BIM技術(shù)在裝配式框架結(jié)構(gòu)深化設(shè)計中的應(yīng)用

葛 琳 山東省輕工業(yè)設(shè)計院有限公司

目前，裝配式建筑在工程建設(shè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，主要體現(xiàn)在減少能源損耗、提高工程施工質(zhì)量等方面。從設(shè)計階段著手提高裝配式建筑的質(zhì)量不僅有助于嚴(yán)格把控工程建設(shè)成本，還能為裝配式框架結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計創(chuàng)造良好的先決條件?，F(xiàn)階段的裝配式構(gòu)件深化設(shè)計大多由構(gòu)件廠或深化設(shè)計單位負(fù)責(zé)，重點關(guān)注工程項目的建設(shè)高度、現(xiàn)場布局和立面設(shè)計等因素，確保其符合裝配式建筑施工要求，提高預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)水平。

1 BIM 技術(shù)的具體應(yīng)用

首先，針對預(yù)制、現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)建立BIM 模型時，必須保證預(yù)制構(gòu)件的精度，其中施工階段的模型精度應(yīng)以LOD400 為標(biāo)準(zhǔn)，確保預(yù)制構(gòu)件的外甩鋼筋、預(yù)留槽口、預(yù)埋套筒大小和位置符合現(xiàn)場施工要求[1]。其次，實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件組庫標(biāo)準(zhǔn)化，采取統(tǒng)一的方式命名構(gòu)件制作方式，并在模型中建立最小單元，將所有設(shè)計參數(shù)固化后，還需要按照統(tǒng)一的分類方式處理命名規(guī)范、信息格式和制作方式等，在保證設(shè)計、質(zhì)檢等管理信息存儲的完整性的同時，基于BIM模型提高信息之間的關(guān)聯(lián)性，并從整體上提高建模效率，進(jìn)一步完善具有可行性、可推廣的模型建立標(biāo)準(zhǔn)。最后，構(gòu)建現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模型。在建模前應(yīng)明確現(xiàn)澆構(gòu)件與預(yù)制構(gòu)件之間的界限，以免出現(xiàn)重復(fù)計算工程量的情況，在此過程中還需要分析預(yù)制構(gòu)件外甩鋼筋、預(yù)留鍵槽以及上部疊合處的輪廓，同時有效扣減現(xiàn)澆部分的體積，選擇操作簡便、計算最精準(zhǔn)的方法建立現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模型[2]。

2 BIM 技術(shù)在裝配式框架結(jié)構(gòu)深化設(shè)計中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)在預(yù)制框架結(jié)構(gòu)深化設(shè)計中的應(yīng)用主要集中在圖紙校核與碰撞檢查兩方面。首先，在圖紙校核中應(yīng)根據(jù)設(shè)計機(jī)構(gòu)給出的預(yù)制構(gòu)件深化圖紙以及BIM 工作站提供的建模標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)建立預(yù)制構(gòu)件族的模型，有效降低模型精度對圖紙校核準(zhǔn)確性造成的影響[3]。在施工階段應(yīng)將模型精度控制在LOD400 以上，而梁柱核心區(qū)與屋面變坡處等關(guān)鍵節(jié)點同樣需要保證建模精度，以此為后續(xù)的碰撞檢查與三維節(jié)點演示工作奠定良好的基礎(chǔ)。當(dāng)族庫建設(shè)完成后即可構(gòu)建項目模型，從構(gòu)件尺寸、類別等要素著手反推設(shè)計圖紙是否存在缺陷和遺漏，同時檢查校核預(yù)制構(gòu)件族是否準(zhǔn)確無誤，并將錯誤問題記載成文件形式，以此形成可供查閱的重要原始文件。其次，在建模完成后還需要對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行碰撞檢查，針對鋼筋與鋼筋、鋼筋與預(yù)制構(gòu)件之間的碰撞進(jìn)行深入研究，并將碰撞檢查報告提交給設(shè)計部門審核，通過這種方式保證預(yù)制構(gòu)件加工生產(chǎn)的準(zhǔn)確性，同時不斷調(diào)整預(yù)制構(gòu)件吊裝施工的次序及施工方案。最后，在構(gòu)件吊裝過程中，應(yīng)在預(yù)制構(gòu)件深化圖紙中確定疊合梁在梁柱節(jié)點處的吊裝順序，以梁高度為標(biāo)準(zhǔn)，先吊裝大梁，再吊裝小梁，并在同一高度下遵守普通梁吊裝先于外甩鋼筋上翻的原則，同時檢查該順序施工是否會引起某個別構(gòu)件無法吊裝的問題，進(jìn)而有效調(diào)整吊裝順序[4]。若調(diào)整后的其他構(gòu)件在吊裝順序上發(fā)生了明顯變化，使得其他個別構(gòu)件無法順利吊裝，則可以將這類構(gòu)件調(diào)整為現(xiàn)澆構(gòu)件。

