趙浩宇 劉志威

摘 要以某裝配式輕鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目為例，著重闡述了BIM技術(shù)在裝配式構(gòu)件選型、節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)的應(yīng)用。模型建立后，通過BIM技術(shù)對房屋裝配方案進(jìn)行施工模擬，得出各構(gòu)件集的施工順序，繼而進(jìn)行裝配流程的優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)輕鋼房屋的精細(xì)化設(shè)計(jì)和施工方案優(yōu)化，減少設(shè)計(jì)缺陷、提高建造效率。

關(guān)鍵詞輕鋼房屋;BIM技術(shù);優(yōu)化

在住宅產(chǎn)業(yè)化、裝配綠色化的背景下，輕鋼結(jié)構(gòu)以其構(gòu)件預(yù)制程度高、施工周期短、重復(fù)利用率高等優(yōu)勢作為一種新興產(chǎn)業(yè)進(jìn)入房地產(chǎn)市場。但輕鋼住宅體系在我國尚處于初級(jí)發(fā)展階段，其在應(yīng)用和推廣還有很多不足[1]。此外，關(guān)于輕鋼房屋的技術(shù)規(guī)范和體系不完善，建筑安全、綠色評(píng)價(jià)體系不成熟，設(shè)計(jì)階段中構(gòu)件尺寸的設(shè)計(jì)、房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化;施工階段中不同類型構(gòu)件在滿足結(jié)構(gòu)安全性前提條件下搭接方式的篩選、調(diào)整等都需要投入大量的精力和時(shí)間。最終導(dǎo)致輕鋼住宅的優(yōu)越性被淹沒，極大地制約了輕鋼房屋的推廣和應(yīng)用。

利用BIM相關(guān)技術(shù)，對輕鋼夾芯板預(yù)制房屋進(jìn)行建模設(shè)計(jì)，結(jié)合輕鋼結(jié)構(gòu)合理性分析進(jìn)而及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案以符合規(guī)范要求，再利用Navisworks軟件進(jìn)行建筑施工模擬，快速高效指導(dǎo)建造工程，節(jié)省建造時(shí)間，提高工程質(zhì)量和效率，為輕鋼結(jié)構(gòu)房屋的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 工程概況

某輕鋼夾芯板裝配式房屋為“吊腳+樓梯”設(shè)計(jì)，一層為梁柱桿件裝配式輕鋼框架結(jié)構(gòu)，上部采用壓型鋼板混凝土樓面。二層為輕鋼結(jié)構(gòu)主體和通風(fēng)扇葉組合，外側(cè)墻面和屋面采用夾芯板材料。屋頂為坡屋頂，輕鋼結(jié)構(gòu)主體形式為“鋼桁架+支撐”體系，采用全螺栓連接;預(yù)制構(gòu)件形式為預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)柱、外側(cè)預(yù)制鋼板樓梯及夾心保溫外墻板和屋面板。

2 輕鋼夾芯板裝配式房屋的技術(shù)難點(diǎn)

裝配式輕鋼房屋由于其構(gòu)件完全預(yù)制化，設(shè)計(jì)階段中所需構(gòu)件的尺寸都是固定的，設(shè)計(jì)的同時(shí)還需考慮復(fù)雜關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的施工。此外，由于裝配式房屋完全通過螺栓進(jìn)行連接，施工方案要結(jié)合房屋具體的結(jié)構(gòu)形式、選用的材料、設(shè)備等多因素進(jìn)行比選。因此，和傳統(tǒng)建筑相比，本工程在設(shè)計(jì)和施工階段有如下難點(diǎn)。

（1）節(jié)點(diǎn)連接方式設(shè)計(jì)和構(gòu)件選型困難。本工程為功能型裝配式別墅項(xiàng)目，功能區(qū)多、構(gòu)件雜，復(fù)雜關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)數(shù)量多，傳統(tǒng)模式由設(shè)計(jì)人員通過空間想象力和計(jì)算來確定構(gòu)件的選型和節(jié)點(diǎn)的連接方式，工程量大、過程復(fù)雜煩瑣，很容易出錯(cuò)和遺漏施工過程中諸多細(xì)節(jié)，導(dǎo)致前期設(shè)計(jì)與后期施工脫節(jié)，設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率低下。

（2）對施工過程的把控和裝配方案的制定難度大。本工程主體結(jié)構(gòu)完全以螺栓的形式進(jìn)行拼接，與傳統(tǒng)建筑施工相比極易出現(xiàn)交底不清楚問題[2]，導(dǎo)致進(jìn)度跟不上計(jì)劃，計(jì)劃又趕不上變化。同時(shí)，在現(xiàn)場裝配時(shí)，由于每個(gè)功能區(qū)的差異性和人力、材料資源的限制，施工階段進(jìn)度計(jì)劃的制定和優(yōu)化變得異常困難。

根據(jù)裝配式輕鋼房屋構(gòu)件具有標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，利用BIM參數(shù)化設(shè)計(jì)，集成構(gòu)件信息，建立標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫，方便設(shè)計(jì)過程中的構(gòu)件選型和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。同時(shí)，通過BIM技術(shù)施工方案模擬，綜合考慮各構(gòu)件的施工順序、施工沖突等因素，找出施工難點(diǎn)，制定最優(yōu)的施工方案。

