李俊峰 林增華 張傳俊

自改革開放以來，我國正處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和新農(nóng)村建設(shè)快速發(fā)展的歷史時期，深入推進建筑節(jié)能、綠色發(fā)展，加快發(fā)展綠色建筑面臨難得的歷史機遇。目前，我國建設(shè)方式仍然還存在發(fā)展質(zhì)量和效益不高等問題，裝配式建筑是一種新興的建筑形式，具有節(jié)能、環(huán)保、高效等優(yōu)點，符合我國當今的綠色發(fā)展戰(zhàn)略，已經(jīng)成為建筑行業(yè)重要的發(fā)展方向之一。在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，在裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中應(yīng)用BIM已成大勢所趨，可以實現(xiàn)檢測、深化以及優(yōu)化設(shè)計，為整個設(shè)計的過程提供了更加精確的信息和數(shù)據(jù)，提升整體結(jié)構(gòu)的合理性，更加符合現(xiàn)場施工的標準，有助于提高工程的效率和降低資源的消耗，符合綠色發(fā)展。因此，在裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)有著重大作用，對于推進綠色建筑高質(zhì)量發(fā)展有著重大意義。以為某中學(xué)大樓為例進行BIM技術(shù)在裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實際應(yīng)用。

隨著環(huán)保意識的日益增強，綠色發(fā)展已成為各行各業(yè)追求的重要目標。在裝配式建筑中，綠色材料的選擇是實現(xiàn)綠色發(fā)展的基礎(chǔ)。綠色材料具有環(huán)保、可循環(huán)利用、節(jié)能等特性，能夠降低建筑對環(huán)境的影響，減少資源消耗。裝配式建筑采用預(yù)制構(gòu)件，可以在工廠內(nèi)進行規(guī)模化生產(chǎn)，減少現(xiàn)場施工時間，降低能源消耗。同時，裝配式建筑可以利用太陽能、風(fēng)能等可再生能源，實現(xiàn)能源的自給自足，進一步降低碳排放。在裝配式建筑的施工過程中，應(yīng)注重環(huán)保施工，減少噪音、塵土、污水等污染物的排放。此外，還應(yīng)加強施工現(xiàn)場的管理，確保施工過程的安全與環(huán)保。裝配式建筑在投入使用后，也應(yīng)注重綠色運營?？梢酝ㄟ^節(jié)能設(shè)備的安裝、綠色能源的使用等方式，降低建筑的運營成本，提高能源利用效率。筆者通過具體案例的深入分析，展示了BIM技術(shù)在裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實際應(yīng)用，為建筑施工提供了具有指導(dǎo)意義的參考，有助于推動這一領(lǐng)域的發(fā)展和進步。

一、BIM技術(shù)在裝配式結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注，為裝配式建筑的發(fā)展提供了新的機遇和挑戰(zhàn)。BIM技術(shù)可以有效地提高裝配式建筑的效率和質(zhì)量，同時也可以減少建筑垃圾和能源消耗，體現(xiàn)了對環(huán)境的友好。通過BIM技術(shù)，可以更好地規(guī)劃和設(shè)計裝配式建筑，優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)成本。此外BIM技術(shù)與建筑體系有著許多的交叉性，要實現(xiàn)不同專業(yè)之間的協(xié)同，就必須借助與BIM技術(shù)實現(xiàn)信息傳遞，以達到綠色發(fā)展最終目標，實現(xiàn)低碳發(fā)展。筆者將運用BIM技術(shù)對某中學(xué)大樓進行全面體系構(gòu)建與精密計算，并深入探究其背后的計算原理。

