楊金鳳

(阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 安徽阜陽 236031)

建筑行業(yè)是中國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)之一，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)建筑的設(shè)計方法以及建造方法已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化建筑的需求，人們綠色環(huán)保的理念也越來越深入，所以必須要對傳統(tǒng)的設(shè)計和建造方法進(jìn)行改革。BIM技術(shù)的出現(xiàn)是必然趨勢，BIM技術(shù)能夠通過關(guān)聯(lián)各個環(huán)節(jié)，讓各個過程的信息得到集成，避免到最終建造環(huán)節(jié)出現(xiàn)脫節(jié)，并能全程控制構(gòu)配件的需求量，為建筑行業(yè)提供了技術(shù)支撐，能有效推動中國建筑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

1BIM技術(shù)與裝配式結(jié)構(gòu)概述

1.1BIM技術(shù)的含義與特點

BIM技術(shù)主要是基于整個建筑工程當(dāng)中各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建出科學(xué)的建筑模型，實現(xiàn)了建筑產(chǎn)業(yè)的信息化發(fā)展。通過三維信息技術(shù)能夠在一個工程模型當(dāng)中集成項目中所有的信息數(shù)據(jù)內(nèi)容，讓工程的設(shè)計、施工等環(huán)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)一體化，保證每個工序都能得到協(xié)調(diào)發(fā)展。目前國內(nèi)外常用的BIM技術(shù)有很多，具體見表1。BIM技術(shù)的主要特點包括可視化、可協(xié)調(diào)性、可模擬性、優(yōu)化性等。①可視化：在二維的施工圖紙當(dāng)中，工程人員只能靠自己的想象力構(gòu)建出建筑構(gòu)件的形式，但是隨著建筑工程項目越來越復(fù)雜，依靠想象力無法保證想象的準(zhǔn)確性與可靠性。而BIM技術(shù)則可以使用三維立體的方式，在工程人員面前直觀展示建筑構(gòu)件，不僅減輕了工程設(shè)計人員的工作量，同時還能保證建筑設(shè)計圖紙的準(zhǔn)確性和可靠性。②可協(xié)調(diào)性：在整個建筑項目施工的過程中，施工圖紙有著非常重要的引導(dǎo)作用，如果施工設(shè)計圖紙出現(xiàn)了問題，各方?jīng)]有得到有效的溝通與協(xié)調(diào)，就可能導(dǎo)致發(fā)生嚴(yán)重的安全事故。而BIM技術(shù)所具有的協(xié)調(diào)性則能避免該問題的發(fā)生，其能夠在建筑項目建造之前對各個專業(yè)的設(shè)計進(jìn)行協(xié)調(diào)，能有效降低各個專業(yè)之間存在的沖突。③可模擬性：目前BIM技術(shù)不僅能夠模擬建造之前建筑物的建筑節(jié)能、施工等相關(guān)方面，還可以對一些緊急情況的應(yīng)急處理方案(運(yùn)營和維護(hù)階段的逃生情況等)進(jìn)行模擬，讓整個施工方案更加科學(xué)、合理。

表1 國內(nèi)外常用的BIM軟件

1.2裝配式結(jié)構(gòu)的概述

裝配式結(jié)構(gòu)主要是指將預(yù)制的混凝土構(gòu)件通過一定的連接方法進(jìn)行裝配的混凝土結(jié)構(gòu)。裝配式結(jié)構(gòu)是工業(yè)化發(fā)展的體現(xiàn)，通過系統(tǒng)化設(shè)計、模塊化拆分相應(yīng)的建筑構(gòu)件，并在工廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)制生產(chǎn)，然后再在施工現(xiàn)場進(jìn)行裝配安裝。其與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，生產(chǎn)效率更高，且在一定程度上節(jié)省了人工資源，具有較大的環(huán)保節(jié)約的特點。但是其在實際使用的過程中也存在受到運(yùn)輸條件的限制、設(shè)計難度較大等的問題。目前裝配式結(jié)構(gòu)被氛圍框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)以及框架-剪力墻結(jié)構(gòu)三種類型。

2以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究

2.1設(shè)計思想

傳統(tǒng)的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計方法主要是參照現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，通過對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行深化設(shè)計之后，最后進(jìn)入施工現(xiàn)場進(jìn)行最后的裝配工作。該類設(shè)計方法設(shè)計的預(yù)制構(gòu)件種類較多，限制了預(yù)制構(gòu)件實現(xiàn)工業(yè)化發(fā)展，所以在現(xiàn)代社會中必須積極轉(zhuǎn)變這類傳統(tǒng)的設(shè)計思路。通過創(chuàng)新后的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計方法應(yīng)該更加注重預(yù)制件的通用性，減少對構(gòu)件的種類設(shè)計，保證設(shè)計出的建筑產(chǎn)品能夠滿足多樣化的需求，所以通過利用BIM技術(shù)，應(yīng)該統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)且通用的構(gòu)件，形成相應(yīng)的預(yù)制件庫。在設(shè)計裝配式結(jié)構(gòu)的過程中，可以選擇預(yù)制件庫中已有的預(yù)制構(gòu)件，從而建設(shè)設(shè)計的步驟，通過減少設(shè)計人工和設(shè)計時間成本，減少工程造價的成本。

