BIM技術(shù)在裝配式框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

林孝尤

（上海君道住宅工業(yè)有限公司，上海 202012）

0 引言

BIM具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性及可出圖性五大特點(diǎn)。BIM的核心是通過(guò)建立虛擬的建筑工程三維模型，模型中包含整個(gè)項(xiàng)目完整信息。BIM技術(shù)為裝配式建筑項(xiàng)目提供一個(gè)協(xié)調(diào)工作平臺(tái)，可提高工作效率，減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，避免返工作業(yè)，降低工程成本，成為推動(dòng)建筑工業(yè)化可持續(xù)發(fā)展的必然要求。為響應(yīng)相關(guān)政策號(hào)召，上海市裝配式建筑技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，主要有裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)和裝配式框架結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)，隨著B(niǎo)IM技術(shù)的興起及信息化技術(shù)的不斷提高，可與裝配式結(jié)構(gòu)相輔相成。本文主要闡述BIM技術(shù)在裝配式框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

1 方案階段應(yīng)用

上海裝配式建筑因當(dāng)?shù)?0%預(yù)制率或60%裝配率的要求，其中裝配式框架結(jié)構(gòu)常規(guī)預(yù)制方案的構(gòu)件類(lèi)型有預(yù)制柱、預(yù)制疊合梁、預(yù)制疊合板、預(yù)制樓梯、預(yù)制外墻等。預(yù)制方案組合也有多樣性，所以項(xiàng)目前期可借助BIM技術(shù)建立初步方案模型，分析方案可實(shí)施性，并從模型中直接導(dǎo)出構(gòu)件尺寸清單，通過(guò)對(duì)比得到本項(xiàng)目的構(gòu)件尺寸是否符合模數(shù)化及標(biāo)準(zhǔn)化要求，從而進(jìn)行初步結(jié)構(gòu)布置。結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，裝配式框架建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于模數(shù)化，標(biāo)準(zhǔn)化柱網(wǎng)基本決定預(yù)制疊合梁和疊合板的布置方式、種類(lèi)及數(shù)量。平面布局采用縱橫向軸網(wǎng)對(duì)齊的標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)尺寸，同軸線的柱截面采用相同截面，奠定裝配式建筑設(shè)計(jì)的基本模數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)化柱網(wǎng)使樓板跨度和開(kāi)間盡量相同，使預(yù)制柱、梁、板的種類(lèi)大大減少。預(yù)制構(gòu)件截面尺寸標(biāo)準(zhǔn)化有利于提高預(yù)制構(gòu)件模具的通用性，提升經(jīng)濟(jì)效率，同時(shí)可減少圖紙出圖量；相同截面尺寸的預(yù)制構(gòu)件盡量采用相同配筋，鋼筋歸并通常遵循大直徑、少根數(shù)的原則，方便模具加工，有利于提高鋼筋加工精度，減少累積誤差，有利于整體PC化快速建造。

在確認(rèn)項(xiàng)目軸網(wǎng)布置及初步結(jié)構(gòu)尺寸的基礎(chǔ)上，通過(guò)采用BIM技術(shù)創(chuàng)建的項(xiàng)目初步模型，如使用設(shè)計(jì)軟件建立框架結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)預(yù)制率要求，在模型中指定需預(yù)制的梁柱為預(yù)制梁柱屬性，同時(shí)還有預(yù)制板屬性，按照計(jì)算方法中的原則進(jìn)行模型拆分，當(dāng)BIM模型中的信息完成后，可通過(guò)該軟件直接生成成本、預(yù)制率計(jì)算表和方案拆分圖。這樣可大大提高預(yù)制方案效率，同時(shí)可利用BIM模型可視化特點(diǎn)，通過(guò)三維視覺(jué)表達(dá)，分析拆分方案利弊，進(jìn)一步完善拆分方案。

2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化階段應(yīng)用

項(xiàng)目初步方案確立后需進(jìn)一步完善BIM模型，確定預(yù)制柱與現(xiàn)澆柱、預(yù)制梁與預(yù)制柱及預(yù)制柱與預(yù)制柱等預(yù)制構(gòu)件之間和預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆構(gòu)件之間的連接節(jié)點(diǎn)，補(bǔ)充預(yù)制柱、預(yù)制梁等預(yù)制構(gòu)件中的配筋信息，并創(chuàng)建實(shí)體鋼筋模型，這步可在PC模塊中完成，這時(shí)在瀏覽整個(gè)項(xiàng)目模型時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，裝配式框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于預(yù)制柱及預(yù)制梁的鋼筋節(jié)點(diǎn)處，特別是中柱節(jié)點(diǎn)梁柱鋼筋最密集也最難處理。因此采用BIM技術(shù)的可視化及可模擬性特點(diǎn)，可對(duì)預(yù)制梁中的鋼筋進(jìn)行BIM碰撞檢查，可設(shè)置鋼筋碰撞范圍。通過(guò)多次模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)x方向與y方向的梁尺寸有≥50mm的高差，梁的鋼筋就可實(shí)現(xiàn)高低錯(cuò)開(kāi)，可解決不同方向梁筋的避讓問(wèn)題。大多數(shù)項(xiàng)目中，外圈梁因建筑要求等原因大多有需要與柱外平的情況，此時(shí)建議采用將梁內(nèi)移50mm并采用50mm梁外包的形式，這樣既能保證建筑的墻體要求，也可避免預(yù)制梁縱筋與預(yù)制柱角部鋼筋碰撞的問(wèn)題，此時(shí)再返回上一步完優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置及拆分方案，以此保證后期生產(chǎn)及施工的便利性及可操作性。

