唐章穎

（云南監(jiān)協(xié)工程咨詢有限公司，云南 昆明 650034）

近幾年，國(guó)家與政府大力提倡建筑工業(yè)化，提出了重點(diǎn)發(fā)展裝配式建筑的發(fā)展戰(zhàn)略。所謂裝配式建筑，就是在建筑施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)預(yù)制構(gòu)件予以裝配的建筑模式。經(jīng)了解發(fā)現(xiàn)，裝配式建筑與我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)體系，無(wú)論是生產(chǎn)還是建設(shè)的方法都十分相似。鋼結(jié)構(gòu)建筑中結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受力明確，且具備較高的工業(yè)化，能夠與裝配式建筑理念相互融合。在鋼結(jié)構(gòu)建筑中應(yīng)用BIM技術(shù)，能夠加強(qiáng)建筑體系中的規(guī)范性、系統(tǒng)性、集成性以及準(zhǔn)確性。

1 BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的具體應(yīng)用

1.1 基于BIM軟件的功能模擬

以往的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中，在設(shè)計(jì)規(guī)劃施工方案、圖紙時(shí)，通常由設(shè)計(jì)師依據(jù)業(yè)主所提出的各種要求，查閱并參考前期類似工程資料，最后畫出CAD圖紙（二維）與建筑物的渲染效果圖（三維），對(duì)業(yè)務(wù)予以展示。其中，三維的建筑物渲染效果圖是應(yīng)用3d Max、Photoshop等軟件制作的，無(wú)法充分呈現(xiàn)CAD圖紙中的二維信息。反觀二維的CAD設(shè)計(jì)方案，其并沒有對(duì)建筑工程進(jìn)行完整、綜合的考量，因此所編制的設(shè)計(jì)方案無(wú)法充分滿足業(yè)主與建筑單位的需求。

而使用BIM軟件對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行方案規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師能夠構(gòu)建BIM輕量化模型（LOD200），并根據(jù)BIM軟件具有的可視化功能與動(dòng)態(tài)漫游功能對(duì)設(shè)計(jì)方案展開分析。該行徑有助于設(shè)計(jì)師對(duì)建筑形態(tài)、空間設(shè)計(jì)進(jìn)行合理調(diào)整，滿足業(yè)主所提要求。比如，可以應(yīng)用Autodesk Revit軟件，并通過該軟件中攜帶的第一人稱視覺模擬、動(dòng)態(tài)漫游的性能，對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)部構(gòu)造予以直觀的分析了解[1]。如果再結(jié)合VR技術(shù)，還可以讓設(shè)計(jì)人員體驗(yàn)到在真正房間內(nèi)部的感受，即在DVS3D軟件中導(dǎo)入Revit模型，并通過VR眼鏡或VR投影儀模擬出現(xiàn)實(shí)中的房間，使用動(dòng)態(tài)交互的方法，對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行全面、綜合的觀察，如圖1所示。

圖1 BIM技術(shù)與VR技術(shù)結(jié)合

在設(shè)計(jì)方案逐步深入的過程中，需要對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的樓板、龍骨隔墻等構(gòu)件信息予以記錄規(guī)劃，而BIM的建筑數(shù)據(jù)也在慢慢增加。設(shè)計(jì)師可通過BIM與該建筑工程中各大參與方對(duì)設(shè)計(jì)方案展開直接的溝通交流，加強(qiáng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與系統(tǒng)性。

當(dāng)設(shè)計(jì)方案步入深化環(huán)節(jié)，這時(shí)應(yīng)當(dāng)在專業(yè)分析軟件中導(dǎo)入BIM模型對(duì)其性能展開全方位的分析，如室外聲環(huán)境分析、室外風(fēng)環(huán)境分析與能耗分析等。其性能所分析的結(jié)果能夠使建筑設(shè)計(jì)師在充分滿足其功能、作用的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)居民居住的舒適度、建筑的穩(wěn)定度、安全度、可靠度提供強(qiáng)大助力?，F(xiàn)階段，BIM技術(shù)在對(duì)建筑性能進(jìn)行分析時(shí)所設(shè)計(jì)的階段、環(huán)節(jié)以及應(yīng)用軟件，如圖2所示。

