朱振鈞 戰(zhàn)美秋 崔新杰 許偉業(yè) 彭基娜

【摘? 要】裝配式建筑是一種節(jié)能、環(huán)保、高效的建造方式。目前國(guó)內(nèi)裝配式建普遍存在現(xiàn)場(chǎng)施工管理水平不高、施工安裝效率不強(qiáng)、各專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)性不夠等弊端。應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行裝配式建筑的設(shè)計(jì)與施工管理，可充分發(fā)揮BIM與裝配式建筑建造各自?xún)?yōu)勢(shì)，更好的促進(jìn)我國(guó)裝配式建筑的快速發(fā)展，推動(dòng)我國(guó)住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略的有效實(shí)施。

【關(guān)鍵詞】裝配式建筑;正向設(shè)計(jì);BIM

引言

裝配式建筑建造與汽車(chē)生產(chǎn)制造過(guò)程有著相似之處，裝配式建筑建造過(guò)程是將房屋建筑構(gòu)造組成拆分成墻體、梁、板、柱等PC構(gòu)件及其部品，在工廠流水線預(yù)制好之后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)組裝成建筑整體，有著施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量少、工期短、施工機(jī)械化程度高等特點(diǎn)，是我國(guó)建筑業(yè)生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)型。

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡(jiǎn)稱(chēng)BIM）以工程項(xiàng)目中不同類(lèi)型的信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，具有可視性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性和協(xié)調(diào)性五大技術(shù)特點(diǎn)，其在裝配式建筑的建設(shè)工程的應(yīng)用可顯著提高設(shè)計(jì)效率、提升建筑施工質(zhì)量，對(duì)推進(jìn)裝配式建筑的創(chuàng)新發(fā)展有著重大意義。

1.現(xiàn)階段裝配式建筑設(shè)計(jì)與施工的主要問(wèn)題

1.1設(shè)計(jì)流程復(fù)雜

當(dāng)前仍有大量建筑設(shè)計(jì)采用先整體設(shè)計(jì)再拆分的逆向設(shè)計(jì)傳統(tǒng)流程，設(shè)計(jì)效率低下，且難以達(dá)到施工設(shè)計(jì)一體化銜接，發(fā)揮不了裝配式建筑優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。

1.2節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)復(fù)雜、工藝操作難度大

節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不僅直接影響建筑結(jié)構(gòu)整體的可靠性， 也直接影響建筑工程造價(jià)、工程進(jìn)度及其整個(gè)工程的質(zhì)量與后期使用，現(xiàn)階段我國(guó)裝配建筑體系設(shè)計(jì)處于初級(jí)階段，連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)較復(fù)雜，構(gòu)件校正、對(duì)接、固定等施工工序操作工效偏低。

1.3預(yù)制構(gòu)件裝配率偏低、成本控制不力

預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化程度、裝配率、預(yù)制率等對(duì)工程造價(jià)成本都有著重要的影響，構(gòu)件的不合理拆分會(huì)使構(gòu)件種類(lèi)雜亂、規(guī)格種類(lèi)增多，使得生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化達(dá)標(biāo)受影響、建筑構(gòu)件的組合不夠且重復(fù)利用率低，由于多種規(guī)格的預(yù)制構(gòu)件模具需要高成本投入，因而顯著地增加了造價(jià)成本，使得資金投入過(guò)大造成一定浪費(fèi)。

1.4預(yù)制構(gòu)件施工質(zhì)量受制約

裝配施工節(jié)點(diǎn)處理及配套部品節(jié)點(diǎn)處理重視普遍不夠，例如窗口沒(méi)有預(yù)先留置安裝口;預(yù)制剪力墻與隔墻之間的拼裝豎直平面存在高低差與縫隙;極大地增加了處理難度，接縫處理不當(dāng)會(huì)引發(fā)后期返潮長(zhǎng)毛等問(wèn)題，很大程度地影響了住宅居住品質(zhì)及施工企業(yè)的商譽(yù)。

2.BIM裝配一體化正向設(shè)計(jì)的必要性

2.1 BIM裝配一體化正向設(shè)計(jì)模式

BIM裝配一體化正向設(shè)計(jì)有“先建模，后出圖”，三維可視化全方位、全過(guò)程應(yīng)用等優(yōu)勢(shì)，主要以信息載體在同一平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系安全分析，裝配式建筑模塊集成，配套完整的機(jī)電設(shè)施，施工過(guò)程一體化的協(xié)同設(shè)計(jì)模式，同時(shí)建立標(biāo)準(zhǔn)化的各模塊，使得各專(zhuān)業(yè)接口融合，避免在設(shè)計(jì)過(guò)程中由于信息不對(duì)稱(chēng)產(chǎn)生的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和設(shè)計(jì)返工。

2.2正向設(shè)計(jì)與配套裝配式建筑體系相契合

當(dāng)下市場(chǎng)缺乏成套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的裝配式設(shè)計(jì)體系，且國(guó)內(nèi)從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、到施工全套體系的運(yùn)用極少，而正向設(shè)計(jì)理念與裝配式建筑特點(diǎn)相契合，正是BIM裝配一體化正向設(shè)計(jì)與施工的迫切需求。采用正向設(shè)計(jì)服務(wù)于成套的裝配式建筑體系，把先進(jìn)的裝配式技術(shù)實(shí)現(xiàn)出來(lái)，對(duì)突破裝配式建筑發(fā)展瓶頸，發(fā)揮裝配式建筑高效建造的優(yōu)勢(shì)，驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新發(fā)展具有重要的含義。

