BIM的装配式建筑结构设计策略

BIM的装配式建筑结构设计策略

纪锋琴

烟台市远州建筑设计有限公司 山东省烟台市 265400

摘要：预制装配式建筑结构，素有施工方便以及工程进度快等特点和优势，且对周边环境也不会产生严重影响，最常见的应用方向就是住宅。技术人员需要重点考虑的就是预制装配式建筑工程的落实，需要关注的处理环节比较多，且为提高施工质量保障，减少后续施工产生质量问题的可能性，技术人员需要充分落实好装配式建筑结构设计工作的优化。不仅如此，装配式建筑结构设计工作的优化还要与实际情况相互结合，参考工程落实的关键细节才能确认最终方案，为直观地掌握建筑结构细节，行业内技术人员可以使用BIM技术进行设计，在正式开始装配建设之前就能够在BIM技术的辅助下进行设计修改，且应用效果的优化十分明显。

关键词：BIM；装配式技术；建筑结构设计

预制装配式建筑本身指的是在建筑施工过程当中，投入使用的大部分乃至全部的构件都可以在工厂提前生产后续根据构件本身的特性选择相应的运输方式，将构件运输到现场。和常规的现场施工工作比较分析，预制装配式施工的优势更加明显，尤其是在工程进度的控制方面。随着近年来城市化进程的发展速度加快，预制装配式建筑也得到了更多的发展机遇，且这项工作的基本理念和环保理念不谋而合因此也得到了政府的认可与推广。

一、BIM技术在装配式建筑结构设计中应用的优势

（一）提升设计效率

在BIM技术的辅助下，行业内设计人员能够促使预制装配式建筑设计工作由以往的二维设计向虚拟化立体设计转化，与一般的图纸设计工作相比较来讲，BIM模型能够更加立体和详细地将建筑的墙体信息和屋顶结构等细节展现出来，这种技术能够更轻易的将设计师的理念和要求展示出来，对后续建筑工程的完善以及全面发展来讲有明显效果。在实际工作当中常见的BIM设计软件有很多，例如Sketchup和Rhinoceros等，设计人员需要结合设计要求和现场实际情况选择相应的软件，原则就是在设计环节将建筑特点以及后续应用效果等尽量全面地展现出来，降低后续施工过程中更改设计的可能性^[1]。

常见的设计方式就是使用BIM技术设计三维建筑模型^[2]，并将建筑当中的空调和电气系统等内容全部表现出来，这样也能促使工程落实人员更加顺利地将设计图纸落实出来。需要注意的就是预制装配式建筑设计落实的过程中^[3]，工作人员要严格按照设计要求，全面地满足相关要求，同时还能在BIM技术的辅助下提升设计效率。

（二）减少误差

在BIM技术投入使用之前，建筑行业的工程设计工作通常是使用比较传统的工作模式，这种设计方式中的误差是难以避免的，但投入BIM技术之后，行业内技术人员就能够提前进行施工可视化模拟工作，这样通过分析建筑工程的三维动态就能够达到减少设计误差的目的。且在可视化模型的辅助下，设计人员也能更加直观地了解设计结果，与最终的建筑效果相比较分析之后，能提前发现设计中的问题并在正式开工之前解决。这种工作方式对成本控制而言能够产生有利影响，审图人员的工作压力也不高，大部分人为因素产生的审图问题都能够规避，且在正式开始施工之前，工人就能够掌握钢筋和建筑构件的安装位置，即便发现问题也可以提前修改完善。

（三）协同作业

在BIM技术的影响下，技术人员能够更便捷地实现建筑设计信息共享，且BIM技术产生的信息和数据都具有开放性和共享性。若技术人员能够使用这种技术建立相应的信息共享平台，并将设计好的建筑模型上传，则在设计过程当中就能修改建筑模型优化工程。参与设计的每名工作人员都能同步获得建筑工程三维规划信息，交互渠道也比较通畅，若想要深化设计，只需要在同一渠道当中合作规划建筑模型即可。同样的这种平台内容能够支持设计师分别负责不同的设计内容，其彼此之间能够轻而易举地实现分工合作，并在统一的标准下设计，进而达到提升设计精度的目的。

