋼結(jié)構(gòu)能更好的運(yùn)用于現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)際之中。

2? 基于BIM裝配式鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)用價(jià)值

①減少協(xié)作風(fēng)險(xiǎn)、縮短施工周期。傳統(tǒng)的建筑體系模式是被動(dòng)式的，更多的是依靠以往的經(jīng)驗(yàn)，手動(dòng)操作完成現(xiàn)場(chǎng)的施工，并且這一施工過程強(qiáng)調(diào)工種之間的協(xié)調(diào)合作，因其協(xié)作而產(chǎn)生的不定因素增加，加大了現(xiàn)場(chǎng)管控的難度。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系施工方便，可以很好的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)、安裝，節(jié)省大量的人、物力，減輕建筑工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高施工速度，從而縮短工期。

②提高建筑施工整體質(zhì)量。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑將整個(gè)建筑部件化，大部分加工、制作都在生產(chǎn)車間進(jìn)行，到現(xiàn)場(chǎng)安裝施工的量較傳統(tǒng)的工藝大大的減少，而現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境的好壞（夏季高溫、冬季低溫、暴風(fēng)雨天氣）是影響建筑物施工質(zhì)量高低的重要因素。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境依賴性小，將主要的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)放在更易被控制的生產(chǎn)車間內(nèi)，同時(shí)借助BIM的虛擬建造，將質(zhì)量控制范圍前移擴(kuò)大，有效的提高了整體施工質(zhì)量。

建筑采用鋼材作承重結(jié)構(gòu)，因鋼材本身具有輕質(zhì)高強(qiáng)、彈性變形特點(diǎn)，裝配式鋼結(jié)構(gòu)能減小自重，增強(qiáng)抗震能力。由于主要承力構(gòu)件所占的面積相對(duì)傳統(tǒng)建筑較小，因而可以增加柱網(wǎng)網(wǎng)格，具有空間分隔靈活的優(yōu)點(diǎn)。

③綠色環(huán)保、綜合效益較高。建筑物的建造必然帶來建筑垃圾的產(chǎn)生，中國建筑垃圾的數(shù)量已占到城市垃圾總量的1/3以上。我國一直推行可持續(xù)發(fā)展的原則，BIM技術(shù)下的裝配式鋼結(jié)構(gòu)從構(gòu)件的加工制作開始就進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化，每個(gè)生產(chǎn)和施工環(huán)節(jié)都有精細(xì)的規(guī)劃，減少了建筑垃圾的產(chǎn)生，同時(shí)裝配式鋼結(jié)構(gòu)材料具有可拆裝、可循環(huán)，回收率高等優(yōu)點(diǎn)。在垃圾二次倒運(yùn)、清理、最終垃圾的處置上節(jié)省了開支，有利大氣、水資源和土壤的環(huán)境保護(hù)。

④建筑技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)搭建。不論是BIM還是裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑都是建筑行業(yè)內(nèi)的新技術(shù)，建筑業(yè)作為成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，仍處在粗放型生產(chǎn)階段，集約化程度低。大力發(fā)展BIM技術(shù)下的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系將會(huì)鼓勵(lì)更多的專業(yè)公司及人才進(jìn)入這一技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新之中，形成良好的技術(shù)交流氛圍。搭建建筑技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)也將使得我國建筑更快實(shí)現(xiàn)“走出去”這一戰(zhàn)略目標(biāo)。

3? 裝配式建筑體系數(shù)據(jù)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

BIM裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系的全壽命周期需BIM數(shù)據(jù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，我們需要搭建一個(gè)完整的大數(shù)據(jù)平臺(tái)以保證該體系的有效運(yùn)作，該平臺(tái)的架構(gòu)見圖1。BIM裝配式鋼結(jié)構(gòu)大數(shù)據(jù)平臺(tái)是以各數(shù)據(jù)庫資源為數(shù)據(jù)支撐的一個(gè)平臺(tái)，同時(shí)平臺(tái)內(nèi)所有產(chǎn)生的數(shù)據(jù)分布式的儲(chǔ)存于不同功能模塊的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫之中。裝配式鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)鏈中除了涉及傳統(tǒng)的投資、設(shè)計(jì)、建造、供應(yīng)商等多方，裝配式建筑還需要在工廠生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件，因此構(gòu)件的生產(chǎn)制造須納入全生命周期管理范圍內(nèi)[5]，全壽命周期中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都是集成于構(gòu)建的平臺(tái)之上，切實(shí)保證了產(chǎn)業(yè)鏈中數(shù)據(jù)的暢通。

