基于BIM技术的装配式建筑结构正向设计探索

基于 BIM技术的装配式建筑结构正向设计探索

王 辉

黑龙江鼎晟建筑设计有限责任公司 黑龙江 齐齐哈尔 161000

摘要：我国现代建筑产业的发展中，工业化、信息化是两大趋势，将BIM技术与装配式建筑有机结合具有重要意义。本文围绕基于BIM技术开展装配式建筑结构正向设计工作展开分析。

关键词：现代建筑；BIM技术；装配式建筑；结构正向设计

引言：近年来，装配式建筑因其绿色节能、低碳环保、可有效促进建筑业实现产业化转型升级等特点受到重视，当前已成为国家重点规划内容。

装配式建筑设计环节技术含量和难度最大，设计环节若出现问题，后续的构件生产、施工环节很难解决，设计环节起着龙头先导的作用，决定着装配式项目的质量、成本和效率，设计人员应对相关内容有深入理解才能真正做到面向建筑装配的正向设计。

1 BIM正向设计的概念

自2016年《关于大力发展装配式建筑的指导意见》出台，直至2020年《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》印发，表明了我国政府层面对装配式建筑发展的高度重视。装配式建筑是现代工业化生产的重要代表之一，其将传统建筑施工中的大量现场作业转移进入了工厂，在工厂内将建筑构件、配件工厂加工制作好并运输至施工现场，通过可靠连接方式在现场进行装配工作，由此完成实体工程建造。装配式建筑的基本特征为“标准化设计、工业化生产、装配化施工”，具有质量可控性好、节约材料、减小环境污染、建设速度快、人工需求量小等优点，然而由于涉及专业、参与方更多的，如何更加高效、精确地开展设计工作成为一大重要问题。近些年，国家正在大力推广建筑工业化、信息化，将BIM技术运用于装配式建筑工程中，有利于通过三维建筑信息模型实现各阶段、各参与方协同与沟通，提高工程项目整体效率与质量。

目前，装配式建筑中BIM设计方法主要有两种：①“翻模”设计，也就是传统的CAD出图，再利用BIM建模，提供信息集成、方案优化、碰撞检查、可视化交底等功能，在此种设计方法下依旧以CAD设计为核心，BIM作为CAD衍生应用，无法起到协同各专业设计师的作用，甚至给设计人员带来更多的工作，出现设计周期延长、经费增加等情况；②正向设计，此种方法是直接利用BIM进行设计，即模块化参数化设计、方案优化、自动出图、制图与模型相互关联，设计效率高、协同性好，也是近年来提倡采用的BIM设计方法。

2 基于BIM技术的预制装配式结构正向设计方法

2.1 正向设计特点

BIM正向设计特点可归纳如下：①设计意图直接体现在BIM模型中，无须参考二维图纸；②BIM模型是工程项目交付的成果载体；③BIM设计过程中模型共享，后期无须重复建模；④BIM模型信息价值量，远超过图形价值量；⑤BIM模型可为性能分析、结构计算、运行维护提供可靠支撑；⑥BIM模型数据共享，并根据数据反馈对BIM模型进行丰富与优化。

2.2 正向设计方法

基于BIM技术的预制装配式结构正向设计方法的运用，整个设计过程处于三维模式下，设计诸多专业，协同工作十分关键。对此，必须完善BIM软件体系，实现多专业协同设计，如：日照、能耗、疏散、消防、结构计算、水力计算、冷热负荷、电气配电等工作均可通过BIM模型交互，完成相关设计分析与优化工作。

根据国内BIM正向设计情况分析，主要为“部分正向”，即：某专业或某复杂构件，利用BIM技术完成建模出图工作。全专业BIM正向设计较难实现，主要原因是无法实现结构专业正向设计，目前结构专业正向设计主要有以下两种方法：