圖2 基于BIM模型的建筑性能分析框架圖

1.2 通過BIM技術(shù)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)

在BIM技術(shù)中，參數(shù)化設(shè)計(jì)是其所具備全部特征中的重點(diǎn)之一。通過BIM軟件中的參數(shù)化規(guī)則體系構(gòu)建模型，將陳舊的設(shè)計(jì)模式與設(shè)計(jì)思維予以創(chuàng)新改革。在建筑工程設(shè)計(jì)前需要對(duì)建筑方案進(jìn)行深入分析探討，并對(duì)項(xiàng)目予以劃分，使其成為多個(gè)獨(dú)立、互通的單元板塊，并結(jié)合建筑工作的真實(shí)需求，對(duì)諸多板塊展開針對(duì)性的結(jié)合與改進(jìn)，并規(guī)劃出多種作用的全新組合[2]。BIM模型中的每一個(gè)元素都是單個(gè)獨(dú)立的小體系，其元素主要體現(xiàn)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中的鋼梁、鋼柱、龍骨隔墻及門窗系統(tǒng)等。

2 BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中生產(chǎn)環(huán)節(jié)的具體應(yīng)用

2.1 統(tǒng)計(jì)材料、工程量

通過BIM模型中所含帶的材料信息，對(duì)建筑工程中需要的各種物料、零構(gòu)件的數(shù)目進(jìn)行精確核算。將Revit中的明細(xì)表導(dǎo)出至Excel軟件中，并對(duì)這些構(gòu)件的大小、長(zhǎng)短、形態(tài)、性質(zhì)進(jìn)行匯總分析、規(guī)劃整理，極大減少了工作人員的工作量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了不同規(guī)格、厚度、材質(zhì)的零構(gòu)件共同大批量統(tǒng)計(jì)的目標(biāo)。此外，在Excel表格中輸入構(gòu)件的形狀、體積、數(shù)目及切割距離等數(shù)據(jù)信息，可自動(dòng)得出每個(gè)原材料板的利用率與廢料的百分比、重量等數(shù)據(jù)。

2.2 三維模型指導(dǎo)加工

通過BIM軟件可以加快局部設(shè)計(jì)修改的速度，對(duì)建筑部品模型的數(shù)據(jù)信息予以更新優(yōu)化使其成為L(zhǎng)OD400的部品模型。在生產(chǎn)、制作、加工建筑部品時(shí)，可以直接調(diào)取建筑部品模型的三維直觀圖與其相對(duì)應(yīng)的尺寸等數(shù)值。比如，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)深入化設(shè)計(jì)是裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑工程中最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)此，可通過BIM模型對(duì)其設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行深入分析，使之成為鋼結(jié)構(gòu)加工圖紙與施工圖紙，借此使鋼構(gòu)件與生產(chǎn)制作、實(shí)際施工安裝環(huán)節(jié)的需求相符。此外，鋼結(jié)構(gòu)的加工圖紙及安裝圖紙與構(gòu)件的生產(chǎn)制作、組拼安裝都有直接關(guān)系，且與該建筑工程施工質(zhì)量、成本造價(jià)息息相關(guān)，因此在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝時(shí)，一定要嚴(yán)格根據(jù)圖紙拼裝。

在深化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)模型等級(jí)在LOD400之上時(shí)，BIM軟件能夠?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)支撐體系中大批構(gòu)件相連之間的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行明確展示，如圖3所示。該情況可減去鋼構(gòu)件生產(chǎn)工廠中使用人力對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行描繪、統(tǒng)計(jì)的環(huán)節(jié)，從而使鋼構(gòu)件加工精確度與加工效率得到大幅度提升，同時(shí)也避免了人工所產(chǎn)生的誤差問題。只有使鋼結(jié)構(gòu)模型在構(gòu)建時(shí)具備準(zhǔn)確性、專業(yè)性以及規(guī)范性，其所形成的構(gòu)件詳圖才能更加精確、科學(xué)，從而降低施工現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)出現(xiàn)偏差的概率，節(jié)省工程成本。