3.BIM在裝配式建筑工程設(shè)計(jì)階段中的應(yīng)用

從設(shè)計(jì)源頭開(kāi)始，利用BIM的可視化特點(diǎn)進(jìn)行裝配式可視化設(shè)計(jì)，為裝配式建筑全過(guò)程、全專(zhuān)業(yè)、全產(chǎn)業(yè)鏈、全方位的信息化高效、高質(zhì)量建造奠定基礎(chǔ)。

3.1裝配式體系的拆分

運(yùn)用ABAQUS對(duì)裝配式建筑在水平往復(fù)荷載作用下的受力性能進(jìn)行有限元數(shù)值計(jì)算分析，在Ansys軟件中利用Revit模型信息從結(jié)構(gòu)角度分析裝配體系拆分原則，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)參數(shù)、配筋率、墻體配筋率對(duì)整個(gè)建筑體系的抗震性能影響。

3.2構(gòu)建裝配式體系配套族庫(kù)

BIM Structure建模與Tekla Structure結(jié)合進(jìn)行族庫(kù)模型建立，可先使用Revit軟件中5級(jí)分類(lèi)構(gòu)建裝配式結(jié)構(gòu)體系構(gòu)件、裝配細(xì)部節(jié)點(diǎn)及配套部品族庫(kù)，再利用Tekla Structure軟件對(duì)每個(gè)參數(shù)化節(jié)點(diǎn)配筋，將各個(gè)構(gòu)件參數(shù)化，最終匯集形成標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫(kù)。設(shè)計(jì)師可以直接調(diào)用已有族庫(kù)建模，既可減少重復(fù)建模率，又能提高建模準(zhǔn)確率。

3.3裝配式建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)

在裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)階段，BIM可視化設(shè)計(jì)起著重要的作用，傳統(tǒng)的裝配式建筑PC構(gòu)件生產(chǎn)情況如下：預(yù)制構(gòu)件廠通過(guò)設(shè)計(jì)院提供的各類(lèi)PC構(gòu)件的二維圖紙，進(jìn)行人工“讀取”二維圖紙上的建筑信息并進(jìn)行構(gòu)件的生產(chǎn)，BIM可視化正向設(shè)計(jì)直接調(diào)取族庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并可把裝配式建筑信息（材料、鋼筋水泥參數(shù)、尺寸型號(hào)）參數(shù)化編碼，預(yù)制構(gòu)件廠的生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)直接讀取構(gòu)件的編碼信息，免除人工“讀取”二維圖紙過(guò)程，有效避免人工誤差。

4.BIM在裝配式建筑工程施工階段中的應(yīng)用

4D施工虛擬仿真可對(duì)裝配式建筑體系的節(jié)點(diǎn)形式進(jìn)行細(xì)致的表達(dá)，預(yù)先發(fā)現(xiàn)建筑施工方案可能存在的問(wèn)題，進(jìn)行施工方案間隙碰撞、時(shí)間碰撞等碰撞優(yōu)化，降低返工、工程事故等的發(fā)生概率，同時(shí)通過(guò)復(fù)雜細(xì)部節(jié)點(diǎn)施工模擬仿真（可視化技術(shù)交底）幫助裝配施工工人準(zhǔn)確的掌握裝配節(jié)點(diǎn)連接施工工序，提高裝配質(zhì)效和安全性，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

基于BIM技術(shù)的施工全過(guò)程協(xié)同管理的特點(diǎn)，可通過(guò)電子信息表收集PC構(gòu)件信息，同時(shí)依據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃靈活調(diào)配現(xiàn)場(chǎng)資源，確保特定施工區(qū)域的PC構(gòu)件數(shù)量滿(mǎn)足施工的要求，有效避免預(yù)制構(gòu)件廠PC構(gòu)件堆積過(guò)量或施工現(xiàn)場(chǎng)材料短缺的問(wèn)題，減少構(gòu)件管理與堆放時(shí)間與成本。此外，基于RFID識(shí)別技術(shù)通過(guò)移動(dòng)設(shè)備，如手機(jī)、平板電腦等登陸云端平臺(tái)進(jìn)行異地指導(dǎo)施工，也可對(duì)構(gòu)件的完成質(zhì)量指示、參數(shù)屬性等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝配施工與質(zhì)量。

5.結(jié)語(yǔ)

發(fā)展裝配式建筑是我國(guó)建設(shè)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必然之路，BIM技術(shù)與裝配式建筑建造的結(jié)合是促進(jìn)裝配式建筑高效建造的有效手段，BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用可從設(shè)計(jì)源頭開(kāi)始全方位的提升裝配式建筑建筑質(zhì)量與效率，對(duì)促進(jìn)我國(guó)裝配式建筑的快速發(fā)展有著重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]陳敬武，班立杰.基于建筑信息模型促進(jìn)裝配式建筑精益建造的精益管理模式[J].科技管理研究，2020，40（10）.

[2]王長(zhǎng)勝，藍(lán)杰.BIM技術(shù)在裝配式建筑工程施工中的應(yīng)用研究[J].智能建筑與智慧城市，2020（07）：70.

[3]盧睿.基于BIM的裝配式建筑一體化協(xié)同設(shè)計(jì)[J].安徽建筑，2020.27（5）：159-160.

[4]何增平.裝配式建筑BIM虛擬安裝施工技術(shù)[J].福建建設(shè)科技.2020，（1）：100.

[5]Abanda， F. H.，Oti， A. H.，Tah， J. H. M..Integration of Lessons Learned Knowledge in Building Information Modeling[J].Journal of construction engineering and management，2018，144（9）.

基金項(xiàng)目：2019年度吉林省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目《裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)可視化正向設(shè)計(jì)與施工》（項(xiàng)目編號(hào)：202010191074）。