（1）在BIM建模软件中建模，将模型导入结构分析软件开展结构计算，无须重复建模；结构计算软件中调整结构数据后，可反馈至BIM模型；

（2）在结构计算软件中进行建模与计算分析，计算结果导入Revit等建模软件，无须重复建模。

上述两种方法中，前者模型信息多，结构计算软件存在无法精确读取数据的问题，极易出现数据缺失的情况，往往需对模型进行二次调整；后者在计算软件中建模，可直接导入建模软件，精确度更高，不容易出现数据缺失的情况。在装配式建筑结构BIM正向设计中，需根据项目情况合理选择设计方法，保证设计效率与精确性。

2.3 BIM施工模拟

目前装配式建造经验相对较少，施工人员对于PC构件运输、堆放、吊装、装配、灌浆、辅助处理等不够熟悉，传统书面技术交底无法全面表达建造意图，需进行BIM技术三维可视化交底。

装配式建筑项目场地布置需预留PC构件临时堆放及吊装场地，若场地受限，PC构件堆放场地需多次调整，影响PC运输路线，现场施工较为复杂。因此，需利用BIM技术提前进行场地布置进行策划，模拟运输车辆路线和PC构件支撑方式，如预制墙体斜支撑、叠合板独立支撑排布方式，避免施工过程碰撞，提升施工效率。通过BIM施工模拟可精细化模拟PC构件连接节点构造处理，减少施工碰撞，有利于控制进度时间节点和工期。此外，基于BIM的施工模拟精确提取施工模板、混凝土、钢筋、支撑等工程量信息，形成明细表，便于后期工程决算。

2.4 各设计阶段要点

（1）方案设计阶段

与业主方沟通，从装配式最优化角度出发，根据项目特点、定位、成本等要求综合分析，提出合适的装配式建筑结构体系、预制构件布置范围、预制构件类别、预制率计算表及装配式结构构件连接方式等。根据装配方案和工艺特点确定平立面、保温体系、工业化应用等设计内容，平面设计应与建筑功能相适应，遵循预制构件“少规格、多组合”的设计原则。立面设计宜考虑一体化集成设计，这是装配式建筑最难也是最出彩的部位。

（2）初步设计阶段

在方案设计的基础上进一步完善装配体系方案，需各专业进行协同设计，初步完成平、立面的拆分，确定预制构件的外形尺寸和重量，完成连接节点的通用详图，核定各项装配式指标，初步统计工程量和造价。

（3）施工图设计阶段

除常规施工图设计内容外，各专业的内容都应该落实到装配式设计内容中，与装配式有关的外部单位，如门窗、幕墙、精装也需进行集成设计。此阶段需要完成平、立面拆分图，详细的预制率计算表格，典型构件制作、运输、吊装工况计算书及节点连接计算书等。

（4）深化设计阶段

根据施工图审查合格的设计文件（包括建筑、结构和设备各专业）、以及构件制作和施工各环节的综合要求进行PC构件深化设计，协调各专业和各阶段所用预埋件，确定合理的制作和安装公差等，其内容和深度应满足构件加工要求。

以上4个阶段设计单位是绝对主导，其他相关单位配合，除此之外，还有前期策划阶段和后期配合阶段需要设计单位的参与。前期策划阶段对项目的实施起到十分关键的作用，设计单位应积极配合业主方理解政策和指标的要求，调研产业链上的供方资源，考察已有项目实施情况，分析项目特点和优劣势。后期配合阶段是保证项目顺利实施的关键，设计单位要对构件生产企业和施工单位进行详细交底，让构件生产企业和施工单位更好地理解设计意图，并要积极参与实际生产和施工过程，对一些关键节点进行指导，保证项目按照设计目标实施。

结语：

综上所述，装配式建筑是我国建筑产业的重要发展方向，为有效提高设计效率与质量，BIM正向设计方法逐渐得到了推广运用，符合我国对建筑产业信息化建设的要求。通过BIM正向设计方法的运用，可在不改变设计流程、施工图表达方法的基础上，提高设计效率与水平，实现三维可视化设计、协同设计，可较好地指导施工作业，真正打造优质装配式建筑工程。

参考文献：

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