裝配式混凝土結構的BIM應用

孫偉賓 王哲

【摘要】隨著國家綠色建筑的不斷推進，裝配式混凝土結構作為一種綠色、環(huán)保的結構形式得到了大力推廣。BIM模型三維、信息化的特點，特別適合應用于裝配式混凝土結構的設計和施工，從而一直受到各界的關注。本文主要介紹了，筆者這些年從事裝配式混凝土結構BIM輔助設計的一些經(jīng)驗，以及由此引起的思考和展望。

【關鍵詞】BIM;Revit;結構;預制PC

1、前言

裝配式混凝土結構是由預制混凝土構件通過可靠的連接方式裝配而成的混凝土結構，預制混凝土英文名precast concrete，簡稱PC。

相比現(xiàn)澆混凝土結構，裝配式混凝土結構需要進行深化設計：進行構件拆分、布置鋼筋與各類埋件、準確統(tǒng)計鋼筋規(guī)格與長度、埋件型號與數(shù)量等。目前市場上，應用比較成熟的依然是CAD平臺，本文重點討論的是BIM平臺在裝配式混凝土結構輔助設計中的應用。Revit軟件是目前市場中應用最為廣泛的一款BIM軟件，涵蓋建筑、結構、機電等各專業(yè)，因此文中如未特殊指明，BIM應用均特指Revit平臺應用。

2、裝配式混凝土結構BIM應用的實踐

2.1鋼筋模型搭建方案的比較

鋼筋模型的構建，是裝配式混凝土結構BIM應用的關鍵。鋼筋模型屬于高精度BIM模型，達到了LOD400以上的要求，主要需要解決的問題是建模效率和模型運行效率。在實際工程中，曾經(jīng)嘗試過以下幾種方式（見表1）：

比較下來，方案1雖然是程序默認的方式，但過于追求自動化和智能化，實際的搭建和編輯效率都很差，而且模型極不穩(wěn)定，不推薦在實際項目中使用。方案2類似于市場上許多“一鍵操作”的自動化軟件，一鍵生成速度很快，但編輯功能相對較弱。方案3和方案4類似，區(qū)別只是預制砼部分和鋼筋部份是否分離。提出方案3是為了降低預制族的復雜度，在實際使用過程中，發(fā)現(xiàn)復雜度降低有限，卻需要花費精力協(xié)調(diào)預制砼和鋼筋的一致性。實際使用過程中，從方案3轉到方案4，工作效率提高了至少一倍。

確定了方案4后，各類預制構件模型如下圖1：

2.2模型參數(shù)的管理

由于需要控制構件內(nèi)各類鋼筋、埋件的尺寸和位置，預制構件的參數(shù)極其復雜，往往需要幾十個。仔細分析這些參數(shù)，可以將其分為以下幾類（見表2）：

某種程度上講，這些參數(shù)也代表了預制PC深化圖的工作量。傳統(tǒng)方法（例如：CAD）深化設計中，差不多有80%以上的精力，都用于搭建和維護參數(shù)類型1和2代表的內(nèi)容中，留給類型3的精力也就是剩下的20%不到。我們知道，在類型3中，縱筋位置代表的是鋼筋碰撞問題（預制結構絕大部分工地現(xiàn)場問題，都集中在節(jié)點區(qū)的縱筋位置）;建筑機電提資的預埋件和預留孔等，代表的是結構與建筑機電專業(yè)的協(xié)調(diào)，這些內(nèi)容恰恰是深化設計中最重要或者最容易出問題的區(qū)域。

根據(jù)參數(shù)的特點，我們將類型1和2參數(shù)定義為類型參數(shù)，將類型3參數(shù)定義為實例參數(shù)。這樣，實際工程中，根據(jù)單體中的預制構件尺寸和配筋定義少許構件類型，即可輕松解決這80%的工作量，而且這些構件類型在文件內(nèi)復制和文件間傳遞非常方便。剩下的主要精力，都可以放在類型3參數(shù)相關的內(nèi)容上。為了進一步提高工作效率，部門又制作了專門的預制構件標記族，專用于調(diào)整縱筋位置，避免了預制構件參數(shù)繁多的麻煩。