圖3 三維加工圖

2.3 查詢構(gòu)件詳細(xì)信息

Revit軟件可以對(duì)工程圖紙進(jìn)行劃分，包含施工裝配圖、后期施工圖、構(gòu)件生產(chǎn)加工圖等；Revit軟件還可以輸出含帶鋼構(gòu)件的形狀、尺寸、體積、性質(zhì)等信息數(shù)據(jù)的.nwc文件，并將該文件導(dǎo)出至Navisworks中，使其模擬施工流程，提前對(duì)施工設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證。鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的深化通過BIM技術(shù)完成，不僅大大節(jié)約了原材料，而且在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行定位時(shí)，具有較強(qiáng)準(zhǔn)確性與快捷性，同時(shí)安裝操作十分簡(jiǎn)便，真正實(shí)現(xiàn)了降本增效的目標(biāo)。

在建設(shè)材料BIM數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，可以BIM的材料管理體系為基本依據(jù)，令該工程每個(gè)參與單位都能夠?qū)ζ鋽?shù)據(jù)信息進(jìn)行查閱、探析，有助于加強(qiáng)項(xiàng)目部對(duì)材料的管理能力與決策能力。若是裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)生了工程變更問題，BIM可以對(duì)其進(jìn)行科學(xué)有效的動(dòng)態(tài)保護(hù)，并能夠及時(shí)對(duì)出現(xiàn)變更的材料數(shù)目進(jìn)行精準(zhǔn)整理與計(jì)數(shù)，為部品物料的采買與生產(chǎn)加工提供了便利。

將BIM技術(shù)與RFID技術(shù)同時(shí)應(yīng)用于構(gòu)件出廠環(huán)節(jié)，能夠?yàn)榻ㄖ?gòu)件的質(zhì)量、信息傳遞的完整性提供有力保障。利用BIM模型與相關(guān)機(jī)器設(shè)備對(duì)建筑部品設(shè)置相應(yīng)二維碼圖案，在輸送構(gòu)件環(huán)節(jié)與施工環(huán)節(jié)中掃描其二維碼，可以得到有關(guān)該構(gòu)件的一應(yīng)數(shù)據(jù)信息，為工作人員查詢部品信息提供了便利性。

3 BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中施工環(huán)節(jié)的具體應(yīng)用

3.1 基于BIM的4D應(yīng)用

在建立三維模型時(shí)，將進(jìn)度相關(guān)信息予以添加，能夠?qū)⒉煌瑫r(shí)期中節(jié)點(diǎn)下模型的形態(tài)充分、直觀地反映出來(lái)，此為BIM中的4D模擬應(yīng)用。該應(yīng)用可以將眾多施工方案模擬出來(lái)，從而選出最為科學(xué)合理的方案，且能夠針對(duì)施工技術(shù)進(jìn)行虛擬演練，便于提前控制與防范施工環(huán)節(jié)中可能會(huì)出現(xiàn)的問題與誤差。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑是將生產(chǎn)商加工的大批量建筑構(gòu)件在施工現(xiàn)場(chǎng)完成拼裝操作，其間要想使部品能夠順利如期裝配，防止各大流程之間出現(xiàn)碰撞，可選取4D模擬對(duì)建筑工程的施工進(jìn)程實(shí)施虛擬建設(shè)，達(dá)到對(duì)其施工流程預(yù)先管控的目的。選擇建造裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑模型的4D模擬軟件時(shí)，可采用Navisworks軟件，其能夠根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)Microsoft Project的進(jìn)度與BIM模型予以自動(dòng)關(guān)聯(lián)，同時(shí)還能夠通過其所攜帶的Timeliner板塊與進(jìn)度規(guī)劃相關(guān)聯(lián)，進(jìn)而令模型中的每一個(gè)部品構(gòu)件都有時(shí)間參數(shù)，并將三維模型與時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行組合。

