譚貽導 歐陽浩 楊博 劉幸 梁玉德

【摘要】BIM具有可視化、協(xié)調性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性的特點。輕型預制樓梯在設計階段可應用BIM的可視化的特點，讓不同結構尺寸的預制樓梯更加直觀的展示，通過對比分析確定預制樓梯的結構尺寸;在預制樓梯生產階段可應用BIM的協(xié)調性及模擬性，可協(xié)調預制樓梯的鋼筋與預埋件之間的位置關系，可模擬預制樓梯構件的生產流程;在預制樓梯的吊裝階段可應用BIM的模擬性，模擬預制樓梯在項目施工中的吊裝流程。

【關鍵詞】輕型預制樓梯;BIM;設計;模擬性

我國每年竣工的城鄉(xiāng)建筑總面積約20億m2，是全球第一大建筑市場，但是我國建筑業(yè)生產存在能耗大、質量差、周期長、成本高、不環(huán)保等一系列問題，迫切需要采取現(xiàn)代化手段推進建筑業(yè)轉型升級。近幾年來，國家大力推進裝配式建筑的建設，目標到 2020 年，全國裝配式建筑占新建建筑的比例達15%以上，其中重點推進地區(qū)達到 20%以上[1]?！逼淠康氖菫榱耸菇ㄖ袠I(yè)達到綠色，安全和高效的水準[2]。樓梯在建筑物中起到了垂直交通的作用，但當遇到如火災地震等緊急情況時則起到疏散和逃生的重要作用，它也是結構抗震的薄弱部位。傳統(tǒng)現(xiàn)澆樓梯需現(xiàn)場施工，大量使用模板、濕作業(yè)多，臟亂、工序繁多，成型質量難以保證，并且需要現(xiàn)場養(yǎng)護，整體施工周期較長，難以適用現(xiàn)代建筑綠色施工及環(huán)保工藝要求。預制樓梯能較好的解決傳統(tǒng)現(xiàn)澆樓梯的困境，除了更加美觀之外，同時也能提升施工的效率、減少對環(huán)境的污染，采用蒸養(yǎng)的方式，保證了混凝土的強度，提升了工程的質量度，能夠有效降低因為人工的素質參差不齊而造成的質量達不到標準等隱患。

BIM為建筑信息模型（Building Informati-

on Modeling）的簡稱，該模型的創(chuàng)建以建筑項目中的各類數(shù)據(jù)、信息為基礎[2]，再通過數(shù)字信息虛擬仿真建筑物的實際真實信息，呈現(xiàn)的方式是數(shù)據(jù)庫+三維模型，具有可視化、模擬性、協(xié)調性、優(yōu)化性、可出圖性等特點。近些年，BIM在行業(yè)內得到了長足發(fā)展，在結構設計、成本預算、進度管理、施工模擬、機電安裝等方面得到了有效應用。BIM以三維建模軟件為工具，建立建筑信息模型，對模型的屬性、數(shù)量、方法、成本及進度等信息，盡可能準確有效地連結在一起，使該建筑物名副其實，且深具應用價值與共享的信息模型。預制樓梯屬于建筑構件中一個重要組成部分，其工業(yè)化程度高，而BIM技術在輕型預制樓梯的研究中，在設計、生產、運輸、吊裝等環(huán)節(jié)起到很好的輔助作用。

1、BIM在設計階段的應用

1.1輕型預制樓梯結構設計

樓梯結構設計師設計出一種肋梁折板式輕型預制樓梯，在最初的CAD設計圖的基礎上利用REVIT軟件建立輕型預制樓梯模型。這種輕型預制樓梯由梯梁、梯面板、踏步板、上下連接板組成。建模人員在同一類型的基礎上更改樓梯的梯梁高度、梯梁厚度、折板厚度建立多個輕型預制樓梯模型。利用Midas軟件對預制樓梯進行模擬受力分析，整理不同結構尺寸的受力分析圖。預制樓梯一般采用鋼模具，模具設計師根據(jù)樓梯模型，分析模具制造難度、制造成本、脫模難易程度。結構設計師結合三維模型圖、Midas受力分析報告、模具制造分析報告確定輕型預制樓梯的結構尺寸。見圖1

1.2樓梯鋼筋籠設計

由于輕型預制樓梯的結構比較復雜，在滿足配筋率的情況下進行優(yōu)化。綜合考慮樓梯強度、鋼筋保護層、鋼筋間距等因素，設計者確定最初的鋼筋形狀及直徑。通過Revit建立每根鋼筋的族模型，然后根據(jù)圖紙樓梯鋼筋籠的幾何形狀，利用Revit嵌套族的方法，把所有鋼筋零部件組裝成鋼筋籠。經過觀察和分析每個鋼筋零部件的形狀尺寸，鋼筋零部件之間的裝配銜接情況。分析樓梯鋼筋籠模型，提出存在不合理的地方，設計師可以進一步優(yōu)化鋼筋零部件的形狀尺寸及所有鋼筋零部件的相對位置關系。

1.3樓梯族庫

在裝配式預制樓梯BIM應用中，模擬工廠加工的方式，以預制樓梯構件的方式來進行系統(tǒng)集成和表達，這就需要建立裝配式預制樓梯構件庫[3]。通過裝配式預制樓梯構件庫的建立，可以不斷增加BIM虛擬預制樓梯構件的數(shù)量、種類和規(guī)格，逐步建立標準化、參數(shù)化預制樓梯構件庫[4]。當接到新的項目時，可在預制樓梯構件庫中找到一樣或類似的預制樓梯模型。這樣對預制樓梯的優(yōu)化設計、生產、運輸、吊裝、綜合成本等都起到了參照作用。一個標準化的預制樓梯配套相應的優(yōu)化設計方案、生產工藝及流程、生產管理、運輸管理、吊裝方案等。見圖2

