基于BIM技術的裝配式結(jié)構(gòu)設計方法探析

謝慶璋

【摘要】隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，現(xiàn)代裝配式結(jié)構(gòu)已廣泛應用于各行各業(yè)。在裝配結(jié)構(gòu)設計中，BIM技術具有很大的應用優(yōu)勢，如提高裝配精度和信息數(shù)據(jù)的準確性，需要充分利用。本文研究了基于BIM技術的裝配結(jié)構(gòu)設計方法，有助于提高BIM技術在裝配結(jié)構(gòu)中的可操作性和利用率，提高建筑工程的施工效率。

【關鍵詞】BIM技術;裝配式結(jié)構(gòu);設計方法

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.27.

1、基于BIM技術的預制結(jié)構(gòu)設計方法

BIM技術在裝配式結(jié)構(gòu)中的應用要求工作人員了解BIM技術及其特點、優(yōu)勢和注意事項，然后設計裝配式結(jié)構(gòu)，對整個結(jié)構(gòu)進行建模，并通過計算機繪圖清晰地顯示整個建筑結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)三維效果。三維建模后，設計師需要根據(jù)建筑工程的特點，將拼裝結(jié)構(gòu)與建模結(jié)合起來，考慮拼裝結(jié)構(gòu)的特點，更好地滿足建筑工程的要求。利用BIM技術進行設計主要包括以下幾點：

（1）規(guī)劃建設項目的總體結(jié)構(gòu)。根據(jù)預制建筑的標準化和參數(shù)化設計，建立與建筑工程相關的部件模型庫，包括預制外墻部件、梁柱、樓梯等部件。

（2）零件的詳細設計。在構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫中，工人選擇項目所需的零件并將其應用到項目中，并將它們安裝到3D圖像模型中，這可以提高工人的效率。

（3）重新設計裝配式建筑結(jié)構(gòu)，確保構(gòu)件結(jié)構(gòu)在整體設計中滿足建筑性能。為了更大程度上滿足裝配式建筑的設計特點，可以進行設計研究，設計出最適合居民需求的房屋和戶型，最終形成裝配式建筑模型庫。

2、基于BIM技術的裝配結(jié)構(gòu)設計要求和設計流程

2.1設計要求

（1）標準化設計的要求。在標準化設計中，建筑設計、施工和材料選擇需要采用統(tǒng)一的建筑模數(shù)，并根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的尺寸和型號進行準確調(diào)整。模塊化設計是為了保證預制建筑結(jié)構(gòu)的標準化。建筑模數(shù)可分為基本模數(shù)和派生模數(shù)兩種，派生模數(shù)又可分為擴展模數(shù)和子模數(shù)。根據(jù)這些模量形式，可以劃分模量系列。參照模數(shù)系列進行設計，可以使建筑產(chǎn)品具有協(xié)同性和標準化，減輕工人的負擔和壓力，降低工程難度，提高零件質(zhì)量。設計的標準化和模塊化屬于構(gòu)件的拆分階段。預制建筑結(jié)構(gòu)拆分后，需要重新整合，協(xié)調(diào)模塊化，即實現(xiàn)預制建筑結(jié)構(gòu)的互換性，使通用構(gòu)件滿足各種設計要求。

（2）科學設計的要求。為了滿足預制建筑的科學設計，重要的是滿足深化設計的需要，這是預制建筑與傳統(tǒng)建筑最大的區(qū)別。在裝配結(jié)構(gòu)的設計階段，可以拆分零件，簡化設計程序;在模塊的生產(chǎn)階段，為了使工人的操作更加規(guī)范，要積極推進生產(chǎn)的機械化，以便隨時從倉庫中取出零件進行生產(chǎn);在施工階段，要減少起重機運輸?shù)拇螖?shù)，便于其作業(yè)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和安排，減少對接工作，使作業(yè)更加簡單。設計師需要根據(jù)工作平臺對建筑工程、結(jié)構(gòu)、電氣設備、材料進行整合，根據(jù)不同要求保證不同預制件的性能，保證預制件生產(chǎn)和施工的一體化和統(tǒng)一性。科學的設計需要預制構(gòu)件的細節(jié)和深化，這在預制構(gòu)件的生產(chǎn)中起著至關重要的作用。完整的設計程序包括設計的詳細說明、預制件的布置、接頭設計和預制件的詳細設計等。涉及的內(nèi)容不僅包括建筑物，還包括機電設備和工程結(jié)構(gòu)等。深化設計主要包括部件的尺寸、型號、外觀設計和墻體做法。

以上分析了裝配式結(jié)構(gòu)的設計要求，特別是標準化設計和科學設計。其要求是達到國家規(guī)定的設計標準化、工廠流水線一體化生產(chǎn)、裝配施工、統(tǒng)一裝修、智能化管理五項標準。最重要的是設計的標準化，標準化生產(chǎn)要求結(jié)果完整、通用，通過模數(shù)系列優(yōu)化預制件的尺寸和型號。新型裝配式建筑與傳統(tǒng)裝配式結(jié)構(gòu)有顯著差異，分析方法也不同。前者對設計師要求更高，設計更科學;后者應用廣泛。

