基于BIM技术对装配式建筑中的抗震支吊架性能的研究

基于BIM技术对装配式建筑中的抗震支吊架性能的研究

王万龙

411002198810303510  陕西西安 710054

摘要：装配式建筑有其标准化制作、高效快捷施工且环境污染较小的特性，使其在建筑领域得到热捧。地震是对人类生存安全危害最大的自然灾害之一，抗震性能成为了影响建筑安全、建筑价值以及居民生命安全的重要因素。而在地震作用下非结构构件损坏造成的经济成本远远大于主体结构，因此，抗震支吊架作为非结构构件提升抗震性能的有效途径。同时构建起一套以BIM技术为核心的、全流程、全覆盖的装配式建筑抗震支吊架工具能够大幅提高设计质量，降低施工成本。

关键词：BIM技术；装配式建筑；抗震；支吊架；性能

引言：

BIM技术作为一种以建筑构件为基础，将各种材料、造价、施工进度、光照、空间、冷热负荷及受力情况等工程分析信息整合在一起的现代化建筑设计施工一体化技术，其能够在设计初期就对建筑物进行全方位四维立体展示，找出潜在的设计问题，预测可能出现的风险，从而提高施工效率，降低施工成本。因此，探讨如何利用BIM技术对装配式抗震支吊架的布置及性能检测与优化，从而提高装配式建筑中管道管线的抗震性能，减小施工成本成为重要的研究主题。

一、BIM 技术在抗震支吊架安装中的应用

（一）斜撑安装

斜撑在抗震支吊架的安装过程中起着举足轻重的作用，它作为抗震支吊架中最为关键的组成部分，直接决定了支吊架的稳定性和抗震效益。斜撑的按照吸收能耗的方法分类主要包括两种类型，分别为刚性斜撑以及耗能型斜撑。其中，刚性斜撑通常由Q235钢管组成，具有较强的抗拉力，可以减小管道、管线的晃动位移。而耗能型斜撑主要由阻尼器及连接铰组成，阻尼器的安装使管道宅地震灾害中受到的水平力变的更平稳且可以有效减小晃动位移并吸收能耗。在抗震支吊架各个构件达屈服之前，粘滞阻尼器起作用，提高抗震支吊架承载力，减小抗震支吊架构件中连接件应力集中破坏。在这个过程中，BIM技术起到了至关重要的作用，BIM技术可以将实际的建筑设备进行三维数字化模拟，内部包含了丰富的参数设置和系统优化功能。在斜撑安装设计过程中，施工管理人员首先初步使用SOLIDWORKS机械制图软件构建出斜撑的三维模型，将抗震斜撑与垂直吊杆之间的角度设计为45°，以确保能达到理想的抗水平地震力性能。在完成斜撑添加不同型号抗震斜撑的模型设计后，将其与横担C型槽钢中心对齐，精确计算斜撑下料长度如图1。施工管理人员利用Revit软件对抗震支吊架进行布置，专业的BIM插件使得抗震支吊架布置位置更合理，同时在保证施工预算的情况下，达到所需的抗震性能。通过BIM模型进行出图使用全自动机械化的下料机，横担C型槽钢的尺寸准确，保证斜撑受力均匀，从而延长了其使用寿命。完成安装工作后，施工管理人员利用ABAQUS软件对斜撑的支撑效果进行了验证和检验，最后得出的结果显示，当前的支撑方案可以成功达到预期的地震力荷载标准，表明安装斜撑的设计和施工都十分成功。

图1 双斜撑抗震支吊架

（二）锚栓安装

锚栓作为最为重要的连接元件，其精确的布置和牢固的固定直接决定了整个结构的稳定性和安全性。其中，BIM技术的应用能有效提高工程的质量和效率。通过对工程师的BIM数据的分析，在点荷载绘图的基础上，施工管理人员可以理解其中的荷载情况及力学原理，进一步确定锚栓之间的合适间距。之后施工管理人员借助BIM技术对锚栓的力学作用范围进行了评估，当遇到范围重叠可能导致设计问题的情况时，施工管理人员可以根据力学原理对施工方案进行调整以避免这种情况的发生。在确认锚栓设计无误后，施工管理人员可以利用机关投线仪对其进行投影，此时的锚栓就如同目标物体一样清晰地呈现在了施工管理人员的视野中[1]。工作人员接下来利用BIM软件中的碰撞检测功能，对锚栓进行检测，以此来判断在设计中是否存在潜在的碰撞问题。在这个过程中，施工管理人员可以时刻根据三维显示结果对锚栓的布置作出调整，确保了施工的精准和可行性。施工管理人员可以评估整个安装过程，通过BIM技术的反馈意见来调整和优化工作流程，确保安装后的锚栓能达到最高的稳定性和最长的使用寿命。