2.2設(shè)計方法

傳統(tǒng)的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，由于設(shè)計的預(yù)制件尺寸、型號等較多，不能適應(yīng)現(xiàn)代社會中標(biāo)準(zhǔn)化和工業(yè)化的設(shè)計，也就不能實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的目標(biāo)。所以基于BIM技術(shù)的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計方法首先應(yīng)該形成和完善預(yù)制構(gòu)件庫，其次應(yīng)模擬出BIM模型；再分析和優(yōu)化BIM模型；最后應(yīng)用BIM模型。

2.2.1形成與完善階段 在設(shè)計以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的裝配式結(jié)構(gòu)當(dāng)中，設(shè)計預(yù)制件庫是重點與核心，在設(shè)計BIM模型時需要將其作為基礎(chǔ)，通過構(gòu)件預(yù)制件庫保證預(yù)制件的標(biāo)準(zhǔn)和通用化，讓預(yù)制件工廠的流水線施工更加方便，從而滿足各類建筑的需求。在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的預(yù)制件時，需要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)類型設(shè)置出不同的預(yù)制構(gòu)件，并按照荷載大小、跨度等的不同情況對構(gòu)件進(jìn)行分類，構(gòu)件出預(yù)制構(gòu)件的集合，形成預(yù)制件庫之后還應(yīng)完善，在設(shè)計的過程中如果沒有找到滿足設(shè)計要求的預(yù)制件，則應(yīng)該將其重新定義，讓預(yù)制件庫更加科學(xué)和完善。

2.2.2構(gòu)建BIM模型 通過創(chuàng)建預(yù)制件庫，就可以按照相關(guān)的設(shè)計要求在預(yù)制件庫中進(jìn)行查詢，并構(gòu)建出相應(yīng)的BIM模型。構(gòu)建BIM模型主要是為了預(yù)設(shè)計裝配式結(jié)構(gòu)，讓其能夠保證安全，設(shè)計完成之后還應(yīng)該分析和復(fù)核，使用各種檢查方法不斷調(diào)整和優(yōu)化BIM模型，保證其使用可靠性和有效性之后才能投入生產(chǎn)和施工工序中。

2.2.3優(yōu)化和分析BIM模型 經(jīng)過設(shè)計的BIM模型需要經(jīng)過分析和復(fù)核之后才能投入使用，讓結(jié)構(gòu)的安全性得到保證，讓最終的設(shè)計方案具有較強(qiáng)的合理性。如果分析、復(fù)核不符合相關(guān)的規(guī)定，則應(yīng)該在預(yù)制件庫中重新挑選出更加合理、科學(xué)的構(gòu)件進(jìn)行替換，再進(jìn)行分析和復(fù)核，直到最終的模型滿足設(shè)計要求。

2.2.4 BIM模型的應(yīng)用 當(dāng)BIM模型滿足相關(guān)的設(shè)計要求之后，就能投入建造使用。在建筑工程建造階段中，可以利用BIM模型對施工的進(jìn)度進(jìn)行模擬，從而讓預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工等各個過程能得到合理的規(guī)劃，讓整個工程實現(xiàn)科學(xué)的管理。

2.3基于BIM技術(shù)的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計方法與傳統(tǒng)方法的對比研究

傳統(tǒng)的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計方法主要基于二維施工圖紙，然后開展方案設(shè)計等各個階段，在對圖紙?zhí)幚淼倪^程中不僅需要耗費大量的精力，同時由于人工進(jìn)行操作，可能會出現(xiàn)信息不明等誤差情況，造成設(shè)計的失誤情況，影響建筑工程施工的效率和質(zhì)量，并浪費建筑資。但是應(yīng)用BIM技術(shù)能夠通過構(gòu)建BIM模型，讓專業(yè)之間進(jìn)行積極的溝通與交流，減少了誤差，并能實現(xiàn)信息的共享，三維的圖形設(shè)計讓整個建筑工程更加直觀，進(jìn)一步提高了建筑施工的效率。

3基于BIM的裝配式結(jié)構(gòu)建造關(guān)鍵技術(shù)

3.1創(chuàng)建以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的裝配式結(jié)構(gòu)預(yù)制件庫

在裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)主要是讓各類建筑信息實現(xiàn)資源共享，所以建立相應(yīng)的裝配式結(jié)構(gòu)預(yù)制件庫是應(yīng)用BIM技術(shù)的基礎(chǔ)。設(shè)計單位以及預(yù)制件單位應(yīng)共有該預(yù)制件庫，當(dāng)設(shè)計人員開展設(shè)計工作時，能夠隨時在預(yù)制件廠內(nèi)查詢，避免設(shè)計的預(yù)制件工藝復(fù)雜，增大預(yù)制件制作的難度，并且創(chuàng)建預(yù)制件庫還應(yīng)該實現(xiàn)預(yù)制件庫的相關(guān)功能。詳見圖1。

圖1 創(chuàng)建預(yù)制件庫流程圖

首先設(shè)計裝配式結(jié)構(gòu)應(yīng)該按照相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行。如果同一類型的預(yù)制件較多，則需要歸并該預(yù)制件，同選擇具有較強(qiáng)通用性的構(gòu)件納入預(yù)制件庫中，所以應(yīng)該按照不同的專業(yè)和類型分別建立預(yù)制件庫。其次入庫的預(yù)制件上都應(yīng)該進(jìn)行編碼，讓預(yù)制件更容易被區(qū)別，避免因為信息不足對預(yù)制件的實際使用造成影響。最后預(yù)制件入庫時必須要根據(jù)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，在入庫前還應(yīng)該按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行檢查，保證其相關(guān)的信息能夠準(zhǔn)確可靠。只有通過保證入庫的有效性，才能讓預(yù)制件庫將其作用最大化發(fā)揮出來。在管理構(gòu)件庫過程中，還應(yīng)該定期進(jìn)行更新和維護(hù)，讓預(yù)制件相關(guān)信息的完善性和準(zhǔn)確性得到保證。

3.2選擇并分類預(yù)制件

3.2.1分類方法 由于目前裝配式結(jié)構(gòu)不同，所以創(chuàng)建預(yù)制件庫也應(yīng)該根據(jù)相關(guān)的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行分類建立，如圖2。目前比較常見的裝配式結(jié)構(gòu)體系包括預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土裝配整體式框架體系、預(yù)制混凝土體系和預(yù)制混凝土模板體系、新型預(yù)制混凝土體系以及疊合剪力墻結(jié)構(gòu)體系等。預(yù)制件進(jìn)行分類是預(yù)制件入庫與檢索的重要基礎(chǔ)，為了能夠提高預(yù)制件庫使用的便捷性，就需要根據(jù)相關(guān)的分類構(gòu)件出儲存的結(jié)構(gòu)，從而讓其形成具有規(guī)律性的預(yù)制構(gòu)件體系。一般情況下，還可以按照建筑、結(jié)構(gòu)以及設(shè)備等的功能不同進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分。文章主要按照建筑結(jié)構(gòu)對其進(jìn)行劃分，包括地基基礎(chǔ)、主體結(jié)構(gòu)以及二次結(jié)構(gòu)。

圖2 裝配式結(jié)構(gòu)體系

3.2.2選擇方法 在預(yù)制件庫中的預(yù)制件應(yīng)該保證其使用的通用性和標(biāo)準(zhǔn)性。選擇的步驟如圖3所示。

圖3 選擇預(yù)制件庫中預(yù)制件的步驟

由前述可知，預(yù)制構(gòu)件需要根據(jù)目前常用的裝配式結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行仔細(xì)的分類，且不同的體系對類型相同的構(gòu)件區(qū)別較大，因此需要單獨設(shè)計。對于已經(jīng)分類的預(yù)制構(gòu)件，則應(yīng)該對其主要的控制因素進(jìn)行統(tǒng)計。比如預(yù)制板，其受力的特性主要產(chǎn)生于板的厚度、荷載等方面，因此可以根據(jù)相關(guān)的受力因素對其進(jìn)行分析統(tǒng)計，并制作入庫。但是建筑結(jié)構(gòu)中的梁、柱等結(jié)構(gòu)的受力情況相對比較復(fù)雜，所以在劃分構(gòu)件的過程中應(yīng)該首先統(tǒng)計預(yù)制構(gòu)件，并將其歸并，降低主要控制因素帶來的影響，從而更加科學(xué)的預(yù)制構(gòu)件。

3.3創(chuàng)建相應(yīng)的編碼與信息

分類和選擇預(yù)制構(gòu)件只是整個過程中的一個小步驟，其并不是構(gòu)件入庫的全過程。BIM模型構(gòu)建的重點主要是創(chuàng)建信息，而預(yù)制件入庫的過程就是創(chuàng)建信息的主要過程。在創(chuàng)建信息的過程中應(yīng)該將每個預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行編碼，方便區(qū)別，并按照以下的編碼原則進(jìn)行編碼：唯一性、合理性、簡明性、完整性、規(guī)范性以及實用性，讓相關(guān)工作人員的管理工作更加方便，也避免出現(xiàn)失誤情況。