2.2設計過程

基于BIM技術的裝配式結(jié)構(gòu)設計是一種新型的結(jié)構(gòu)設計。在這個結(jié)構(gòu)設計過程中，主要有兩種方法：第一種是類似于傳統(tǒng)裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設計過程，但在構(gòu)件的設計上略有不同。這種方法需要根據(jù)廠商的要求建立構(gòu)件庫，在構(gòu)件庫中完成項目的構(gòu)建，然后計算構(gòu)件;第二種方案是一種新型的結(jié)構(gòu)設計方案，與傳統(tǒng)的裝配式結(jié)構(gòu)設計有很大不同。它把建筑的各個部分看成一個整體，然后拼接幾個部分。這兩種方法都可以在設計初期使用，保證構(gòu)件的穩(wěn)定性，對盡快實現(xiàn)建設項目的工業(yè)化生產(chǎn)起到重要作用。

（1）明確掌握預制件的生產(chǎn)工藝。首先，預制構(gòu)件的制造商需要充分了解預制構(gòu)件的標準和生產(chǎn)規(guī)模，清楚地認識到自己的生產(chǎn)能力，選擇最合適的生產(chǎn)模式。第二，隨著目前建筑業(yè)的快速發(fā)展，生產(chǎn)不僅要有數(shù)量，還要保證質(zhì)量，增加預制結(jié)構(gòu)的選擇性，必須有一定數(shù)量和質(zhì)量的構(gòu)件。第三，為了保證構(gòu)件庫中信息數(shù)據(jù)的準確性，需要明確標注鋼筋和預制構(gòu)件的類型，以保證構(gòu)件的承載力。

（2）準確選擇部件的尺寸和型號，完成設計方案。在設計階段，在之前的設計中，先對整個組件進行分析，再對單個組件進行分析。在新的結(jié)構(gòu)設計中，首先對單個構(gòu)件進行分析，然后對整體承載力進行分析。與前面的分析相反，設計師需要建立新的設計理念，擁有更專業(yè)的知識和技能。傳統(tǒng)裝配結(jié)構(gòu)設計過程的難點在于結(jié)構(gòu)拆分，根據(jù)拆分原則和模數(shù)原則進行標準化。隨著科學技術的飛速發(fā)展和信息時代的到來，新的裝配結(jié)構(gòu)設計越來越受到重視。新預制結(jié)構(gòu)的設計側(cè)重于組裝階段。在設計初期，通過選擇預制件并拼接，可以同時生成更多的設計方案，從而完成樓蓋的整體計算。學者張居克[5]研究了裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設計方法，分析了整體結(jié)構(gòu)設計、BIM模型的建立和優(yōu)化，并說明了各個環(huán)節(jié)的內(nèi)容和要求，其中預制件的建造和預制件的改進是基本環(huán)節(jié)，并根據(jù)這兩個環(huán)節(jié)進行組裝和計算。裝配設計的優(yōu)點是可以降低成本，節(jié)約資源和能源，減少項目時間，保證項目質(zhì)量。推動工業(yè)化生產(chǎn)最重要的是建立數(shù)據(jù)庫，這是根據(jù)工廠不同的預制件和結(jié)構(gòu)形式、生產(chǎn)規(guī)模和技術決定的。梁和墻板需要通過計算預制件的位置等來判斷。，這主要是基于組件的大小信息。構(gòu)件的布置位置可以通過計算來確定，模塊化設計可以通過尺寸來保證。對于非承重墻的荷載強度和跨度，可以按照這些進行配筋。在設計階段，設計人員可以直接從組件庫中進行選擇。對于空調(diào)面板和女兒墻的設計，可以根據(jù)構(gòu)件的詳細信息進行多樣化的類型，滿足建筑結(jié)構(gòu)的立面設計。如果建筑結(jié)構(gòu)復雜，不能滿足設計要求，就需要在構(gòu)件生產(chǎn)中增加構(gòu)件。

（3）完成結(jié)構(gòu)的裝配設計。在工程施工中，結(jié)構(gòu)需要以砌塊的形式拼接。在滿足項目實際情況的基礎上，精心選擇最合適的結(jié)構(gòu)設計方案，選擇零部件進行改造，然后通過門窗完成戶型設計，確保拼裝過程符合建筑結(jié)構(gòu)立面。

（4）優(yōu)化設計（4）BIM技術。對預拼裝建筑進行整體受力分析，確定預制構(gòu)件鋼筋布置順序，優(yōu)化設計方案。結(jié)構(gòu)分析檢查后，更換不滿意的，重新檢查，直至符合設計要求。因為構(gòu)件庫是廠家提供的，所以復檢階段會涉及專利問題，設計師應以此作為判斷結(jié)果是否準確的補充證據(jù)。

結(jié)語：

綜上所述，由于傳統(tǒng)裝配式結(jié)構(gòu)存在諸多問題，新型裝配式結(jié)構(gòu)越來越受到人們的尊重。主要介紹基于BIM技術的預制建筑的設計原則、設計方法、設計要求、設計流程等內(nèi)容。通過研究發(fā)現(xiàn)，雖然傳統(tǒng)的設計流程存在一些不足，但隨著軟件技術的發(fā)展，2D設計軟件向BIM軟件的轉(zhuǎn)化可以有效彌補這些不足，更有利于裝配式結(jié)構(gòu)的設計，為裝配式結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了新思路。

參考文獻：

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