基于BIM技術(shù)的裝配式建筑研究應(yīng)用

李令令

(吉林建筑科技學(xué)院，長春 130000)

1 基于BIM技術(shù)的裝配式建筑

裝配式建筑全稱為預(yù)制裝配式建筑(Prefabricated Concrete，PC)，俗稱“拼裝房”，它是基于工業(yè)化生產(chǎn)方式的住宅建造技術(shù)，通過裝配、結(jié)合與連接來現(xiàn)澆建筑結(jié)構(gòu)，然后通過構(gòu)件的組合拼裝來完成住宅房屋的建造。目前，裝配式建筑為進一步提高設(shè)計施工的品質(zhì)，融入了先進的BIM技術(shù)。BIM(Building Information Modeling)建筑信息模型基于三維數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)，為建筑全生命周期搭建主線，實現(xiàn)了建筑產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的有效關(guān)聯(lián)和數(shù)據(jù)資源共享，能夠有效減少設(shè)計錯誤和工程成本。在BIM技術(shù)中包含了Tekla Structures這樣的重要設(shè)計軟件，它涵蓋了3D鋼結(jié)構(gòu)細部設(shè)計、3D鋼筋混凝土設(shè)計以及項目管理模塊。

裝配式建筑技術(shù)比BIM技術(shù)更早出現(xiàn)。在20世紀(jì)70年代，日本就基于《工業(yè)化住宅性能認定標(biāo)準(zhǔn)》提出了可滿足國內(nèi)建筑建造標(biāo)準(zhǔn)的裝配式建筑技術(shù)形式。這種建造標(biāo)準(zhǔn)形式被日本稱之為最適合自身發(fā)展的建筑建造模式，甚至在法律條文中明文規(guī)定非裝配式建筑不得生產(chǎn)販賣。21世紀(jì)，我國也開始研究并實踐應(yīng)用裝配式建筑技術(shù)形式，并逐漸形成產(chǎn)業(yè)化發(fā)展規(guī)模，建立了相應(yīng)的設(shè)計技術(shù)、施工與驗收標(biāo)準(zhǔn)體系。

根據(jù)BIM技術(shù)所固有的可視性、模擬性、協(xié)調(diào)性，它完全能夠與裝配式建筑技術(shù)有機結(jié)合起來，進而形成適應(yīng)于當(dāng)前建筑生產(chǎn)環(huán)境的新建筑生產(chǎn)管理模式。從功能表現(xiàn)層面來看，BIM的可視化技術(shù)內(nèi)容可有效提高設(shè)計人員的設(shè)計圖紙讀圖能力，能夠快速實現(xiàn)信息設(shè)計與生產(chǎn)過程的有效對接，還能在施工項目中的各專業(yè)之間進行信息化協(xié)調(diào)。

例如，某城市經(jīng)濟保障房項目正在施工，項目整體采用到了剪力墻結(jié)構(gòu)，而且它的戶型具有與城市住宅相似的特征，即擁有首層、標(biāo)準(zhǔn)層和頂層等建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)容，每一個建筑層都由若干個建筑單元所成，屬于典型的裝配式建筑結(jié)構(gòu)。在該建筑的設(shè)計過程中，它就采用到了BIM模塊化技術(shù)理念。先將建筑整體劃分為若干層，并結(jié)合不同層次的功能需求深度分解剖析戶型模塊與附屬模塊內(nèi)容，然后將兩大模塊再劃分為若干不同類別構(gòu)件，最后將構(gòu)件內(nèi)容按照單元、層級的形式逐級設(shè)置出來。這一過程類似于“搭積木”，整體的建筑施工組成如圖1所示。

圖1 基于BIM模塊化技術(shù)的裝配式建筑 設(shè)計基本原理流程示意圖Fig.1 Basic principle flow diagram of assembly building design based on BIM modular technology

由圖1可知，基于BIM模塊思想的裝配式建筑設(shè)計施工流程是相當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，它幾乎涉及了施工工程項目中的各個細節(jié)。在技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化調(diào)整方面注重整體分解與細節(jié)把控的目的是為了有效提高BIM模塊化技術(shù)的應(yīng)用水平和裝配式建筑設(shè)計與施工管理效率[1-4]。