2.1 預(yù)制構(gòu)件拆分設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)澆原則拆分疊合板時，可以將桁架鋼筋混凝土疊合板布置到面積相對較大的房間，而廚房衛(wèi)生間則無需布置疊合板，以此滿足相應(yīng)的防水要求。疊合板拆分尺寸應(yīng)以設(shè)計圖紙為標(biāo)準(zhǔn)，確定模臺規(guī)格后，還需要充分考慮機(jī)械設(shè)備的運輸長度和寬度，其中疊合板寬度大多在3 m 以內(nèi)，而長度則在5 m 以內(nèi)。在疊合板的拆分過程中應(yīng)遵循少規(guī)格、多組合的原則，有效減少模具使用量，提高生產(chǎn)效率的同時避免不必要的資源浪費[5]。此外，預(yù)計底板和梁、柱之間的搭接距離，應(yīng)控制在10 mm 左右，結(jié)合外伸縱筋直徑、彎鉤形式、搭接或錨固長度確定雙向疊合板后澆帶接縫寬度后，即可將預(yù)制底板鋼筋直徑控制在8 mm左右，并且將后澆帶的接縫寬度控制在300 mm 左右。

在預(yù)制構(gòu)件拆分設(shè)計中還需要保證塔吊的現(xiàn)場作業(yè)能力，避免施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)構(gòu)件運輸?shù)轿粎s無法正常吊裝的問題，甚至產(chǎn)生大量返工損失?；诖耍谠O(shè)計初期必須綜合考量塔吊作業(yè)在深化設(shè)計中起到的影響，結(jié)合工程概況實時調(diào)整現(xiàn)場平面設(shè)計圖，同時選擇適合的塔吊型號，精準(zhǔn)計算塔吊可承受的最大重量以及預(yù)制構(gòu)件吊運的具體位置[6]。

2.2 建立現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模型

基于Revit 軟件構(gòu)建現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模型時，應(yīng)本著分層的原則建立結(jié)構(gòu)模型，以便于及時將預(yù)制構(gòu)件替換為現(xiàn)澆構(gòu)件。優(yōu)化參數(shù)設(shè)計時，還需要結(jié)合施工圖紙進(jìn)一步確定預(yù)制構(gòu)件的尺寸、規(guī)模等參數(shù)，并將其運用到Revit 模型，采用數(shù)模聯(lián)動的形式提高預(yù)制構(gòu)件設(shè)計的有效性。在此基礎(chǔ)上還可以利用軟件中的計算系統(tǒng)精準(zhǔn)確定預(yù)制構(gòu)件的重量與承載性能，同時驗算吊燈、吊環(huán)等參數(shù)設(shè)計的合理性，真正為開展預(yù)制構(gòu)件吊裝作業(yè)提供安全保障[7]。