二、基于BIM的裝配式建筑工作流程

1.工程概況

本項目是某中學(xué)教學(xué)樓擴建項目(圖1）。項目的具體數(shù)據(jù)如下：總建筑面積6220.68m2，建筑基底面積1605.77m2，建筑的高度19.5m。每一層的凈高度設(shè)定為4.0m。項目的層數(shù)設(shè)定為4層，結(jié)構(gòu)上采用了框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為7度，防水等級為2級，使用年限設(shè)定為50年，符合一般建筑的使用要求。筆者通過運用BIM技術(shù)詳細展示了建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和布局，為更直觀地了解這個項目提供了幫助。

圖1 中學(xué)教學(xué)樓項目效果圖

2.BIM技術(shù)的應(yīng)用

本工程為了優(yōu)化設(shè)計和指導(dǎo)安裝，采用了BIM技術(shù)，以體現(xiàn)裝配式結(jié)構(gòu)的特點。BIM技術(shù)具有可視化、協(xié)同性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖等特點，這些特點符合建筑工業(yè)化的要求。圖2為中學(xué)教學(xué)樓項目BIM技術(shù)施工流程圖以展示BIM技術(shù)在本項目中的應(yīng)用效果。

圖2 中學(xué)教學(xué)樓項目BIM技術(shù)施工流程圖

（1）建筑建模

BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，主要是通過三維建模的方式，對裝配式建筑結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件進行建模。在這個過程中，主要是利用BIM軟件對裝配式建筑結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件進行建模。BIM軟件為構(gòu)件建模提供了非常多的工具，可以為設(shè)計人員提供有效的幫助，從而使設(shè)計人員可以更加高效地完成裝配式建筑的設(shè)計工作。

在這個階段筆者使用廣聯(lián)達系列的BIM軟件進行了三維可視化設(shè)計，這樣可大大減少項目因設(shè)計方案不合理而造成的資源浪費問題。

（2）結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計

①拆分結(jié)構(gòu)與計算裝配率

筆者通過使用相關(guān)軟件對中學(xué)教學(xué)樓圖紙進行模型翻制，并利用PKPM-PC進行了深化設(shè)計，裝配式拆分全樓深化模型如圖3所示。同時，應(yīng)用BIM技術(shù)完成了結(jié)構(gòu)裝配式設(shè)計工作，裝配式指標滿足國標《裝配式建筑評價標準》中的相關(guān)要求，對整個結(jié)構(gòu)的裝配率進行了計算。本工程結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件中預(yù)制部品部件Q1A得分26.7分，計算結(jié)果詳見表1，大于評價標準表規(guī)定的最低分值20分;結(jié)構(gòu)樓（屋）蓋中預(yù)制部品部件Q1B得分20分，等于規(guī)定的最低分值計算結(jié)果詳見表2，可以認定本工程為裝配式建筑，這不僅提高了設(shè)計質(zhì)量，也更加符合綠色建筑的理念。

表1 豎向構(gòu)件統(tǒng)計匯總表

表2 水平構(gòu)件統(tǒng)計匯總表

圖3 裝配式拆分全樓深化模型

②結(jié)構(gòu)整體分析

通過BIM技術(shù)將設(shè)計方案與施工圖紙進行對比，可以有效避免因設(shè)計方案不合理導(dǎo)致的浪費和資源浪費等問題，從而減少工程項目出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。筆者通過過SATWE2021V1.3.1版軟件的計算分析，完成了本工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計。從結(jié)構(gòu)整體指標匯總信息表（表3）可以看出，各項指標均滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)、《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ99-2015)的要求。具體來說，本工程質(zhì)量比小于1.5，樓層剪力/層間位移剛度比不小于1.0，樓層抗剪承載力與相鄰上一層比值的最小值不小于0.80，有效質(zhì)量系數(shù)大于90%，很大程度上保證了工程的可靠性設(shè)計。