二、装配式建筑的基本特点与结构设计表现特征

（一）基本特点

最近几年预制装配式建筑已经在我国建筑行业当中取得了较高的行业地位，这种发展形势与我国各区域的经济和政策支持息息相关，且该技术当下也是社会各界关注的焦点问题^[4]。在大部分建筑工程落实的过程当中，技术人员会在规范操作和设计环节优化建筑方案，虽然装配式设计技术属于新兴内容，但当下大部分建筑单位在施工时都会选择装配式而非传统技术，这种情况带来的问题就是预制装配式施工技术的后期水平与前期之间差异较大。为了能够在建筑工程落实过程中更加顺利地应用这种技术，技术人员需要注意整个施工过程都在根本条件满足的前提下落实后续施工，且前后的施工技术应保持一致。最关键的就是，预制装配式施工技术在应用后的过程中，技术人员应保障每个步骤都根据基本要求落实，为后续高效施工和进度控制奠定基础。

装配式建筑在前期的设计阶段就能够与传统建筑展现出区别，不仅是最基本的生产方式，实际施工和材料搅拌等方面的差异都十分明显。这种技术的应用原则就是要将整体技术设计工作放置在施工落实之前，这会导致装配式建筑的后续施工工作比较复杂，前期设计也会受到更多条件的束缚。为保障工程落实的顺利程度，预制装配式建筑设计工作需要落实好前期的规划工作，这也是关键要点之一，除此之外，设计阶段还要考虑到成本投入和资金控制的内容，原则就是将全部的费用控制在自身可承受的范围之内。

例如：某建筑的楼梯和阳台，设计阶段工作人员就比较重视后期效果，因此做了3种方案方便后续选择。在实际施工的过程中，技术人员也遵循基本操作原则，这就能够减少结构产生的不利影响。需要重点关注的是在建筑工程构件处理阶段，为保障其能够二次应用和实际效果，技术人员通常会选择在数量上削减，达到提升整体利用率和控制企业投资成本的效果。

（二）表现特征

预制板和钢构件一类的建筑材料就可以选择规模化生产的方式进行加工，这样能够节省大量需要在安装工作当中投入的时间。在预制装配式建筑工程设计与施工工作结合的过程中^[5]，需要技术人员关注的就是各环节衔接工作，这样一方面能促进工程优化，另一方面则是可以保障最终建筑工程的落成质量。随着当前我国信息技术的不断提升，在预制装配式建筑加工的环节还可以落实传统技术的优化。

例如预制零件的安全也可以使用焊接和螺栓固定相互配合的方式进行，原则就是促使生产标准达到规范即可，十分有利于建筑工程长期发展。最终在预制装配式建筑工程的设计环节，技术人员可以使用标准化和模块化的设计方式达到提升设计效率节约成本的效果，工厂本身在生产预制构件时，也能够通过BIM技术建立三维立体模型达到加快生产效率的效果。

三、BIM的装配式建筑结构设计策略

（一）构件拆分

在预制装配式建筑结构设计工作落实的过程中，通过BIM技术的应用能够建立起相应的设计模型，这种模型能够将建筑的楼板和墙体结构都展现出来。技术人员需要注意的就是在深化设计阶段将模型拆分，成为多个组成部分之后再检查不同零件的细节。根据建筑构件的功能以及受力情况，可以分为三种类型，即垂直构件、水平构件以及非受力构件。

众所周知，构件拆分工作在标准化设计流程当中属于关键的设计环节，对建筑功能和受力情况都会产生明显影响。因此实际的设计工作，以某工作人员的做法为例，该设计人员参考了模数协调原则以及构件大小尺寸等进行了优化和设计，且为保障效果，他还减少了构件种类，力求实现生产与装配工作的顺利衔接，促使设计方案优化。同时该设计人员使用BIM技术与该建筑工程的结构特点以及设计图纸相互结合，深入的剖析完善了设计说明以及构件结构图相关的内容。

