BIM技術下的預制裝配式混凝土結構設計方法

毛維帥

1 引言

當前，隨著社會經濟的不斷增長與建筑行業的飛速發展，人們不但越來越追求建筑品質，同時也越來越追求建筑的施工速度，而預制裝配式混凝土結構建筑正可以同時滿足這兩項要求。預制裝配式混凝土結構是提前在工廠中加工制作好各種混凝土結構構件，再運送到施工現場進行現場拼裝，而不必進行現場混凝土澆筑。不過，預制裝配式混凝土結構對設計的要求較高，若想確保設計方案的科學性與合理性，需要運用到一些先進技術，比如BIM技術。

2 相關概念簡介

2.1 BIM技術簡介

BIM 技術即建筑信息模型技術，它是一種以建筑工程的各項信息數據作為模型基礎，依據它們來建立建筑模型，通過數字信息仿真模擬建筑真實信息的科學技術。BIM技術中包含了計算機模擬技術、虛擬仿真技術及三維可視化技術等諸多先進技術，因此它是一種集成化的技術。BIM 技術的主要優勢在于它的信息完備性、一致性、關聯性、模擬性、可視化、協調性、優化性以及可出圖性。無論在建筑設計、建設還是工程管理等工作中，BIM技術均擁有著十分重要的應用。

2.2 預制裝配式混凝土結構建筑簡介

預制裝配式混凝土結構建筑是預制裝配式建筑中的一種主要類型，又稱PC建筑。預制裝配式建筑的概念早在上個世紀初就已經誕生，后來傳至我國，逐漸在我國得到了很大發展。簡單來說，預制裝配式建筑就是指先將建設所需的各個結構構件在工廠中成批量的預制好，再將它們運送到施工現場進行現場拼裝施工的建筑形式。我們可以把預制裝配式建筑中的各個結構構件比喻成設備的零部件，其建設過程即類似于設備的生產過程，先在工廠中生產好各項零部件，再用零部件組合成設備。而預制裝配式混凝土結構建筑的主要預制構件是混凝土結構構件，它是提前在工廠中加工制作好各種混凝土結構構件，再運送到施工現場進行現場拼裝，而不必進行現場混凝土澆筑。

3 BIM技術下的預制裝配式混凝土結構設計思想

BIM 技術的基礎是三維數字技術，三維數字技術在預制裝配式混凝土結構設計中的主要應用是建立數字化建筑結構模型。三維數字技術具備強大的可視化功能，利用它建立了數字化建筑結構模型之后，就可以實現對預制裝配式混凝土結構整個設計過程的仿真模擬，并使多專業、多部門可以有效進行協同工作。在實際應用BIM技術進行預制裝配式混凝土結構設計的過程中，應當要充分發揮出BIM技術的優勢，盡可能的提高混凝土結構構件的通用性。在具體的預制裝配式混凝土結構方案規劃設計中，應遵循“以最少構件實現多樣化結構”的設計思想，而這前提是要先建立起一個完善的預制混凝土結構構件庫，目的是降低結構構件設計難度、提高結構構件設計效率、節約結構構件設計時間以及減少成本支出，最終實現經濟效益與社會效益的雙重提升。

4 BIM技術下的預制裝配式混凝土結構設計方法

4.1 明確設計程序

預制裝配式混凝土結構的設計程序一般應分為三個階段：第一個階段是方案設計階段，在此階段主要是從戶型和標準層的設計、構件拆分原則的確定、預制混凝土結構構件的布置方案等入手進行整體建筑的方案設計；第二個階段是初步設計階段，在此階段主要是對預制混凝土結構構件的類型及尺寸等進行合理的選擇，確保符合工程的實際情況；第三個階段是施工圖設計階段，在此階段主要是對預制混凝土結構構件進行深化設計，并對設計信息進行擴展，以給實際施工工作提供科學合理的依據。