3 深化設(shè)計(jì)階段應(yīng)用

裝配式建筑對(duì)項(xiàng)目精度要求高，即在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)計(jì)算的同時(shí)，思考鋼筋排布更有利于預(yù)制構(gòu)件的后期生產(chǎn)及吊裝。其中預(yù)制梁柱節(jié)點(diǎn)對(duì)構(gòu)件的鋼筋排布要求最嚴(yán)格。結(jié)合項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，并通過(guò)BIM技術(shù)模擬，在各尺寸梁柱中放置多個(gè)規(guī)格的鋼筋，同時(shí)滿(mǎn)足相關(guān)圖集間距要求的情況下多次模擬鋼筋排布，對(duì)預(yù)制柱的尺寸及鋼筋排布做出如下建議。

對(duì)預(yù)制梁的尺寸及鋼筋排布做出如下建議（如果2排不伸入主梁內(nèi)，2排鋼筋間距按正常現(xiàn)澆間距控制）。

采用上述鋼筋布置原則，可有效解決裝配式框架結(jié)構(gòu)中大部分鋼筋避讓問(wèn)題，同時(shí)劃定預(yù)制構(gòu)件鋼筋排布的大原則，這樣可保證模具的重復(fù)利用率，如預(yù)制梁的兩端出筋保持統(tǒng)一原則，則預(yù)制梁的側(cè)邊模具可通用，若整個(gè)項(xiàng)目鋼筋避讓方式相同，構(gòu)件廠家生產(chǎn)及現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)將十分便利。

在完成整個(gè)項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)后，需在BIM模型中完善機(jī)電點(diǎn)位布置，通過(guò)走訪這些項(xiàng)目的設(shè)計(jì)單位，了解到大部分深化設(shè)計(jì)流程存在滯后的情況，即構(gòu)件深化圖紙完成后再進(jìn)行點(diǎn)位預(yù)埋件的添加，會(huì)導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件上缺少點(diǎn)位預(yù)埋件或出現(xiàn)點(diǎn)位預(yù)埋錯(cuò)誤的情況。故當(dāng)采用BIM技術(shù)時(shí)，可直接在BIM模型中進(jìn)行點(diǎn)位預(yù)埋的布置設(shè)計(jì)，然后利用可視化及可模擬特性運(yùn)行碰撞檢查，這樣可有效避免出現(xiàn)機(jī)電點(diǎn)位與其他專(zhuān)業(yè)的碰撞問(wèn)題，也可避免本專(zhuān)業(yè)內(nèi)的點(diǎn)位碰撞問(wèn)題，最后再補(bǔ)充預(yù)制構(gòu)件上的吊裝埋件及脫模埋件，然后在模型中計(jì)算脫模及吊裝埋件的布置是否可滿(mǎn)足相關(guān)計(jì)算要求，可避免手算出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤。

BIM模型是一個(gè)各專(zhuān)業(yè)整合的平臺(tái)，各設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)的信息均匯聚到這個(gè)大平臺(tái)中，然后利用BIM技術(shù)的可出圖性特點(diǎn)，導(dǎo)出各專(zhuān)業(yè)施工圖和預(yù)制構(gòu)件深化圖紙。而且這個(gè)階段的BIM模型已包含全部設(shè)計(jì)信息，可直接生成預(yù)制率方案計(jì)算表、混凝土工程量、鋼筋工程量等供項(xiàng)目進(jìn)行成本核算等工作，同時(shí)提高預(yù)制方案設(shè)計(jì)效率，做到主體設(shè)計(jì)完成時(shí)，深化設(shè)計(jì)也同時(shí)完成，也可將項(xiàng)目模型與造價(jià)清單掛鉤的方式，計(jì)算出本項(xiàng)目所需的綜合成本等指標(biāo)，確保決策者前期清晰了解項(xiàng)目數(shù)據(jù)，進(jìn)行合理決策。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段就開(kāi)始介入，從預(yù)制構(gòu)件模塊化入手，結(jié)合BIM技術(shù)五大特點(diǎn)，統(tǒng)籌各設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)可有效解決二維圖紙難以體現(xiàn)的問(wèn)題，為后期預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)和施工提供有效解決途徑和方法，還可有效節(jié)約項(xiàng)目成本，提高項(xiàng)目質(zhì)量。設(shè)計(jì)階段的BIM模型不僅局限于此，可同樣運(yùn)用于后期生產(chǎn)、施工及運(yùn)維等方面，讓建造更簡(jiǎn)單，讓建筑更精彩。