（二）节点深化设计

在预制装配式建筑施工落实的过程当中，混凝土结构的性能会对建筑工程质量产生关键影响，这主要体现在工程的节点位置。这也是设计关键，技术人员一方面需要保障工程构件连接节点的安全系数，还要提高工作合理性，最终根据实际的受力情况进行设计和规划即可。预制装配式建筑工程的主要节点有很多，常规的就是竖向连接点、墙体水平连接点等。

具体以某工程的叠合板连接点为例，将其与现浇混凝土结合起来就会产生全新的结构，在抗裂性和整体性方面的优势十分明显。且该工程设计人员使用的是后浇混凝土的施工方式连接，将其宽度设为300mm，并在叠合板的底部钢筋末端安装弯钩与后置钢筋相连实现叠合板的稳固连接。

（三）碰撞检查

关于预制装配式建筑工程的碰撞检查，实际上在设计阶段就可以落实。只需要使用BIM作为辅助即可达到良好的碰撞检查效果。这项工作主要是针对建筑工程当中的预制构件以及连接点等位置的检查以及分析，工程管理人员需要在这个环节当中对发现的问题纠正和修改，简而言之就是能够减少返工。这种效果在复杂程度较高的大型装配式建筑工程当中投入使用更加明显，使用BIM技术能够帮助工作人员找出设计方案中的隐藏问题，对设计的深化以及完善都有明显的积极效果。

（四）关键铺材

众所周知，BIM技术能够模拟建筑墙体的支撑效果，某工程设计人员使用BIM技术进行了关键辅材的确认，最终的结果显示该建筑应避免使用M24螺栓连接，下部则要预埋支撑件保障后续连接稳定。为掌握两者之间是否会产生碰撞，设计人员使用BIM技术对连接和支撑细节分别进行了模拟，并根据模拟结果调整了定位图，精确两种部件的实际施工位置之后保障设计工作合理性。

（五）模具设计

BIM技术当中包含的软件比较多，这些都是建筑三维模型制作的关键。技术人员在实际工作中只需要做好建筑工程单体结构的拆分就能深入具体的检查设计中的问题。且前期的设计阶段就能够完善模型，只需要将相关数据信息传输到BIM信息平台即可。

（六）控制成本

通常情况下，建筑工程的成本构成主要就是人工、材料和设备，这三方面的成本费用能够达到整体费用的90%以上，属于主要控制对象，具体结构如图1所示。

图 1 建筑工程施工成本构成

若想要利用BIM技术合理控制成本，需要先建立相应的数据库，将其作为协调预制装配式建筑工程相关物资采购等细节落实的基础，同时使用BIM数据库，随着时间的推移，模型和当中工程进度和成本控制情况的体现也会越来越直观，最终有效提高成本控制效果。

结束语：

综上所述，预制装配式建筑在节能环保和成本控制等多个方面的优势都十分明显，为更好地将这种技术的优势发挥出来，技术人员需要在设计阶段就认识到工作重点，即从平面和结构节点等关键环节的设计入手进行优化，为施工质量的提升提供有效保障。将BIM技术投入使用之后，由于该技术在信息化以及可视化方面的优点，在装配式建筑设计工作当中落实，能够全面地提高设计工作落实效率，还能减少无效成本的投入，最终促使工程准备、施工以及后续维护等相关环节向着一体化逐渐转变。

参考文献：

[1]马强.分析与探讨装配式建筑结构设计关键点[J].中国建筑金属结构，2021(06):68-69.

[2]尚伟方.基于BIM技术的装配式建筑结构设计与探究[J].施工技术，2021,50(06):84-86.

[3]赵新安.装配式建筑结构设计中必须考虑的施工因素[J].建筑技术开发，2020,47(23):15-16.

[4]刘洋.装配式建筑结构设计中BIM技术的应用研究[J].工程建设与设计，2020(19):17-19.

[5]周树洋.装配式建筑结构设计中BIM技术的应用研究[J].中外企业家，2020(20):116.

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