大數(shù)據(jù)平臺(tái)是整個(gè)裝配式鋼結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)建立、管理、遷移的環(huán)境，平臺(tái)內(nèi)涉及設(shè)計(jì)、部品加工、安裝與施工、雙模型校驗(yàn)交付、運(yùn)營維護(hù)階段，各階段之間有著密切的數(shù)據(jù)交換，形成數(shù)據(jù)互通。

4? 體系數(shù)據(jù)庫建立

4.1 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫

BIM數(shù)據(jù)從最初的構(gòu)建至修改、補(bǔ)充的過程中涉及設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)維等多方參與，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一將會(huì)是造成數(shù)據(jù)的丟失以及數(shù)據(jù)難以有效流轉(zhuǎn)現(xiàn)象。在大數(shù)據(jù)平臺(tái)的搭建之初就應(yīng)建立BIM裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫內(nèi)應(yīng)有：

①基于建模軟件的BIM標(biāo)準(zhǔn)庫，具體包括軟件版本、模板標(biāo)準(zhǔn)等;

②項(xiàng)目構(gòu)件命名標(biāo)準(zhǔn)庫，規(guī)范各專業(yè)BIM構(gòu)件的語言定義形式，模型顏色顯示;

③全生命周期各階段各專業(yè)模型深度劃分庫。

4.2 部品數(shù)據(jù)庫

BIM技術(shù)下裝配式鋼結(jié)構(gòu)是基于部品構(gòu)成，預(yù)制構(gòu)件多，數(shù)據(jù)量大[6]，在整個(gè)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的全壽命周期中，應(yīng)建立部品數(shù)據(jù)庫來規(guī)劃、管理眾多復(fù)雜數(shù)據(jù)信息，其中各專業(yè)的部品數(shù)據(jù)庫，如：建筑族庫、設(shè)備族庫、裝修族庫、貼圖族庫等。還應(yīng)建立裝配式鋼結(jié)構(gòu)部品族庫，如：鋼結(jié)構(gòu)裝配節(jié)點(diǎn)庫、樓板體系庫、外墻體系庫、室內(nèi)隔墻體系庫等。部品數(shù)據(jù)庫的建立有助于加強(qiáng)整個(gè)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系的精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化管理。

4.3 虛擬施工數(shù)據(jù)庫

BIM技術(shù)因其強(qiáng)大的可視化、模擬性等特點(diǎn)，可以預(yù)先設(shè)計(jì)完成復(fù)雜節(jié)點(diǎn)、并進(jìn)行虛擬施工，提前發(fā)現(xiàn)施工過程中可能出現(xiàn)的隱患，確保施工過程順利進(jìn)行。裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工過程中借助BIM技術(shù)，針對(duì)新型的、復(fù)雜的工藝和節(jié)點(diǎn)建立虛擬施工數(shù)據(jù)庫，具體涵蓋：

①虛擬手冊(cè)庫，明確需要進(jìn)行虛擬施工的部位、具體模擬的工藝流程，形成指導(dǎo)性手冊(cè)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。②工藝節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫，裝配式鋼結(jié)構(gòu)中的梁柱節(jié)點(diǎn)、裝配外墻節(jié)點(diǎn)等特殊節(jié)點(diǎn)建立數(shù)據(jù)庫，規(guī)范施工。③施工工藝動(dòng)畫庫，采用動(dòng)畫方式生動(dòng)展示整個(gè)虛擬施工的過程，形象直觀。

5? 結(jié)論

BIM技術(shù)及裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)合，代表著建筑信息化與建筑工業(yè)化有機(jī)融合，BIM信息化能力是裝配式建筑的技術(shù)支撐，裝配式建筑的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程又將迫使BIM信息技術(shù)急速發(fā)展。隨著BIM和裝配式鋼結(jié)構(gòu)的深化發(fā)展，過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息將海量增加，本文提出的BIM大數(shù)據(jù)平臺(tái)及其數(shù)據(jù)庫將有廣闊的運(yùn)用前景，同時(shí)BIM技術(shù)也應(yīng)與裝配式鋼結(jié)構(gòu)有更加深層次的運(yùn)用。

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