在施工前進(jìn)行三維模擬安裝時，還可以將預(yù)制構(gòu)件融入模型中，第一時間發(fā)現(xiàn)構(gòu)件尺寸、安裝標(biāo)高存在的錯誤，及時處理各種錯漏數(shù)據(jù)，切實提高施工圖紙設(shè)計的準(zhǔn)確性。建好構(gòu)件模型后，還需要在BeePC 軟件中生成BOM 報表，并對預(yù)制構(gòu)件的體積、鋼筋參數(shù)以及相應(yīng)的附屬構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)計與整合，從而整體提高預(yù)制工廠的生產(chǎn)效率，加強(qiáng)設(shè)計和制作階段的一體化控制。

2.3 連接節(jié)點設(shè)計

連接節(jié)點設(shè)計具體包含以下3 方面的內(nèi)容。

2.3.1 疊合板連接節(jié)點

在設(shè)計過程中，通常需要將單向板受力鋼筋分別錨入梁內(nèi)，而非受力鋼筋則不必伸出，且單向板拼接處還需要避免發(fā)生抹灰開裂的問題。在單向板下部安置一個坡口后，即可在接縫前做好接縫處理工作。

同時，在雙向板周邊伸出鋼筋后還需將板鋼筋伸入梁內(nèi)的長度控制在5 cm以上，并確保其超出梁中心線。將鋼筋搭接到后澆帶接縫處時，必須高度重視鋼筋避讓的問題，保證鋼筋避讓距離控制在合理范圍內(nèi)，從而為后續(xù)鋼筋綁扎、搭接工作的順利進(jìn)行奠定良好的基礎(chǔ)。將板和柱進(jìn)行交接時，可以自動或手動完成切角處理，確保預(yù)制底板在柱內(nèi)錨的長度在10 mm 左右，根據(jù)鋼筋錨入柱內(nèi)的長度確定其錨入梁內(nèi)的長度。

2.3.2 梁柱連接節(jié)點

疊合梁錨入柱內(nèi)的長度尺寸大多是在10 mm，并以直錨的方式將底筋錨入柱內(nèi)。若柱尺寸無法達(dá)到直錨處理要求，還可以利用彎錨或錨固板進(jìn)行加固，并將端頭錨固板架入到中間支座。

實際上，預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計不僅需要滿足規(guī)范性要求，還需要保證后續(xù)施工的便利性。在梁抗扭腰筋與底筋錨固作業(yè)中，應(yīng)充分考慮預(yù)留抗扭筋可能對節(jié)點安裝帶來的影響，在梁端預(yù)埋抗扭筋后，通過搭接的方式安裝主梁，在梁柱節(jié)點處搭接柱箍筋，使其與梁抗扭腰筋相連接。

2.3.3 主次梁連接節(jié)點

在主次梁連接過程中可以選用鋼牛腿或挑耳構(gòu)件，在后次梁鋪設(shè)一層支墊后，將預(yù)埋件安設(shè)在次梁開槽中，以免鋼筋在主梁后澆槽接口處中斷。將鋼筋接頭預(yù)埋到次梁后，還需要做好現(xiàn)場吊運與次梁安裝工作。對主梁混凝土進(jìn)行澆筑時，可以將后澆段設(shè)在次梁端，并連接鋼筋與次梁鋼筋，從而為鋼筋焊接與綁扎工作的順利開展奠定良好基礎(chǔ)。

2.4 鋼筋避讓

安裝預(yù)制構(gòu)件時，可能發(fā)生鋼筋位移或碰撞試驗無法開展的情況，而施工人員會選擇直接切斷碰撞鋼筋，但這也使得整個施工過程存在嚴(yán)重的安全隱患。鑒于此，在工程項目設(shè)計階段必須從整體角度出發(fā)考慮鋼筋與預(yù)埋件可能發(fā)生的碰撞問題。將BIM 技術(shù)運用到碰撞試驗工作可以在三維模型中檢查鋼筋與預(yù)埋件是否存在碰撞問題，進(jìn)而在設(shè)計初期階段有效解決鋼筋碰撞問題。