3 BIM技術(shù)在裝配式構(gòu)件選型中的應(yīng)用

3.1 標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫的建立

鋼結(jié)構(gòu)骨架模型建立

3.1.1 鋼結(jié)構(gòu)柱

房屋下部支撐結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)柱，鋼結(jié)構(gòu)柱有多種形式—輕型Z型柱、角鋼柱，空心方形柱、矩形柱、圓形柱等。通過Revit自帶“柱”族的載入和參數(shù)修改，構(gòu)建不同類型鋼結(jié)構(gòu)柱的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫。以矩形柱為例，利用“結(jié)構(gòu)”選項(xiàng)卡—“柱”—“編輯類型”—“載入”—“結(jié)構(gòu)”—“柱”—“混凝土”—“鋼管混凝土柱矩形”完成載入，通過“復(fù)制”命令進(jìn)行名稱的更改，根據(jù)圖紙中柱截面尺寸，修改對應(yīng)“類型屬性”中“深度”和“寬度”參數(shù)，最后完成模型建立。如圖1。

3.2 立面鋼骨架

立面鋼骨架為矩形管桁架結(jié)構(gòu)體系，桁架體系內(nèi)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式有多種：T、Y形，X形、K形、TK形、TT形、XX形、KK形、KX形等。通過Revit內(nèi)建模型的方式，構(gòu)建不同桁架體系。以KT型節(jié)點(diǎn)桁架體系為例，在“項(xiàng)目瀏覽器”—“立面”—雙擊進(jìn)入“東立面”，利用“建筑”—“構(gòu)件”—“內(nèi)建模型”—“結(jié)構(gòu)框架”—“命名”—“拾取工作平面”，進(jìn)入拉伸編輯頁面，按照立面圖圖紙尺寸在對應(yīng)位置繪制輪廓線，根據(jù)平面圖相關(guān)尺寸，在左側(cè)“屬性”界面確定拉伸起終點(diǎn)，最后完成桁架模型的建立。如圖2。

3.3 屋面鋼骨架

屋架為三角支撐桁架組合體系，桁架內(nèi)為K型節(jié)點(diǎn)連接方式，桁架體系建立方法與立面鋼骨架建立方法相似，利用軟件中構(gòu)件外形輪廓編輯功能，選中輪廓線后通過拖拽輪廓線的兩端點(diǎn)以及修改對應(yīng)的尺寸標(biāo)注，根據(jù)屋頂、墻體等外部約束，結(jié)合滿足構(gòu)件受力要求計(jì)算，對輕鋼骨架模型構(gòu)件尺寸、節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)行實(shí)時(shí)修改，最終保證整體的協(xié)調(diào)性。

4 BIM技術(shù)在裝配式房屋施工方案優(yōu)化中的應(yīng)用

裝配式輕鋼房屋由于構(gòu)件數(shù)量較多，構(gòu)件管理工作十分復(fù)雜，在裝配過程中各構(gòu)件施工順序相互交叉，極易出錯(cuò)。此外，裝配式房屋的施工以吊裝為主要形式，吊裝過程中極易受到周圍建筑物、地形以及其他施工條件的限制，而無法正常按計(jì)劃施工。

構(gòu)件庫中每個(gè)構(gòu)件都有特定的ID編號(hào)，再通過構(gòu)件集對構(gòu)件進(jìn)一步分類，最后根據(jù)現(xiàn)場情況和施工方案，借助Navisworks軟件模擬施工過程，查找現(xiàn)實(shí)施工中可能出現(xiàn)的問題，發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)源，制定專項(xiàng)解決方案，優(yōu)化現(xiàn)有的施工進(jìn)度安排，高效快速地指導(dǎo)施工過程，在保證施工質(zhì)量的前提下按時(shí)完工。

對于每一個(gè)施工步驟中要安裝的構(gòu)件，利用 Navisworks 中提供的選擇樹功能和模型本身，依次選擇并保存為集合，使用Time Liner功能，通過Time Liner 中“任務(wù)”的設(shè)置，創(chuàng)建新的任務(wù)，并按順序附著集合，同時(shí)設(shè)置每個(gè)任務(wù)的持續(xù)時(shí)間，選擇任務(wù)類型為“構(gòu)造”，在“模擬”選項(xiàng)卡，模擬施工過程，分析施工過程的合理性。

在模擬裝配施工過程中發(fā)現(xiàn)，由于外墻板裝配較為簡單且輕鋼骨架在對稱立面的裝配有極大的結(jié)構(gòu)相似性，故可對針對這兩個(gè)裝配過程進(jìn)行優(yōu)化，由原來外墻板依次裝配施工調(diào)整為四塊外墻板并行施工，由單個(gè)立面輕鋼骨架的依次裝配調(diào)整為東西兩立面輕鋼骨架同時(shí)裝配、南北兩立面輕鋼骨架同時(shí)裝配，縮短了工期，優(yōu)化了裝配施工方案。如圖3、圖4。

5 結(jié)論

現(xiàn)有輕鋼結(jié)構(gòu)房屋技術(shù)體系不完善，項(xiàng)目全周期運(yùn)營中仍會(huì)有大量的人力、物力的投入，使輕鋼房屋的優(yōu)勢未能充分發(fā)揮。依托BIM技術(shù)，將構(gòu)件信息集成，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫，擴(kuò)大對構(gòu)件選擇，在保證結(jié)構(gòu)安全性前提下，解決設(shè)計(jì)階段構(gòu)件尺寸變更、比選難問題;同時(shí)運(yùn)用施工模擬軟件模擬輕鋼房屋的施工裝配過程，將方案不斷優(yōu)化，最大限度地降低施工成本;最終使輕鋼房屋達(dá)到綠色、經(jīng)濟(jì)、安全的標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1]胡向磊.中國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的住宅產(chǎn)業(yè)化探索—基于輕鋼輕板住宅體系適用技術(shù)初步研究[D].同濟(jì)大學(xué)，2004.

[2]黃飛亞.基于住宅產(chǎn)業(yè)化的建筑信息模型（BIM）在輕鋼住宅體系中的應(yīng)用研究[D].華南理工大學(xué)，2018.