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1 前言

隨著建筑工業(yè)化的發(fā)展，裝配式建筑在全國范圍內(nèi)正在逐步廣泛應(yīng)用，相應(yīng)的國家標準《裝配式混凝土建筑技術(shù)標準》GB/T 51231-2016、國標圖集、各地的地方標準圖集也紛紛編制與出版，裝配式建筑適應(yīng)工業(yè)化、節(jié)能、環(huán)保的發(fā)展要求，必將是未來建筑領(lǐng)域的發(fā)展方向[1-2]。

為了適應(yīng)裝配式的設(shè)計要求，PKPM編制了基于BIM技術(shù)的裝配式建筑設(shè)計軟件PKPM-PC，提供了預制混凝土構(gòu)件的脫模、運輸、吊裝過程中的計算工具，實現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)分析及相關(guān)內(nèi)力調(diào)整、連接設(shè)計，在BIM平臺下實現(xiàn)預制構(gòu)件庫的建立、三維拆分與預拼裝、碰撞檢查、構(gòu)件詳圖、材料統(tǒng)計、BIM數(shù)據(jù)直接接力到生產(chǎn)加工設(shè)備。PKPM-PC為廣大設(shè)計單位設(shè)計裝配式住宅提供設(shè)計工具，提高設(shè)計效率，減小設(shè)計錯誤，推動了住宅產(chǎn)業(yè)化的進程[1-4]。

2 軟件啟動界面和主要功能

PKPM-PC軟件為廣大設(shè)計單位設(shè)計裝配式建筑提供簡便的設(shè)計工具，啟動界面如圖1所示。

圖1 基于BIM平臺的裝配式建筑設(shè)計軟件PKPM-PC啟動界面

軟件主要功能如下：(1)建筑裝配式模型； (2)裝配式方案設(shè)計； (3)裝配式結(jié)構(gòu)分析計算； (4)裝配式深化設(shè)計； (5)預制構(gòu)件庫建立和維護； (6)自動生成構(gòu)件詳圖(7)導出加工數(shù)據(jù)(直接接力數(shù)控加工設(shè)計CAM)。

3 基于BIM技術(shù)的裝配式建筑方案設(shè)計

3.1 裝配式BIM模型

BIM平臺提供多種裝配式建筑模型建立方式，可以采用BIM專業(yè)協(xié)同，從建筑模型轉(zhuǎn)換到結(jié)構(gòu)模型，或者從傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)建模軟件PMCAD中的模型導入，也可以直接進行交互的模型搭建。

(1)導入建筑數(shù)據(jù)(建筑轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu))，如圖2所示。

圖2 模型轉(zhuǎn)換

(2)交互建模(現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)建模再拆分或構(gòu)件庫拼裝)，如圖3所示。

圖3 裝配式交互建模界面

(3)導入PM數(shù)據(jù)。

3.2 裝配式設(shè)計指標及方案

(1)裝配式結(jié)構(gòu)整體分析設(shè)計；

(2)預制率計算(圖4)；

(3)拆分效果圖、爆炸圖(圖5)。

圖4 預制率計算結(jié)果

圖5 三維可視化拆分圖

4 裝配式結(jié)構(gòu)分析計算

4.1 結(jié)構(gòu)計算

裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容主要包括：(1)現(xiàn)澆部分地震內(nèi)力放大； (2)現(xiàn)澆部分、預制部分承擔的規(guī)定水平力地震剪力百分比統(tǒng)計； (3)疊合梁縱向抗剪計算； (4)預制梁端豎向接縫的受剪承載力計算； (5)預制柱底水平連接縫的受剪承載力計算； (6)預制剪力墻水平接縫的受剪承載力計算[6-9]。

裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計主要依據(jù)規(guī)范：(1)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ1-2014； (2)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》GB 50666-2011； (3)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50204-2015； (4)《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ355-2015(圖6)。