表3 結(jié)構(gòu)信息指標匯總

（3）BIM技術(shù)在不同專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計

BIM技術(shù)是一種基于建筑信息模型的技術(shù)，它可以將建筑物的所有信息集成到一個模型中，節(jié)點的處理問題是裝配式結(jié)構(gòu)的重中之重，將復(fù)雜節(jié)點建模及優(yōu)化運用與BIM相結(jié)合，可以更好地發(fā)揮BIM的優(yōu)勢，提高建模效率和優(yōu)化效果。通過BIM技術(shù)，可以更好地模擬和呈現(xiàn)復(fù)雜節(jié)點，優(yōu)化設(shè)計，減少施工難度和成本，提高建筑質(zhì)量和使用體驗，如圖4所示。因此，BIM在復(fù)雜節(jié)點建模及優(yōu)化運用中具有廣泛的應(yīng)用前景和價值。

圖4 中學(xué)教學(xué)樓項目給排水模型碰撞截圖

另外本工程采用的是結(jié)構(gòu)模型與機電模型同時進行協(xié)同配合設(shè)計，形成全專業(yè)模型。

（4）模擬施工及碰撞檢查

在綜合了土建、管線及設(shè)備的BIM模型基礎(chǔ)上，即可進一步進行管線的碰撞檢測。PKPM提供了較簡單的碰撞檢測工具，可實現(xiàn)模型內(nèi)按類別區(qū)分的硬碰撞檢測，并給出檢測報告逐一列出各碰撞點的情況。對碰撞檢測結(jié)果報告進行輸出，還可以對碰撞模型對照查看等。如圖4所示在預(yù)制構(gòu)件局部拼裝過程中，通過碰撞檢查發(fā)現(xiàn)，影響了安裝需要進行調(diào)整，以確保施工過程中的安全性和后期使用的穩(wěn)定性。

（5）數(shù)字化運維

BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑工程項目的可視化管理，使建造過程中的信息更加全面和真實。BIM技術(shù)能有效解決建筑工程項目設(shè)計階段和竣工驗收階段存在的問題。在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，各個專業(yè)需要相互協(xié)調(diào)配合，以實現(xiàn)最優(yōu)化的設(shè)計方案。如果各個專業(yè)之間不能有效協(xié)同工作，將會對裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計效果造成不利影響。因此，BIM技術(shù)為各專業(yè)之間協(xié)同工作創(chuàng)造了良好的條件，提高了建筑工程項目的整體效率和質(zhì)量。

（6）數(shù)字化施工

由于施工單位對BIM技術(shù)了解不足，導(dǎo)致施工過程中存在許多問題。為解決這些問題，需要將BIM技術(shù)應(yīng)用到建筑工程的施工階段。在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，數(shù)字化施工是當前需要重點關(guān)注的內(nèi)容，可以為施工建設(shè)人員提供更多便利。BIM技術(shù)可以幫助進行數(shù)字化施工，對建筑構(gòu)件進行精確定位，并通過模擬控制安裝精度。相關(guān)人員需要不斷對BIM技術(shù)進行分析和研究，使其能夠得到有效應(yīng)用，為建筑行業(yè)的發(fā)展提供助力。

三、結(jié)論

裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計中的BIM技術(shù)的應(yīng)用，為該領(lǐng)域帶來了前所未有的變革。BIM技術(shù)的應(yīng)用為裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域帶來了直觀、便捷的交流溝通方式，提升了結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的整體科學(xué)性、合理性和可行性。通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的進一步探索和應(yīng)用，可以提升平臺的協(xié)同功能，實現(xiàn)設(shè)計、生產(chǎn)、施工等各個環(huán)節(jié)的實時溝通和協(xié)作，提高工作效率和準確性，還將與生產(chǎn)和施工管理系統(tǒng)建立接口，實現(xiàn)全過程的協(xié)同設(shè)計與施工。這將有助于提高裝配式建筑的質(zhì)量和效率，降低成本和風(fēng)險，推動裝配式建筑行業(yè)的發(fā)展。在未來的發(fā)展中，BIM技術(shù)將在裝配式建筑領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，為行業(yè)帶來更多的創(chuàng)新和變革。