2.3模型的輸出

預制構件的BIM模型，全面整合了預制構件的裝配方向、鍵槽、鋼筋、套筒、機電預埋等信息，利用部件的功能，可以很方面地生成：構件各方向的立面和剖面，鋼筋和預埋件型號和數(shù)量的統(tǒng)計信息，構件自身的體積與重量等，如圖2。BIM深化圖后期階段，只要補充相關的尺寸和標記即可，尺寸和標記都是BIM模型信息的映射，不存在圖模不一致的問題。如果后期，出現(xiàn)建筑布置或者生產(chǎn)工藝的變化，只要調(diào)整相關布置或者構造參數(shù)即可。相比CAD平臺，BIM深化圖修改的效率更高。

2.4預制構件的優(yōu)化

裝配式混凝土結構的模型建立后，可以利用BIM統(tǒng)計功能的優(yōu)勢，做如下優(yōu)化工作：

（1）利用明細表的尺寸排列功能，檢索預制構件的尺寸種類，通過調(diào)整構件預制段的長度，減少預制構件的模板種類。

（2）利用明細表的配筋排列功能，檢索預制構件的配筋種類，通過調(diào)整鋼筋的直徑、根數(shù)和位置，減少鋼筋制作的種類。

3、工程應用

莘莊工業(yè)區(qū)租賃住房項目一、二、三街坊，位于上海市閔行區(qū)莘莊工業(yè)區(qū)，總建筑面積為225908平方米，地上建筑面積為170186平方米，結構體系為裝配整體式剪力墻結構和裝配整體式框架剪力墻結構。受業(yè)主委托，采用BIM技術對該項目的裝配深化設計進行驗證。

應用難點：項目體量大，模型精度要求高。

經(jīng)過精細的布置，和多方面優(yōu)化，搭建起了該項目全鋼筋預制結構模型，如右圖，對該項目預制構件的安裝方向和拼接位置、預制構件與現(xiàn)澆部分的關系、預制構件外伸鋼筋之間的關系、以及預制構件與機電管道的關系等，進行了全方位的檢測。

從工作效率上講：用時2個月，滿足工程進度的要求?？紤]到是初次大規(guī)模建立鋼筋BIM模型，邊工作邊探索，如果提前建立在成熟的方法和流程中，這個效率還可以進一步提高。從模型效率上講：如此體量的全鋼筋預制結構模型，在運行過程中基本不存在卡頓現(xiàn)象，完全滿足正常的模型瀏覽、檢測、編輯等工作，如右圖3。

4、總結與展望

4.1總結

（1）采用BIM技術進行裝配式混凝土結構深化設計和鋼筋級碰撞檢測，技術上是可行的。

（2）采用BIM技術進行鋼筋模型建模和編輯，鋼筋和預埋件全部內(nèi)置在預制構件內(nèi)，采用參數(shù)控制，是目前效率最高的方式。

（3）采用BIM技術進行裝配式混凝土結構深化設計，可以將大量的基本構造和規(guī)則在族內(nèi)建立，從而解放設計師，可以將更多的精力放在更有價值的鋼筋優(yōu)化和專業(yè)間協(xié)調(diào)等工作上面。

（4）利用BIM技術的協(xié)同優(yōu)勢，裝配式混凝土結構深化設計圖，可以避免大量的圖面不一致問題。

（5）相比傳統(tǒng)CAD技術，BIM平臺的修改效率更高。

4.2展望

（1）采用BIM技術實現(xiàn)裝配式混凝土結構鋼筋級別的建模，為進一步實現(xiàn)預制結構鋼筋和預埋件工程量計算，解決了最主要的困難。

（2）采用BIM技術可以進一步補充預制結構臨時固定措施模型，補充施工順序、施工工藝、編碼等信息，可以更直觀地進行施工模擬的應用，優(yōu)化施工方案。

參考文獻：

[1]上海市住房和城鄉(xiāng)建設管理委員會：上海市建筑信息模型技術應用指南.

作者簡介：

孫偉賓，碩士，一級注冊結構工程師。