首先，疊合板鋼筋避讓。當(dāng)疊合板外伸錨入梁內(nèi)鋼筋時，極容易發(fā)生疊合板與梁箍筋碰撞的問題，必須及時調(diào)整疊合板與鋼筋之間的距離，從而在源頭上解決疊合板與梁鋼筋碰撞問題。另外，預(yù)留在疊合板澆帶處的鋼筋也會發(fā)生各種碰撞問題，因此可將第1 根鋼筋的起始位置與另1 塊疊合板鋼筋的位置錯開。避讓鋼筋時，還可以利用自由板繪制功能，使鋼筋自動避讓線盒。

其次，柱梁鋼筋避讓。大多建筑項目需要將外立面中的梁邊與柱邊齊平，因此還需要保證梁角筋位置設(shè)置的合理性，一旦梁柱外側(cè)與鋼筋發(fā)生碰撞問題，則可以采用打彎處理方式避讓柱筋，但這也使得繪圖、構(gòu)件制作的難度不斷增加。

基于此，可以通過配筋構(gòu)造的方式將預(yù)制梁向外側(cè)加寬50 mm，從而達(dá)到建筑立面要求，有效避免梁角筋和柱筋發(fā)生碰撞問題。

2.5 預(yù)制構(gòu)件出圖

預(yù)制構(gòu)件出圖可直觀清晰地反映出深化設(shè)計成果，其中深化設(shè)計水平、出圖質(zhì)量決定著預(yù)制構(gòu)件的施工質(zhì)量。

因此，當(dāng)預(yù)制構(gòu)件方案設(shè)計結(jié)束后可以將其一鍵出圖，全面展示深化設(shè)計方案中的平立剖面圖，并結(jié)合實際施工要求選擇最佳的剖面圖，不斷優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件在制作、安裝等方面的設(shè)計深度。

3 BIM 技術(shù)在裝配式框架結(jié)構(gòu)中的技術(shù)管理應(yīng)用

BIM 技術(shù)在裝配式框架結(jié)構(gòu)中的技術(shù)管理應(yīng)用主要集中體現(xiàn)在其與技術(shù)方案的結(jié)合上，并對施工方案模擬中不合理的地方進(jìn)行優(yōu)化。BIM 技術(shù)可以將預(yù)制構(gòu)件吊裝技術(shù)方案還原為三維動畫模型，使得技術(shù)方案中的每一道工序被直觀清晰地展示出來，以此達(dá)到動態(tài)管理技術(shù)方案的目的。在預(yù)制構(gòu)件吊裝施工正式開展前，項目管理人員應(yīng)嚴(yán)格審核吊裝方案，同時提供科學(xué)可行的整改意見，從而為吊裝作業(yè)的順利開展提供理論支持。若想確保驗證方案制定的精準(zhǔn)性，還需要將方案模擬與現(xiàn)場操作進(jìn)行對比分析，充分發(fā)揮施工方案模擬的技術(shù)優(yōu)勢。

4 BIM 技術(shù)在裝配式框架結(jié)構(gòu)中的生產(chǎn)進(jìn)度管理應(yīng)用

在裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)中，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)進(jìn)度管理時具體可從以下3 方面著手。第一，核對預(yù)制構(gòu)件明細(xì)表。某工程項目的預(yù)制構(gòu)件量為1300 ～1600 塊，為精準(zhǔn)確定預(yù)制構(gòu)件的數(shù)量，可以將BIM 構(gòu)件明細(xì)表、BIM構(gòu)件生產(chǎn)廠家數(shù)量清單、設(shè)計圖紙清單進(jìn)行對比分析，以此保證構(gòu)件數(shù)量的準(zhǔn)確性。第二，科學(xué)布置現(xiàn)場環(huán)境。由于預(yù)制框架結(jié)構(gòu)工程必須以足夠的構(gòu)件堆放場地為支撐，同時嚴(yán)格遵守場地內(nèi)的構(gòu)件堆放標(biāo)準(zhǔn)。若現(xiàn)有塔吊無法滿足施工進(jìn)度要求，還需要增設(shè)移動吊車輔助吊裝作業(yè)?，F(xiàn)場施工與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)穿插作業(yè)很可能對現(xiàn)場平面布置造成一定的影響，但利用BIM 技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場模擬施工就能對現(xiàn)場平面管理實現(xiàn)動態(tài)化分析與管控，全方位展示出每一施工階段的場地變化，同時詳細(xì)記錄每一工況，真正為施工現(xiàn)場平面管理提供技術(shù)層面的支持。第三，動態(tài)化模擬車輛進(jìn)出施工現(xiàn)場的實際情況。布置好現(xiàn)場平面后，即可在每一施工周期內(nèi)動態(tài)管控場地布置情況，確保現(xiàn)場施工能滿足各種車輛同時運行的最大化需求，如構(gòu)件運輸車、罐車、汽車吊以及鋼筋車輛等，以免其對道路運輸造成阻礙。在此過程中還需要按照生產(chǎn)進(jìn)度，詳細(xì)規(guī)劃運輸車輛進(jìn)場的路線。

