基于BIM的裝配式結(jié)構(gòu)與建造關(guān)鍵技術(shù)研究

徐曾旭

摘要：由于缺乏信息、事先協(xié)調(diào)和一體化機(jī)制，在裝配式結(jié)構(gòu)建筑在我國的發(fā)展過程中，在方案的合理性方面只有在實踐中才能得到檢驗，通常是在補(bǔ)償了諸如嚴(yán)重?fù)p失等資源之后。最重要的和最明顯的是在設(shè)計階段、施工階段的影響，所以需要提高這兩方面的信息水平和預(yù)綜合管理，這對裝配結(jié)構(gòu)的發(fā)展具有重要意義。使用 BIM（Building Information Modeling）可以大大提高設(shè)計的質(zhì)量和準(zhǔn)確性，并滿足項目參與者的通信需要。該模型是獲取工程信息、加快設(shè)計速度和滿足通信需求的先決條件，然而，在利用 BIM 技術(shù)設(shè)計裝配式住宅項目時，在設(shè)計低效率結(jié)構(gòu)模型和建模方面出現(xiàn)了重復(fù)問題，沒有足夠的深度模擬。本文對標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的參數(shù)化和模塊化進(jìn)行研究，為了解決裝配式建筑設(shè)計中的快速建模和模擬問題。本文分析了裝配式住宅結(jié)構(gòu)和 BIM 技術(shù)的特點，結(jié)合了 BIM 技術(shù)和裝配式結(jié)構(gòu)，提出了新的方法來設(shè)計 BIM 基礎(chǔ)上的裝配式結(jié)構(gòu)，重點是建立和管理一個基于 BIM 的預(yù)制作元素庫，分析和優(yōu)化的組合裝配式結(jié)構(gòu)的 BIM 模型，使用BIM 技術(shù)在裝配式建筑模型和建筑信息的獲取。

關(guān)鍵詞：裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計;裝配式結(jié)構(gòu)施工;BIM

緒論

目前，住房工業(yè)正在進(jìn)行高技術(shù)革新，中國建筑業(yè)十分重視住宅產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化。在一個資源日益稀缺的文明社會中，可持續(xù)發(fā)展的理念得到廣泛承認(rèn)，正是在這個基礎(chǔ)上，住房產(chǎn)業(yè)化得到了廣泛承認(rèn)。以 BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)的住宅產(chǎn)業(yè)化在推動住房部門工業(yè)化方面發(fā)揮了重要作用。裝配式建筑物是用鋼筋、混凝土、部件和構(gòu)成建筑構(gòu)件的其他構(gòu)件建造的，初步設(shè)計在工廠成型，由組裝和制造的運(yùn)輸工具運(yùn)到現(xiàn)場，因此英文的名稱是 Precast Concrete，簡稱 PC。正是在這個基礎(chǔ)上建造了裝配式住宅，這是住宅建設(shè)的創(chuàng)新和進(jìn)步。根據(jù)我國關(guān)于減少能源節(jié)約和碳排放的呼吁，住房的工業(yè)化是一項緊迫的任務(wù)。隨著現(xiàn)代建筑工業(yè)的迅速發(fā)展，裝配式混凝土房屋已被廣泛使用，但標(biāo)準(zhǔn)化和建模很難實現(xiàn)，建筑形式難以與裝配式相結(jié)合，工業(yè)化似乎已成為發(fā)展的瓶頸。因此，建立該系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。住房工業(yè)化有助于住房產(chǎn)品的有效和高質(zhì)量的保障，是現(xiàn)代建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢。產(chǎn)業(yè)化是住房工業(yè)化的主要手段。為了提高住房生產(chǎn)效率，可以根據(jù)模塊化、規(guī)范化和自動化條件實現(xiàn)住房產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化。住宅產(chǎn)品的形成包括設(shè)計，生產(chǎn)，建筑，更新，管理等階段，每一個標(biāo)準(zhǔn)化階段，自動化是住房工業(yè)化的一個突出特點。住房的產(chǎn)業(yè)化程度取決于設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化水平，只有達(dá)到了高水平的標(biāo)準(zhǔn)化和設(shè)計，可以改善工廠生產(chǎn)，組裝，施工，綜合更新和信息管理。與傳統(tǒng)住房產(chǎn)品相比，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計系統(tǒng)的建立是裝配式住房工業(yè)化的核心。

一、BIM技術(shù)基本理論

1、BIM技術(shù)的概念

BIM 技術(shù)是在上個世紀(jì)的美國首先提出的，這一概念是由著名的美國學(xué)者Chuk Eastman 提出的，最初還提出了基于計算機(jī)信息管理的建筑模型模擬。這一新的高科技技術(shù)在 2002 年左右進(jìn)入工程行業(yè)，直到 2012 年 BIM 工程技術(shù)不斷成為現(xiàn)代建筑技術(shù)的一個現(xiàn)代化的工程建設(shè)建筑所推崇。BIM 技術(shù)是通過信息管理和建筑模型在施工的各個階段實施的，它反映了在所有階段的關(guān)鍵管理要素。BIM 技術(shù)是一種現(xiàn)代技術(shù)，體現(xiàn)在一個建筑項目的數(shù)據(jù)和信息，可以在建筑設(shè)計的不同階段使用 3D 顯示關(guān)于不同次級項目、次級項目部分等信息的視覺信息技術(shù)，提高專業(yè)人員的交叉工作效率。