二、 BIM 技术在抗震支吊架系统中的应用

（一）管线调整

在建筑行业中，BIM技术的应用已经相当普遍，特别在如管线调整等复杂工程项目中，其优秀的功能得到了充分发挥。在现代建筑信息科技的支持下，利用三维激光扫描仪或Revit软件预先构建出高精度的三维模型。这一步骤对于后续所有工作至关重要，因为它为所有后续分析和校验提供了物理基础。此过程中要设定好所有的建筑构件，包括抗震支吊架、管线等，将所有这些构件以数字形式转化，并以真实的比例输入到模型中。施工管理人员只需设定好负荷参数，让BIM软件自动进行计算即可。计算结果将有助于评估抗震支吊架和管线是否能承受各种可能出现的负荷。通过BIM技术对支吊架类型进行调整。在实际工程项目中会存在各种不同的抗震支吊架类型，每种类型的适用场景、承受负荷都有所不同。在BIM软件中设定好不同类型的抗震支吊架模型，然后分别进行分析。对建立的各类抗震支吊架模型进行有效分析的同时，选择出最优数据进行更新和调整原模型。进行深度分析的目的在于找出每一种情况下最优的支吊架布局和类型，以确保管线系统的稳定和安全。建模是为了更好地模拟和预测实际结果

[2]。只有根据模型进行的调整，才能将问题提前暴露并解决，也才能让最终的实际工作更顺畅、更高效，降低工作的风险。

（二）碰撞预防

为了更好地控制建筑工程项目的质量和进度，确保施工的顺利进行，施工管理人员需要在设计阶段就开始做好碰撞预防。现代建筑信息模型（BIM）技术的出现，使得施工管理人员能够在还未将设计付诸实施之前，就对可能发生的问题进行预知和预防。将抗震支吊架引入到BIM模型中进行碰撞检测，可以在早期阶段就发现并解决可能出现的冲突和碰撞，从而避免在施工过程中引发更大的问题，保证整体工程的顺利进行。

首先，施工管理人员需要将已经设计完成的抗震支吊架模型引入到BIM软件中。这个环节的重要性不言而喻，因为这是后续所有步骤的基础。在引入模型的时候，需要详细检查模型中的信息是否准确，包括各部位的尺寸、位置，以及与其他构件的关系等，以防止信息传递过程中的误差[3]。运用软件的碰撞检查功能，对整个模型进行碰撞检查扫描。这个过程中，软件的应用能够帮助工作人员对模型中所有的元素进行逐一比对，判断是否有构件间的空间冲突、是否有不合理的设计等问题。经过检测，软件能够自动生成详细的碰撞报告，其中明确指出了模型中存在问题的构建编码及具体的位置和导致问题产生的原因如真碰撞或假碰撞。施工管理人员需要根据报告中的反馈，对有问题的部位进行详细的分析和改正。这可能意味着对某些构件的尺寸、位置进行调整，也可能是改变某些组件的设计。在此过程中施工管理人员需要保证所有的改动都是在满足安全规范的前提下进行的。在修改完成后，施工管理人员需要再次进行碰撞检测，看看是否还存在问题。这一步是为了确认施工管理人员对模型的修改是否生效，以及是否能效果如何。如果再次检测结果仍然显示存在问题，那么施工管理人员就需要如此反复，直到模型中不再存在碰撞为止。

结束语：

综上所述，装配式建筑和BIM技术的结合将带来建筑行业的一场革新，BIM技术凭借其更加全面的建筑信息整合功能以及更方便快捷的施工管理致使其在设计施工运维一体化的管理模式下成为未来的主流。在装配式建筑抗震薄弱的情况下，BIM技术在抗震性能分析方面，精细化设计、强大的信息整合功能以及前期的模拟施工，后期运维，灾后重建方面尤其突出。能够最大程度地避免可能的风险，从而为保障人民的生命财产安全做出贡献。

参考文献：

[1]曾绪斌. 简析抗震支吊架耐火性能的必要性 [J]. 消防界(电子版), 2022, 8 (09): 20-22.

[2]曾德民,张晨,杜志超等. 不同方向荷载作用下侧纵向抗震支吊架力学性能试验研究 [J]. 建筑科学, 2022, 38 (03): 64-70.

[3]白静国,庞保雪,薛龙等. 抗震支吊架不同抗震斜撑的性能对比分析 [J]. 中国住宅设施, 2021, (03): 97-100.