通過Revit軟件中的輸出板塊將.rvt格式的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑模型轉(zhuǎn)變?yōu)?nwc格式，并將該格式的模型在Navisworks軟件中打開，通過Timeliner功能板塊令其與進(jìn)度規(guī)劃相關(guān)聯(lián)，再選取多個(gè)構(gòu)件集合使其與進(jìn)度計(jì)劃對(duì)接，由此建造了4D模型，保證了進(jìn)度計(jì)劃的可視性[3]。除此之外，由于BIM進(jìn)度模型據(jù)具備可視化、多維化的特殊性質(zhì)，因此進(jìn)度計(jì)劃工作人員能夠直接對(duì)施工時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行觀察，從而使得進(jìn)度計(jì)劃更加合理、更加科學(xué)。

由上述可知，將BIM模型和進(jìn)度計(jì)劃相關(guān)聯(lián)，在4D模型中對(duì)時(shí)間、空間信息進(jìn)行有效整合，提高了可視性，并能夠?qū)κ┕みM(jìn)程與多個(gè)施工環(huán)節(jié)中有所關(guān)聯(lián)的點(diǎn)進(jìn)行明確的描繪，同時(shí)使建筑工程施工中的動(dòng)態(tài)項(xiàng)目得以充分體現(xiàn)。不僅如此，通過對(duì)4D進(jìn)度模擬模型進(jìn)行觀察，能夠及時(shí)察覺建筑工程在施工環(huán)節(jié)中的重難點(diǎn)，并對(duì)施工進(jìn)程出現(xiàn)差異的原因進(jìn)行分析探究，從而優(yōu)化完善施工組織，對(duì)施工設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理調(diào)節(jié)。建筑工程的4D進(jìn)度模擬可以直觀感受施工進(jìn)度在空間中的展現(xiàn)，與早期的橫道圖進(jìn)度計(jì)劃相比，該模型對(duì)進(jìn)度計(jì)劃予以可視化的模擬，使得裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中管理階層人員能夠更加直接具體地對(duì)每個(gè)構(gòu)件的施工工序進(jìn)行了解，并熟練掌控進(jìn)度中的重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)，對(duì)施工進(jìn)度計(jì)劃予以優(yōu)化。除了能夠在Navisworks軟件中增加模型的規(guī)劃期限，基于BIM的4D進(jìn)度管理還能增加真實(shí)時(shí)間參數(shù)，通過該軟件中Animator板塊將計(jì)劃數(shù)據(jù)與真實(shí)狀況進(jìn)行對(duì)比，并將對(duì)比情況渲染成不同顏色，在模型上充分展示出兩者之間的差異，有助于管理人員對(duì)進(jìn)度規(guī)劃進(jìn)行合理有效調(diào)整。

3.2 利用BIM技術(shù)模擬施工方案

在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中對(duì)重要節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行施工模擬，主要是對(duì)建筑局部的施工流程進(jìn)行仿實(shí)模擬，通常情況下都是在實(shí)際施工過程中有特定需求的位置。BIM模型能夠?qū)⒃撌┕す?jié)點(diǎn)的安裝順序通過動(dòng)態(tài)方式展現(xiàn)出來(lái)，使該流程具備可視性。預(yù)先對(duì)重要施工環(huán)節(jié)的操作程序進(jìn)行模擬，有助于優(yōu)化完善施工設(shè)計(jì)方案。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在具體施工時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)的施工方案至關(guān)重要，其與該建筑工程的綜合質(zhì)量、穩(wěn)定程度與安全程度有著直接關(guān)系[4]。對(duì)其施工方案進(jìn)行BIM技術(shù)模擬，能夠?qū)︿摌?gòu)件的安裝秩序是否合理科學(xué)進(jìn)行審核，并分析機(jī)器設(shè)備的形式路線，通過對(duì)其動(dòng)態(tài)模擬進(jìn)行直接細(xì)致的觀察，能夠找出施工流程中重要節(jié)點(diǎn)，為鋼結(jié)構(gòu)得以順利安全有序的拼裝提供良好保障。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，目前的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、施工技術(shù)、生產(chǎn)加工等階段依然有一些不足。然而BIM技術(shù)所具備的可視化、模擬化、協(xié)調(diào)化、統(tǒng)一化等諸多優(yōu)點(diǎn)，很好地彌補(bǔ)了裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的不足，使建筑工程質(zhì)量得到有效提升，同時(shí)也促進(jìn)了裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的穩(wěn)定發(fā)展。