2、BIM 技術(shù)的特點

傳統(tǒng)的 cad 設(shè)計是由兩個維度元素組成的建筑物顯示，包括建筑，結(jié)構(gòu)和設(shè)備，但重要的非幾何信息和某些幾何聯(lián)系的建筑物，很難在二維圖上找到，例如材料，流程和信息要素的成本。此外，使用二維圖形元素表示建筑物，一些數(shù)據(jù)，如直徑，鋼筋長度等，并輸入計算機(jī)軟件來計算工作范圍，進(jìn)展和成本，在信息傳輸過程中，其內(nèi)容和形式可能會發(fā)生變化，這增加了誤差概率和管理工作量。傳統(tǒng)的三維模型的設(shè)計只是為了根據(jù)規(guī)劃設(shè)計增加高程信息，只是增加了建筑項目的視覺功能，既不實際，也難以將信息與模型聯(lián)系起來。以 BIM 為基礎(chǔ)的架構(gòu)不再是二維點的線性連接，而是直接建立在組件上并隨附相關(guān)信息。例如，以墻為中心的模型包括墻的幾何尺寸，BIM 技術(shù)提供了參數(shù)設(shè)計，以減少技術(shù)人員的實時和動態(tài)工作量。（1）在建筑設(shè)計階段，建筑行業(yè)可以直接利用三維設(shè)計模型，不需要與業(yè)主溝通的二維計劃;（2）設(shè)計的參數(shù)信息模型不僅提供關(guān)于建筑的物理信息，而且提供關(guān)于實時動態(tài)的所有信息。（3）在 BIM 模型中，設(shè)計了一個實際的模型，在該模型中，建筑，結(jié)構(gòu)和設(shè)備的結(jié)合和協(xié)調(diào)，結(jié)合不同的專業(yè)模式，以發(fā)現(xiàn)專業(yè)內(nèi)和專業(yè)人員之間的碰撞，有效地避免“錯誤，遺漏，接觸，空白?！保?）關(guān)于實時信息在 BIM 模型可以更容易地適應(yīng)項目的變化，傳統(tǒng)的設(shè)計面對變化需要很長的時間，努力容易出錯。BIM 模型有一個小的變化，可以反映在實時的 BIM 模型和自動更新的水平，垂直，剖面和三維圖紙信息。

二、BIM 可視化技術(shù)與裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工結(jié)合分析

1、BIM 可視化技術(shù)在裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用構(gòu)思

利用 BIM 的視覺技術(shù)在設(shè)計階段：快速準(zhǔn)確地構(gòu)建三維裝配結(jié)構(gòu)模型，增加模型的整體性能，鋼筋分布等，充分表達(dá)設(shè)計意圖和提供一個良好的平臺的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化。因此，從理論上講：利用 BIM 視覺平臺在裝配式住宅項目中，設(shè)計師可以及時插入、取出、更新和修改信息;它包含在 BIM 模型中。在此基礎(chǔ)上，如圖1 所示，介紹了在設(shè)計裝配式結(jié)構(gòu)時使用 BIM 視覺技術(shù)的概念。

2、BIM 可視化技術(shù)在裝配式結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用構(gòu)思

與其他建筑模式相比，可以發(fā)現(xiàn)對傳統(tǒng)裝配式建筑的分析，相對固定和簡單的裝配式結(jié)構(gòu)施工階段，以及構(gòu)件的數(shù)量和順序可以預(yù)測，這是一個很好的機(jī)會，提供數(shù)字訪問信息的機(jī)會，因此，如圖 2 所示，這是一個在裝配式建筑中使用BIM 視覺觀察技術(shù)的概念。在裝配式建筑施工階段采用 BIM 技術(shù)，可以預(yù)先建立階段模型：一方面可以模擬關(guān)鍵的施工過程，預(yù)先查明問題或優(yōu)化選擇，另一方面，合理的現(xiàn)場布置可提高裝配式建筑工作的效率。

比如在進(jìn)行碰撞測試時，可以將 BIM 技術(shù)的應(yīng)用分為單專業(yè)和多專業(yè)方面碰撞，其中包括建筑、結(jié)構(gòu)之間的碰撞、和在設(shè)計和電氣機(jī)械專業(yè)領(lǐng)域的碰撞，多個專業(yè)的碰撞是由于構(gòu)件管道過多引起的，需要分開進(jìn)行碰撞分析。除了可在裝配式住宅結(jié)構(gòu)中使用的多專業(yè)途碰撞外，與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)一樣，預(yù)制構(gòu)件間的撞擊測試在測試 BIM 模型方面發(fā)揮了重要作用。預(yù)制構(gòu)件必須由工廠預(yù)制結(jié)構(gòu)制成，然后運(yùn)到工地組裝和安裝。如果在施工過程中發(fā)現(xiàn)構(gòu)件之間發(fā)生碰撞，則必須切開預(yù)制構(gòu)件，在它們形成后不能自由開洞開槽，必須將預(yù)制構(gòu)件運(yùn)到施工現(xiàn)場，這造成了延誤和經(jīng)濟(jì)損失。預(yù)制構(gòu)件的碰撞主要發(fā)生在預(yù)制構(gòu)件和預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)之間。碰撞的結(jié)果可以在 BIM 模型中調(diào)整，體現(xiàn)出其極大的作用。通過碰撞檢查可以使裝配式住宅工程項目的 BIM 模型趨于優(yōu)化。

結(jié)論

本文涉及的問題包括 BIM 技術(shù)規(guī)格和設(shè)計要求、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)還有特點等。然后，利用 Revit 軟件完成了關(guān)于設(shè)計參數(shù)和模塊設(shè)計的研究，其結(jié)果是建立了一個關(guān)于墻壁、板材、柱子和梁參數(shù)化的結(jié)構(gòu)模塊庫，最后到建立了工程試驗基地，以檢驗參數(shù)和模塊化的性能。在設(shè)計和應(yīng)用裝配式住宅項目的模塊中，采用 BIM 技術(shù)后，工程信息的設(shè)計和檢索效率確實有所提高，與各專業(yè)的參與人員之間的溝通有了很大的改善。

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