4.2 結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件驗算

接力PKPM結(jié)構(gòu)分析模塊完成結(jié)構(gòu)整體分析和預制構(gòu)件受力、配筋驗算(圖7)。

圖6 裝配式建筑結(jié)構(gòu)計算界面

圖7 裝配式建筑結(jié)構(gòu)計算分析界面

5 裝配式深化設(shè)計

(1)裝配式在模型中的三維預拼裝(包括圍護墻、設(shè)備管線等)

通過三維預拼裝，在設(shè)計階段就能避免沖突或安裝不上的問題，模擬施工，確定施工安裝順序(圖8～9)。

圖8 三維模型與預拼裝

圖9 多專業(yè)協(xié)同設(shè)計的BIM模型

(2)拆分工具

根據(jù)運輸尺寸、吊裝重量、模數(shù)化要求，自動完成構(gòu)件拆分； 能根據(jù)國際設(shè)計規(guī)范要求完成自動設(shè)計(圖10)。

圖10 構(gòu)件庫智能拆分功能

(3)交互布置

能交互布置構(gòu)件、預埋件、預留孔洞等。

(4)框架結(jié)構(gòu)可自動讀取Satwe計算結(jié)果，預制梁柱可根據(jù)計算結(jié)果配筋，并自動進行鋼筋避讓。

(5)現(xiàn)澆邊緣構(gòu)件自動配筋及出圖：現(xiàn)澆邊緣構(gòu)件可根據(jù)Satwe計算結(jié)果進行設(shè)計和配筋，并且可以生成現(xiàn)澆節(jié)點大樣圖。

(6)構(gòu)件、鋼筋碰撞檢查

可以實現(xiàn)專業(yè)間碰撞檢查及預制構(gòu)件間的鋼筋碰撞檢查(圖11)。

(7)機電專業(yè)孔洞預留、管線預埋：通過提資機電專業(yè)模型，可以在預制構(gòu)件中自動生成水暖孔洞及電氣預埋(圖12)。

圖11 碰撞檢查

圖12 機電專業(yè)孔洞預留

(8)預制率、算量統(tǒng)計

提供材料統(tǒng)計，并自動計算預制率(圖13)。

圖13 構(gòu)件用量統(tǒng)計報表界面

(9)構(gòu)件計算工具

提供材料統(tǒng)計表，并且可以自動計算預制率。

(10)自定義構(gòu)件：可以在自定義模塊，搭建異形構(gòu)件，并存儲入庫，方便復用。

(11)還包括構(gòu)件驗算、規(guī)范構(gòu)造檢查、短暫工況驗算校核等功能。

6 預制構(gòu)件庫建立和維護

PKPM-PC的預制構(gòu)件庫是開放的參數(shù)化構(gòu)件庫，構(gòu)件庫的數(shù)據(jù)是單獨存儲和管理的，可以是團隊共享的標準構(gòu)件庫，也可以交互自定義用戶庫、企業(yè)庫。在不同的工程中重復使用，減少重復工作，促進標準化，確保工作質(zhì)量及設(shè)計的結(jié)果能滿足安裝、加工要求。通過不斷的工程實踐，可以逐步建立企業(yè)自己的標準。預制構(gòu)件庫與設(shè)計緊密關(guān)聯(lián)，可以直接接力整體分析結(jié)果生成滿足設(shè)計要求的參數(shù)化預制構(gòu)件[9](圖14)。

按國標圖集設(shè)計的標準預制構(gòu)件可在拆分設(shè)計中直接調(diào)用。同時，自定義庫也滿足了異形預制構(gòu)件的項目需求。另外，用戶可以修改和擴充預制構(gòu)件庫。

圖15 預制構(gòu)件詳圖

圖14 預制構(gòu)件模型

7 自動生成構(gòu)件詳圖

基于BIM平臺的預制構(gòu)件詳圖自動化生成研發(fā)，裝配式結(jié)構(gòu)圖要細化到每個構(gòu)件的詳圖，詳圖工作量很大，BIM平臺下的詳圖自動化生成，保證模型與圖紙的一致性，即能夠增加設(shè)計效率，又能提高構(gòu)件詳圖圖紙的精度，減少錯誤(圖15)。

