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        基于BIM技術(shù)的裝配式建筑研究應(yīng)用

        2020-04-08 11:02:08李令令
        黑龍江科學(xué) 2020年4期
        關(guān)鍵詞:建筑模型施工

        李令令

        (吉林建筑科技學(xué)院,長春 130000)

        1 基于BIM技術(shù)的裝配式建筑

        裝配式建筑全稱為預(yù)制裝配式建筑(Prefabricated Concrete,PC),俗稱“拼裝房”,它是基于工業(yè)化生產(chǎn)方式的住宅建造技術(shù),通過裝配、結(jié)合與連接來現(xiàn)澆建筑結(jié)構(gòu),然后通過構(gòu)件的組合拼裝來完成住宅房屋的建造。目前,裝配式建筑為進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)施工的品質(zhì),融入了先進(jìn)的BIM技術(shù)。BIM(Building Information Modeling)建筑信息模型基于三維數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ),為建筑全生命周期搭建主線,實(shí)現(xiàn)了建筑產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的有效關(guān)聯(lián)和數(shù)據(jù)資源共享,能夠有效減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和工程成本。在BIM技術(shù)中包含了Tekla Structures這樣的重要設(shè)計(jì)軟件,它涵蓋了3D鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)、3D鋼筋混凝土設(shè)計(jì)以及項(xiàng)目管理模塊。

        裝配式建筑技術(shù)比BIM技術(shù)更早出現(xiàn)。在20世紀(jì)70年代,日本就基于《工業(yè)化住宅性能認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)》提出了可滿足國內(nèi)建筑建造標(biāo)準(zhǔn)的裝配式建筑技術(shù)形式。這種建造標(biāo)準(zhǔn)形式被日本稱之為最適合自身發(fā)展的建筑建造模式,甚至在法律條文中明文規(guī)定非裝配式建筑不得生產(chǎn)販賣。21世紀(jì),我國也開始研究并實(shí)踐應(yīng)用裝配式建筑技術(shù)形式,并逐漸形成產(chǎn)業(yè)化發(fā)展規(guī)模,建立了相應(yīng)的設(shè)計(jì)技術(shù)、施工與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)體系。

        根據(jù)BIM技術(shù)所固有的可視性、模擬性、協(xié)調(diào)性,它完全能夠與裝配式建筑技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來,進(jìn)而形成適應(yīng)于當(dāng)前建筑生產(chǎn)環(huán)境的新建筑生產(chǎn)管理模式。從功能表現(xiàn)層面來看,BIM的可視化技術(shù)內(nèi)容可有效提高設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)圖紙讀圖能力,能夠快速實(shí)現(xiàn)信息設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過程的有效對(duì)接,還能在施工項(xiàng)目中的各專業(yè)之間進(jìn)行信息化協(xié)調(diào)。

        例如,某城市經(jīng)濟(jì)保障房項(xiàng)目正在施工,項(xiàng)目整體采用到了剪力墻結(jié)構(gòu),而且它的戶型具有與城市住宅相似的特征,即擁有首層、標(biāo)準(zhǔn)層和頂層等建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)容,每一個(gè)建筑層都由若干個(gè)建筑單元所成,屬于典型的裝配式建筑結(jié)構(gòu)。在該建筑的設(shè)計(jì)過程中,它就采用到了BIM模塊化技術(shù)理念。先將建筑整體劃分為若干層,并結(jié)合不同層次的功能需求深度分解剖析戶型模塊與附屬模塊內(nèi)容,然后將兩大模塊再劃分為若干不同類別構(gòu)件,最后將構(gòu)件內(nèi)容按照單元、層級(jí)的形式逐級(jí)設(shè)置出來。這一過程類似于“搭積木”,整體的建筑施工組成如圖1所示。

        圖1 基于BIM模塊化技術(shù)的裝配式建筑 設(shè)計(jì)基本原理流程示意圖Fig.1 Basic principle flow diagram of assembly building design based on BIM modular technology

        由圖1可知,基于BIM模塊思想的裝配式建筑設(shè)計(jì)施工流程是相當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?,它幾乎涉及了施工工程?xiàng)目中的各個(gè)細(xì)節(jié)。在技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化調(diào)整方面注重整體分解與細(xì)節(jié)把控的目的是為了有效提高BIM模塊化技術(shù)的應(yīng)用水平和裝配式建筑設(shè)計(jì)與施工管理效率[1-4]。

