基于BIM技術的裝配式結構設計方法探析

文/張世洞 青島市建筑設計研究院德州分院 山東德州 253000

裝配式結構設計一直是結構設計發展的趨勢之一，而 BIM 技術在結構設計中的推廣則可以直接推動裝配式結構設計發展。尤其是建筑產業化的推廣，BIM 技術可以成為一個十分有力的手段。無論是常用的裝配式混凝土構件和鋼構件，還是較少應用的竹木等材質構件，在 BIM 技術的支持下都可以轉化為參數可調的基本族構件，大大簡化了結構設計的過程。

1、BIM 技術的概述

建筑信息模型（Building Information Modeling）是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。

BIM 是一個建筑信息化模型，它貫穿了設計項目的整個生命周期，可以運用于各建筑相關設計以及施工的全過程，并且提供一個完整的信息數據庫。相比于傳統的設計方法，BIM 技術有著突出的特點與優勢，如為項目參與各方建立單一工程數據源，確保信息的準確性和一致性；實現項目的信息交流和共享；全面支持數字化、自動化設計技術等等。所以，BIM 在結構設計當中的應用具有非常巨大的價值。

2、基于BIM的裝配式結構設計方法研究

2.1 BIM 優化方案

在方案階段，進行模型的大概建立，對各種預制構件進行預排布，對排布結果進行統計、輸出、分析，對軸網及預制構件排布方式進行優化，有效減少預制構件的種類，也就減少了模具種類，提高了模具周轉次數。

2.2 BIM 使設計向模具廠提供精確三維圖紙

本工程的 BIM 三維設計成果具有完整、精確的特點，作為三維圖紙提供給模具生產廠家，避免了二維圖紙不明確、有歧義的局限性，保證了模具的準確加工生產，規避了模具返工或報廢造成的成本增加。

2.3 BIM 使設計與施工無縫對接

對設計模型成果進行統一編碼，在設計階段模擬各個構件的吊裝過程和整個工程的裝配進度，使得設計成果更具可實施性。把施工可能產生的問題在設計階段就解決掉，使設計與施工真正實現無縫對接。

2.4 通過SAP2000軟件分析結構受力情況

1）荷載指定。到目前為止，在RevitStructure定義中指定荷載具有很大的不便。由于當荷載指定需要修改時，要SAP2000重新回到RevitStructure，修改完成后再重新進行轉化導入的步驟，操作起來比較麻煩，同時在反復的操作過程中極易出錯。荷載指定直接在SAP2000軟件中進行定義，從而為分析工作帶來了很大的便利，而且更具有穩定性。

2）結構分析。具體分析流程為:設置項目恰當合理的工況——點擊SAP2000運行 ——選擇設定的工況開始運行 ——運行完畢 ——點擊顯示面板上的顯示力和變形 ——結構分析結果出現。

2.5 結構設計圖紙的繪制

當結構分析結束，校核確定無誤后，通過RevitStructure繪制施工圖紙，由此整個結構設計流程結束。當前，RevitStructure中施工圖的呈現方式依舊為傳統的呈現方式，也就是結構平法施工呈現方式。在Revit Structure軟件中轉至相應的結構視圖。在RevitStructure軟件中，缺乏結構鋼筋字體的設置，一般情況下，所采取的措施是將Windows字庫文件REVIT_O.ttf拷貝安裝到機器的如下路徑:系統盤(默認C 盤):windowsfonts然后拷貝。

以梁配筋標注為例，基于RevitStructure的平法標注的繪制步驟如下:

①自行編輯一個結構框架標記族，其主要目的為對配筋進行標注。具體流程為:點擊載入族——點擊梁標記族模板 ——選擇字段來源 ——添加梁截面的標簽內容 ——選擇共享參數 ——添加配筋的標簽內容 ——結構框架標記族的編輯完成；

②根據梁注釋中編輯好的標注類型，實施梁標注。在繪制樓板或墻梁的結構平法施工圖時，都可根據相似梁的方法進行標注。

3、應用系統拼裝模型

當BIM應用系統設計完成后，通過此系統對模型進行預拼裝，同時要保證拼裝速度的快速性，預拼裝完畢后，將模型導入具有相應接口的結構分析軟件中，對其作結構受力的相關分析與研究。以鋼網架雨棚為例作詳細說明。在Revit stmcture軟件中，通過BIM建筑信息模型的應用系統選取恰當的族構件，在結合實際情況與條件調整參數族參數，并快速的拼裝好鋼網架雨棚模型。通常，傳統的鋼網架雨棚建模對設計師來說是一件很頭疼的事情，設計過程不但復雜繁瑣，同時也很難達到精度的要求。

4、BIM 應用效益評價

裝配式混凝土結構在我國已經逐步發展起來，建筑產業化可節省資源，推動技術創新，然而，裝配式建筑造價一般略高于現澆建筑，只有通過新技術的推廣應用以及先進的管理體系才能是裝配式建筑造價控制在合理的范圍，本工程應用 BIM 進行施工圖施工圖設計，通過綜合管線與結構碰撞檢查分析及結構鋼筋之間的碰撞檢查分析，減少了 85% 的圖紙錯誤，大大減少了現場返工，提高了工程質量 80%，利用協同設計節省了各專業間互提資料的過程，大大提高了工作效率，使得設計周期比傳統方式縮短了30%左右，此外，加上應用 BIM 進行預制構件預排布，大大減少了模具數量，總體上使工程總造價降低約 20%，使得總造價與現澆建筑持平。

結語：

BIM 是一個建筑信息化模型，它貫穿了設計項目的整個生命周期，可以運用于各建筑相關設計以及施工的全過程，并且提供一個完整的信息數據庫。相比于傳統的設計方法，BIM 技術有著突出的特點與優勢，如為項目參與各方建立單一工程數據源，確保信息的準確性和一致性；實現項目的信息交流和共享；全面支持數字化、自動化設計技術等等。所以，BIM 在結構設計當中的應用具有非常巨大的價值。