目前比較常用的建筑信息分類編碼方法為UniformatⅡ，其主要通過利用層次分類方法，將整個編碼體系分為四級層次結(jié)構(gòu)，其以及類目下包括基礎(chǔ)、外封閉工程、配套設(shè)施、設(shè)備家具等方面，二級類目包括地上結(jié)構(gòu)、外護(hù)結(jié)構(gòu)、地下室、基礎(chǔ)、內(nèi)墻以及樓梯等部分，目前預(yù)制件的編碼如表2所示。

表2 預(yù)制件編碼

表2中，X1表示預(yù)制件的分類編號；X2表示預(yù)制件的外形尺寸標(biāo)識；X3表示預(yù)制件的表面標(biāo)識；X4表示數(shù)字與字母的混合。

對預(yù)制件進(jìn)行編碼的主要目的是為了將各個構(gòu)件進(jìn)行區(qū)分，在設(shè)計和生產(chǎn)的過程中能夠準(zhǔn)確制定出相應(yīng)的構(gòu)件，保證工程的施工質(zhì)量和效率，傳統(tǒng)的二維設(shè)計過程中，建筑工程的相關(guān)信息主要體現(xiàn)在各類圖紙當(dāng)中，導(dǎo)致建筑信息比較分散，可能會出現(xiàn)信息重復(fù)、混雜的情況，而基于BIM技術(shù)建立的BIM模型，能夠?qū)⑺械慕ㄖ畔⑦M(jìn)行統(tǒng)一，能夠保證設(shè)計的質(zhì)量。

創(chuàng)建預(yù)制件的信息應(yīng)該基于三維模型，并在三維模型當(dāng)中添加更加完善的幾何與非幾何信息，其具體的創(chuàng)建過程如圖4所示。創(chuàng)建整個建筑過程中需要的預(yù)制件信息一般分為創(chuàng)建預(yù)制件庫信息和添加相應(yīng)的生產(chǎn)、運(yùn)輸以及管理維護(hù)等信息。由于在工程設(shè)計的過程中需要在預(yù)制件庫中選取相應(yīng)的構(gòu)件設(shè)計出BIM模型，并不斷將設(shè)計信息進(jìn)行深化，保證BIM模型的使用能夠指導(dǎo)預(yù)制件的生產(chǎn)、運(yùn)輸以及施工。所以在創(chuàng)建預(yù)制件庫信息的過程中，就必須要保證信息的完整性和科學(xué)性，才能讓整個設(shè)計工作和施工工作順利進(jìn)行。

圖4 創(chuàng)建預(yù)制件信息的過程

3.4以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的預(yù)制件庫的應(yīng)用

在基于BIM技術(shù)的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計方法當(dāng)中，預(yù)制件庫是非常重要的內(nèi)容，整個設(shè)計內(nèi)容必須以此為基礎(chǔ)，才能順利開展。在設(shè)計裝配式結(jié)構(gòu)的過程中，首先需要根據(jù)相關(guān)的設(shè)計需求確定實際的標(biāo)高，并使用科學(xué)、正確的裝配式結(jié)構(gòu)體系；再根據(jù)設(shè)計需求選擇預(yù)制件的類型，充分對預(yù)制梁柱的協(xié)調(diào)性進(jìn)行考慮之后才能布置其他的構(gòu)件，從而完成BIM模型的設(shè)計；再次需要分析和復(fù)核BIM模型。如果BIM沒有出現(xiàn)問題，就可以確定結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案；如果不滿足相關(guān)的要求，則需要重新選擇預(yù)制件類型，將其替換，再進(jìn)行分析和復(fù)核，直到滿足設(shè)計要求，最終才能進(jìn)行生產(chǎn)與施工。文章主要簡述了基于Revit的預(yù)制構(gòu)件制作流程,詳見圖5。

利用Revit軟件完成相應(yīng)的世構(gòu)體系創(chuàng)建預(yù)制構(gòu)件，并通過相應(yīng)的二次開發(fā)的平臺增加了預(yù)制構(gòu)件庫的管理功能，說明以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)創(chuàng)建預(yù)制構(gòu)件庫并實現(xiàn)管理功能具有一定的可行性。

4結(jié)語

現(xiàn)代社會中在裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計與建造中應(yīng)用BIM技術(shù)具有非常重大的意義，其能夠幫助施工隊伍掌握施工圖紙和施工方案，提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平和建造質(zhì)量，推動中國建筑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，最終實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

圖5 基于Revit的預(yù)制構(gòu)件制作流程