2 案例分析——以某B預(yù)制裝配式建筑施工為例

2.1 B預(yù)制裝配式建筑工程項目的基本概述

某B預(yù)制裝配式建筑為高層住宅建筑，建筑所采用的就是預(yù)制裝配式的框架結(jié)構(gòu)體系，它的總建筑面積達到4 000 m2，建筑高度56 m，擁有地上17層和地下1層。建筑擁有商鋪首層、標(biāo)準(zhǔn)住宅層和頂層。它的梁柱節(jié)點采用的是樓板預(yù)制現(xiàn)澆板疊合而成，它的所有構(gòu)件部分全部采用工廠預(yù)制模式，預(yù)制率在85%以上。該建筑施工設(shè)計融入了BIM技術(shù)模型，整體項目運作追求智能化建設(shè)發(fā)展進程。

2.2 B建筑的BIM模型設(shè)計

為B建筑設(shè)計BIM模型需要運用到建模軟件?，F(xiàn)結(jié)合工程項目實際情況選擇了Revit和Tekla系列軟件。在模型設(shè)計過程中，主要設(shè)計了電氣模型、水電模型和結(jié)構(gòu)模型，其中結(jié)構(gòu)模型部分采用到了Tesla Structures軟件，并在建模過程中充分考量建模參數(shù)，融入大量參數(shù)化構(gòu)建，建立了一套標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫。具體來講，在B建筑模型設(shè)計過程中，利用Revit軟件為其構(gòu)建窗臺與欄桿中的“族”結(jié)構(gòu)，再利用Tesla Structures軟件開發(fā)參數(shù)化節(jié)點，為建筑施工提前配筋，如此可有效提高建筑建模的整體效率。在建筑模型轉(zhuǎn)換過程中，還采用了IFC格式文件成功導(dǎo)入Tesla Structures軟件中的數(shù)據(jù)內(nèi)容，為BIM模型的最終構(gòu)建完成提速。

2.3 B建筑圖紙的自動生成

該建筑擁有400個預(yù)制構(gòu)建，其中包括70塊外墻板、102根柱子、160根主次梁、50塊樓板以及12塊預(yù)制樓梯。B建筑工程全程采用了Tesla Structures軟件進行參數(shù)化節(jié)點優(yōu)化，實現(xiàn)了獨立配筋，即利用BIM模型參數(shù)化設(shè)計優(yōu)化建筑設(shè)計過程，保證建筑整體結(jié)構(gòu)的搭建在2 d內(nèi)就能完成(1人工作量)。這一效率相比于傳統(tǒng)一周10人以上的工作量已大幅縮減，為B建筑施工節(jié)省了大量的時間成本[2]。

圖2 基于BIM模型的B建筑整體配筋模型示意圖Fig.2 Overall reinforcement model of building B based on BIM model

2.4 B建筑的碰撞檢測分析

對B建筑進行碰撞檢測分析同樣要采用BIM技術(shù)，要利用其中的Tekla Structures 3D模型進行技術(shù)性漫游操作，從微觀角度觀察整個建筑模型，深入理解技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容，確保建筑結(jié)構(gòu)中的全部構(gòu)件節(jié)點都符合施工要求。要基于預(yù)制構(gòu)件碰撞檢測試驗來優(yōu)化結(jié)構(gòu)件節(jié)點內(nèi)容，判斷其鋼筋級別與損壞程度。例如，考慮到B建筑某一現(xiàn)澆鋼筋節(jié)點區(qū)域中預(yù)制梁與預(yù)制柱鋼筋的交錯密度過大，所以，在碰撞檢測試驗中還需再次采用Tekla Structures軟件對建筑碰撞進行校核管理，特別是對建筑鋼筋進行最后的檢查。然后，再通過BIM界面管理對話框列舉出全部的碰撞檢查數(shù)據(jù)，其中就包括B建筑所有的碰撞對象名稱、碰撞類型、碰撞構(gòu)件以及碰撞結(jié)果數(shù)據(jù)，等等。在結(jié)果中發(fā)現(xiàn)B建筑項目的碰撞檢測有超過20處“鋼筋打架”的情況。設(shè)計技術(shù)人員便對建筑鋼筋的位置作出了調(diào)整，有效規(guī)避了由于BIM模型錯誤可能導(dǎo)致的后期二次返工問題，為B建筑項目施工節(jié)約了成本[3]。