        2 案例分析——以某B預(yù)制裝配式建筑施工為例

        2.1 B預(yù)制裝配式建筑工程項(xiàng)目的基本概述

        某B預(yù)制裝配式建筑為高層住宅建筑,建筑所采用的就是預(yù)制裝配式的框架結(jié)構(gòu)體系,它的總建筑面積達(dá)到4 000 m2,建筑高度56 m,擁有地上17層和地下1層。建筑擁有商鋪首層、標(biāo)準(zhǔn)住宅層和頂層。它的梁柱節(jié)點(diǎn)采用的是樓板預(yù)制現(xiàn)澆板疊合而成,它的所有構(gòu)件部分全部采用工廠預(yù)制模式,預(yù)制率在85%以上。該建筑施工設(shè)計(jì)融入了BIM技術(shù)模型,整體項(xiàng)目運(yùn)作追求智能化建設(shè)發(fā)展進(jìn)程。

        2.2 B建筑的BIM模型設(shè)計(jì)

        為B建筑設(shè)計(jì)BIM模型需要運(yùn)用到建模軟件?,F(xiàn)結(jié)合工程項(xiàng)目實(shí)際情況選擇了Revit和Tekla系列軟件。在模型設(shè)計(jì)過程中,主要設(shè)計(jì)了電氣模型、水電模型和結(jié)構(gòu)模型,其中結(jié)構(gòu)模型部分采用到了Tesla Structures軟件,并在建模過程中充分考量建模參數(shù),融入大量參數(shù)化構(gòu)建,建立了一套標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫。具體來講,在B建筑模型設(shè)計(jì)過程中,利用Revit軟件為其構(gòu)建窗臺(tái)與欄桿中的“族”結(jié)構(gòu),再利用Tesla Structures軟件開發(fā)參數(shù)化節(jié)點(diǎn),為建筑施工提前配筋,如此可有效提高建筑建模的整體效率。在建筑模型轉(zhuǎn)換過程中,還采用了IFC格式文件成功導(dǎo)入Tesla Structures軟件中的數(shù)據(jù)內(nèi)容,為BIM模型的最終構(gòu)建完成提速。

        2.3 B建筑圖紙的自動(dòng)生成

        該建筑擁有400個(gè)預(yù)制構(gòu)建,其中包括70塊外墻板、102根柱子、160根主次梁、50塊樓板以及12塊預(yù)制樓梯。B建筑工程全程采用了Tesla Structures軟件進(jìn)行參數(shù)化節(jié)點(diǎn)優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立配筋,即利用BIM模型參數(shù)化設(shè)計(jì)優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)過程,保證建筑整體結(jié)構(gòu)的搭建在2 d內(nèi)就能完成(1人工作量)。這一效率相比于傳統(tǒng)一周10人以上的工作量已大幅縮減,為B建筑施工節(jié)省了大量的時(shí)間成本[2]。

        圖2 基于BIM模型的B建筑整體配筋模型示意圖Fig.2 Overall reinforcement model of building B based on BIM model

        2.4 B建筑的碰撞檢測分析

        對(duì)B建筑進(jìn)行碰撞檢測分析同樣要采用BIM技術(shù),要利用其中的Tekla Structures 3D模型進(jìn)行技術(shù)性漫游操作,從微觀角度觀察整個(gè)建筑模型,深入理解技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容,確保建筑結(jié)構(gòu)中的全部構(gòu)件節(jié)點(diǎn)都符合施工要求。要基于預(yù)制構(gòu)件碰撞檢測試驗(yàn)來優(yōu)化結(jié)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)內(nèi)容,判斷其鋼筋級(jí)別與損壞程度。例如,考慮到B建筑某一現(xiàn)澆鋼筋節(jié)點(diǎn)區(qū)域中預(yù)制梁與預(yù)制柱鋼筋的交錯(cuò)密度過大,所以,在碰撞檢測試驗(yàn)中還需再次采用Tekla Structures軟件對(duì)建筑碰撞進(jìn)行校核管理,特別是對(duì)建筑鋼筋進(jìn)行最后的檢查。然后,再通過BIM界面管理對(duì)話框列舉出全部的碰撞檢查數(shù)據(jù),其中就包括B建筑所有的碰撞對(duì)象名稱、碰撞類型、碰撞構(gòu)件以及碰撞結(jié)果數(shù)據(jù),等等。在結(jié)果中發(fā)現(xiàn)B建筑項(xiàng)目的碰撞檢測有超過20處“鋼筋打架”的情況。設(shè)計(jì)技術(shù)人員便對(duì)建筑鋼筋的位置作出了調(diào)整,有效規(guī)避了由于BIM模型錯(cuò)誤可能導(dǎo)致的后期二次返工問題,為B建筑項(xiàng)目施工節(jié)約了成本[3]。

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