1.4 樓梯優(yōu)化設計

利用樓梯模型的可視化，讓我們更加直觀的看到樓梯的外觀結構、鋼筋籠、預埋件的位置。設計者利用其可視化從結構、鋼筋加工綁扎工藝、模具制造等方面分析，從而優(yōu)化樓梯預制構件。見圖3

1.5材料用量統(tǒng)計

輕型預制樓梯結構模型及鋼筋零部件模型建好后，利用REVIT的明細表統(tǒng)計功能把樓梯的體積、鋼筋類型、材料生產廠家等信息進行統(tǒng)計，并導出excel表格。模型材料用量的統(tǒng)計減少了人工計算過程，也避免了計算產生的誤差。見圖4

1.6構件出圖

樓梯模型優(yōu)化設計完成后，創(chuàng)建圖紙把樓梯構件各視圖放入，生成樓梯深化設計圖紙。創(chuàng)建鋼筋籠圖紙，把鋼筋籠及各零部件放入圖紙中。創(chuàng)建的圖紙中含有三維結構圖，車間生產技術人員能更快的讀懂圖紙，可以合理準確的布置樓梯生產流程。

2、BIM在預制樓梯構件生產中的應用

輕型預制樓梯設計完成后，需要進行試生產。BIM在預制樓梯試生產中的應用主要包括：構件加工圖設計、構件加工指導、通過CAM實現(xiàn)預制樓梯的數(shù)字化制造等方面。

2.1 樓梯構件加工圖

通過BIM模型對建筑構件的信息化表達，構件加工圖在BIM模型上直接完成和生產，不僅能清楚表達傳統(tǒng)圖紙的二維關系，而且對于復雜空間剖面關系也可以清楚表達，同時還能將離散的二維圖紙信息集中在一個模型當中，這樣的模型能夠緊密的實現(xiàn)與預制構件廠的協(xié)同與對接。

在生產加工過程中，BIM信息化技術可以直觀單位表達構件空間關系和各項參數(shù)，能自動生成樓梯構件下料單、派工單、模具規(guī)格參數(shù)等[5]，并通過可視化的直觀表達幫助工人理解設計意圖，可以形成BIM生成模擬動畫、流程圖、說明圖等輔助材料，有助于提高工人生產的準確性和質量效率。

2.2 樓梯構件生產指導

在生產加工過程中，BIM信息化技術可以直觀單位表達構件空間關系和各項參數(shù)，能自動生成樓梯構件下料單、派工單、模具規(guī)格參數(shù)等，并通過可視化的直觀表達幫助工人理解設計意圖，可以形成BIM生成模擬動畫、流程圖、說明圖等輔助材料，有助于提高工人生產的準確性和質量效率。

2.3 RFID技術的應用

在預制樓梯生產時放入RFID芯片，在對應RFID芯片系統(tǒng)中輸入關于輕型預制樓梯的結構尺寸、重量、生產日期、技術員、項目名稱等信息。樓梯構件到達項目后通過RFID閱讀器識別出樓梯構件的相關信息，信息上顯示樓梯構件屬于哪個樓棟號及安裝樓層位置，這樣提高的吊裝施工的效率。預制樓梯吊裝完成后，在RFID芯片系統(tǒng)中添加吊裝施工完成時間，為項目在運維階段的運作提供依據(jù)。

3、BIM在樓梯吊裝中的應用

輕型預制樓梯在構件廠制造完成后運輸?shù)绞┕ろ椖浚珺IM工程師把輕型預制樓梯模型載入項目的建筑結構模型中。并且添加吊具、螺栓、注漿工具等模型。Revit 和Fuzor兩款軟件可以實現(xiàn)模型共享。將施工進度計劃與預制樓梯進行關聯(lián)，將空間信息與時間信息整合在一個可視的 4D 模型中[6]，就可以直觀、準確的反映樓梯的吊裝過程，并利用Fuzor軟件進行輕型預制樓梯吊裝過程的模擬動畫。施工模擬動畫可以很好展示整個是施工流程，可以讓施工人員更加直觀的了解預制樓梯吊裝的關鍵節(jié)點注意事項及整個施工流程。

結語：

輕型預制樓梯的研究過程充分利用BIM技術的特性。在樓梯構件設計階段利用BIM的可視化、協(xié)調性的特點，達到輔助設計、優(yōu)化設計的效果;在樓梯構件生產階段BIM技術可以指導構件生產，創(chuàng)建一個生產管理信息化系統(tǒng);在樓梯構件吊裝階段利用BIM技術的模擬性，對樓梯構件吊裝施工進行模擬仿真。

參考文獻：

[1]張紅.裝配式建筑的政策風口呼嘯而來[J].混凝土世界，2017（4）：24-30

[2]劉晴 王建平.基于BIM技術的建設工程生命周期管理研究[J].土木建筑工程信息技術，2010（3）：40-45

[3]樊則森.李新偉，裝配式建筑設計的BIM方法[J].建筑技藝，2014（6）：68-76

[4]王東.探究住宅裝配式建筑設計的BIM方法[J].建筑工程技術與設計，2017（33）：534-534

[5]張雷華.裝配式建筑設計中的BIM方法研究[J].建筑工程技術與設計，2015（28）：472-472

[6]陳文濤.BIM技術在裝配式建筑中的應用研究[J].建筑工程技術與設計，2017（12）：804-804