5 BIM 技術(shù)在裝配式框架結(jié)構(gòu)中的安全質(zhì)量管理應(yīng)用

BIM 技術(shù)在安全質(zhì)量管理方面的應(yīng)用主要集中在協(xié)同管理層面，BIM 工作站可以結(jié)合項目實際情況構(gòu)建BIM構(gòu)件族庫，確保其涵蓋預(yù)制構(gòu)件、安全標(biāo)準(zhǔn)化防護(hù)等方面的內(nèi)容，同時及時更新構(gòu)件族庫，利用移動端設(shè)備了解現(xiàn)場驗收、巡查等環(huán)節(jié)中的構(gòu)件模型，進(jìn)而達(dá)到BIM 協(xié)同管理的目的。首先，實現(xiàn)智能協(xié)同管理。在進(jìn)場驗收工作中可以借助各移動平臺控制預(yù)制構(gòu)件的規(guī)模尺寸、預(yù)留預(yù)埋情況，同時校驗現(xiàn)場構(gòu)件與模型是否一致，通過掃描產(chǎn)品二維碼來檢驗產(chǎn)品的合格率與使用的準(zhǔn)確率。其次，安全協(xié)同管理?；诎踩珮?biāo)準(zhǔn)化模型不斷調(diào)整安全技術(shù)方案，保證安全保護(hù)材料的尺寸規(guī)格以及穿插作業(yè)的施工次序符合實際施工要求，同時整體提高預(yù)制吊裝作業(yè)的安全性。

6 BIM 技術(shù)在裝配式框架結(jié)構(gòu)中的成本物料管理應(yīng)用

精細(xì)化管理作為工程項目未來發(fā)展和建設(shè)的主流趨勢，在項目成本物料精細(xì)化管理中應(yīng)用BIM 技術(shù)時，通常需要按照施工段劃分BIM 模型，并在此基礎(chǔ)上科學(xué)提取工程量，結(jié)合生產(chǎn)申報材料計劃做好輔助工作，將其與實際進(jìn)場量進(jìn)行對比分析，利用BIM 技術(shù)切實提高物料精細(xì)化管理水平。

7 結(jié)語

目前，BIM 技術(shù)在裝配式框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用仍缺乏可供參考的實踐經(jīng)驗，特別是該工程項目還涉及各種復(fù)雜的預(yù)制構(gòu)件種類，并且在項目研究中還需要將BIM 技術(shù)與PC 技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。本文對項目模型建立到施工的全過程進(jìn)行了探討，結(jié)合建模標(biāo)準(zhǔn)不斷完善裝配式框架結(jié)構(gòu)深化設(shè)計，從技術(shù)、質(zhì)量、安全、生產(chǎn)以及物料等方面著手分析了BIM 技術(shù)在裝配式框架結(jié)構(gòu)深化設(shè)計中的具體應(yīng)用，旨在利用BIM 技術(shù)將復(fù)雜施工節(jié)點可視化，站在技術(shù)層面更好地完成輔助項目管理工作。