8 BIM模型數(shù)據(jù)直接接力數(shù)控加工設(shè)計CAM

裝配式結(jié)構(gòu)的BIM模型數(shù)據(jù)直接接力裝配式智慧工廠管理平臺，預制構(gòu)件模型信息直接接力數(shù)控加工設(shè)備，自動化進行鋼筋分類、鋼筋機械加工、構(gòu)件邊摸自動擺放、管線開孔信息的自動化畫線定位、澆筑混凝土的自動計算與智能化澆筑，達到無紙化加工，也避免了加工時人工二次錄入可能帶來的錯誤，大大提高了工廠生產(chǎn)的效率。數(shù)據(jù)直接傳給生產(chǎn)廠家用于預制構(gòu)件的數(shù)控加工，使得設(shè)計、生產(chǎn)、施工一體化，助力建筑產(chǎn)業(yè)升級。

圖16 BIM模型直接接力數(shù)據(jù)加工設(shè)備圖

圖17 裝配式智慧工廠管理平臺

9 結(jié)論

通過基于BIM技術(shù)的裝配式建筑設(shè)計軟件的研發(fā)，可供設(shè)計軟件直接應(yīng)用的開放的參數(shù)化預制構(gòu)件數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)裝配式建筑的標準化設(shè)計，滿足建筑工業(yè)化、信息化所亟需的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計要求，簡化裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高設(shè)計質(zhì)量與效率，優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高效率，推動面向建筑產(chǎn)業(yè)化的新型建筑設(shè)計方法[2， 9-12]。

[1] 王俊， 趙基達，胡宗羽.我國建筑工業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀與思考[J].土木工程學報, 2016，(15)： 1-8.

[2] 許杰峰， 馬恩成，夏緒勇，姜立，鮑玲玲.基于BIM的預制裝配建筑體系應(yīng)用技術(shù)[J].土木建筑工程信息技術(shù)， 2016, 8(4): 17-20.

[3] 顧泰昌. 國內(nèi)外裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀[J].工程建筑標準化， 2014(8)： 48-51.

[4] 白庶， 張艷坤，韓風，張德海，李微.BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用價值分析[J].建筑經(jīng)濟， 2015, 36(11): 106-109.

[5] 魏辰， 王春光，徐陽，石磊.BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計中的研究與實踐[J].中國勘察設(shè)計， 2016， (11).

[6] 張曉龍， 夏緒勇，張雷.基于PBIMS平臺的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件研發(fā)[J].土木建筑工程信息技術(shù)， 2015, 7(6): 201-202.

[7] 姬麗苗， 張德海，管梽瑜，韓進宇.基于BIM技術(shù)的預制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法初探[J].土木建筑工程信息技術(shù)， 2013, 5(1): 58-60.

[8] 王愛蘭， 宋萍萍，楊震卿，張強.基于BIM技術(shù)在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù)， 2015, 46(3): 228-231.

[9] 田東， 張新偉，馬濤.基于BIM的裝配式混凝土建筑構(gòu)件系統(tǒng)設(shè)計分析與研究[J].建筑結(jié)構(gòu), 2016，(17)： 58-62.

[10] 周文波， 蔣劍，熊成.BIM技術(shù)在預制裝配式住宅中的應(yīng)用研究[J].施工技術(shù)， 2012, 11(41): 72-74.

[11] 于龍飛， 張家春.基于BIM的裝配式建筑集成建造系統(tǒng)[J].土木工程與管理學報， 2015, 32(4): 73-78.

[12] 紀穎波， 周曉茗，李曉桐等.BIM技術(shù)在新型建筑工業(yè)化中的應(yīng)用[J].建筑經(jīng)濟， 2013(8):14-16.