4.2 構建和完善構件庫

在預制裝配式混凝土結構設計過程中，往往需要運用到很多不同型號和不同尺寸的預制混凝土結構構件，所以只有先保證了這些預制混凝土結構構件的加工質量，才能夠保證預制裝配式混凝土結構的整體施工質量。但同時，這也給預制混凝土結構構件的加工工作帶來了很大的難度，特別是如果想實現構件工廠化、標準化生產的話，必須要采取一些專業措施。而在BIM 技術下，借助于BIM 技術所提供的強大的可視化功能和易拆分功能，可以有效構建和完善構件庫，從而大大方便預制混凝土結構構件的加工和生產。應用BIM技術進行設計的優勢主要在于，它能夠按照預制裝配式混凝土結構建筑工程的實際形式、構件適用性以及加工工藝等來合理分類及高效整理預制混凝土結構構件。另外，在實際預制裝配式混凝土結構設計過程中，還需要注意盡量優先選擇那些通用性較強的構件，并將全部構件均統一納入到構件庫中進行管理，同時不斷更新構件庫，從而逐漸形成較為完善的預制混凝土結構構件庫。

4.3 建立和優化結構模型

在構建完成一個比較完善的預制混凝土結構構件庫后，就要開始進入正式的預制裝配式混凝土結構設計。在其具體設計過程中，應當要充分利用構件庫，根據實際設計需求在構件庫中選擇既合適而又性價比較高的預制混凝土結構構件，并利用所選構件來數字化模擬預制裝配式混凝土結構的整體方案，建立出相應的結構模型。若是沒有在構件庫中找到比較合適的預制混凝土結構構件，則需要結合實際設計需求而重新設計專門的構件，并記得將新設計的構件也及時補充到構件庫當中，從而使構件庫中的可選構件素材不斷豐富，為以后的設計工作提供更大的便利。再者，為了確保結構設計方案的安全性與可靠性，在應用BIM 技術進行預制裝配式混凝土結構設計之時，還應當要全面分析所建立的結構模型，充分利用BIM 技術的可視化功能來不斷調整和優化結構模型。需要注意的是，如果在分析結構模型的過程中發現了所選用構件不太合適的情況，則還要重新尋找、選擇或者設計構件，直至其適合于本預制裝配式混凝土結構工程為止。總的來說，BIM 技術下的預制裝配式混凝土結構設計方法可以有效規避各種施工風險、大大降低在施工過程中的問題發生率。

4.4 充分應用結構模型

無論是預制混凝土結構構件的加工、運輸還是拼裝等環節，均可以利用BIM 技術進行合理的規劃。其中，構件拼裝是預制裝配式混凝土結構施工的最關鍵環節，在此環節中，BIM技術有著非常重要的應用。利用所建立的結構模型，可以模擬整個預制裝配式混凝土結構工程的構件拼裝過程，以便于對工程建設進度和建設質量進行更精準的把握。其次，借助于結構模型，能夠在工程建設前及時發現各種潛在的問題和風險，從而及時解決問題、提前規避風險，以確保預制裝配式混凝土結構施工工作的順利開展。再者，依托于結構模型，還可以對預制裝配式混凝土結構施工過程中的基礎設施和材料堆放區域、器械設備擺放區域等進行合理的規劃，從而更有效的保證施工質量和施工安全。

4.5 優化構件拆分

構件拆分是預制裝配式混凝土結構設計中的一項關鍵環節，可以應用BIM 技術及一些相關插件（例如Structural Precast for Revit插件）對預制構件進行拆分進行優化。在實際構件拆分過程中，應根據拆分原則設定的拆分條件，對結構樓板、基礎底板、結構墻體等進行有效分割，從而實現對預制混凝土結構構件的分塊設計。另外，在構件拆分過程中還應當要綜合考慮預制裝配式混凝土結構工程的實際情況。

4.6 開展碰撞檢測

通過碰撞檢測，可以明確預制裝配式混凝土結構工程中各管線、各部件之間存在的沖突，以指導設計方案的改進。在利用BIM 技術構建出預制裝配式混凝土結構模型后，再通過軟件自帶的自動化碰撞檢測功能即可直接開展碰撞檢測，并得到相應的異常問題報告。

5 結語

綜上所述，在預制裝配式混凝土結構設計中，通過運用BIM技術，可以大大提高設計方案的科學性與合理性，并簡化設計過程。在實際設計過程中，首先要明晰設計思想，然后把握好相關設計方法要點，包括明確設計程序、構建和完善構件庫、建立和優化結構模型、充分應用結構模型、優化構件拆分以及進行碰撞檢測等，這樣才能夠保證設計效果。