BIM技術在裝配式框架結構設計中的應用

林孝尤

（上海君道住宅工業有限公司，上海 202012）

0 引言

BIM具有可視化、協調性、模擬性、優化性及可出圖性五大特點。BIM的核心是通過建立虛擬的建筑工程三維模型，模型中包含整個項目完整信息。BIM技術為裝配式建筑項目提供一個協調工作平臺，可提高工作效率，減少設計錯誤，避免返工作業，降低工程成本，成為推動建筑工業化可持續發展的必然要求。為響應相關政策號召，上海市裝配式建筑技術得到廣泛應用，主要有裝配式剪力墻結構和裝配式框架結構及鋼結構，隨著BIM技術的興起及信息化技術的不斷提高，可與裝配式結構相輔相成。本文主要闡述BIM技術在裝配式框架結構中的應用。

1 方案階段應用

上海裝配式建筑因當地40%預制率或60%裝配率的要求，其中裝配式框架結構常規預制方案的構件類型有預制柱、預制疊合梁、預制疊合板、預制樓梯、預制外墻等。預制方案組合也有多樣性，所以項目前期可借助BIM技術建立初步方案模型，分析方案可實施性，并從模型中直接導出構件尺寸清單，通過對比得到本項目的構件尺寸是否符合模數化及標準化要求，從而進行初步結構布置。結合設計經驗發現，裝配式框架建筑標準化設計的關鍵在于模數化，標準化柱網基本決定預制疊合梁和疊合板的布置方式、種類及數量。平面布局采用縱橫向軸網對齊的標準柱網尺寸，同軸線的柱截面采用相同截面，奠定裝配式建筑設計的基本模數。標準化柱網使樓板跨度和開間盡量相同，使預制柱、梁、板的種類大大減少。預制構件截面尺寸標準化有利于提高預制構件模具的通用性，提升經濟效率，同時可減少圖紙出圖量；相同截面尺寸的預制構件盡量采用相同配筋，鋼筋歸并通常遵循大直徑、少根數的原則，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。

在確認項目軸網布置及初步結構尺寸的基礎上，通過采用BIM技術創建的項目初步模型，如使用設計軟件建立框架結構模型，根據預制率要求，在模型中指定需預制的梁柱為預制梁柱屬性，同時還有預制板屬性，按照計算方法中的原則進行模型拆分，當BIM模型中的信息完成后，可通過該軟件直接生成成本、預制率計算表和方案拆分圖。這樣可大大提高預制方案效率，同時可利用BIM模型可視化特點，通過三維視覺表達，分析拆分方案利弊，進一步完善拆分方案。

2 結構優化階段應用

項目初步方案確立后需進一步完善BIM模型，確定預制柱與現澆柱、預制梁與預制柱及預制柱與預制柱等預制構件之間和預制構件與現澆構件之間的連接節點，補充預制柱、預制梁等預制構件中的配筋信息，并創建實體鋼筋模型，這步可在PC模塊中完成，這時在瀏覽整個項目模型時會發現，裝配式框架結構設計難點在于預制柱及預制梁的鋼筋節點處，特別是中柱節點梁柱鋼筋最密集也最難處理。因此采用BIM技術的可視化及可模擬性特點，可對預制梁中的鋼筋進行BIM碰撞檢查，可設置鋼筋碰撞范圍。通過多次模擬發現，當x方向與y方向的梁尺寸有≥50mm的高差，梁的鋼筋就可實現高低錯開，可解決不同方向梁筋的避讓問題。大多數項目中，外圈梁因建筑要求等原因大多有需要與柱外平的情況，此時建議采用將梁內移50mm并采用50mm梁外包的形式，這樣既能保證建筑的墻體要求，也可避免預制梁縱筋與預制柱角部鋼筋碰撞的問題，此時再返回上一步完優化結構布置及拆分方案，以此保證后期生產及施工的便利性及可操作性。

3 深化設計階段應用

裝配式建筑對項目精度要求高，即在滿足結構計算的同時，思考鋼筋排布更有利于預制構件的后期生產及吊裝。其中預制梁柱節點對構件的鋼筋排布要求最嚴格。結合項目經驗，并通過BIM技術模擬，在各尺寸梁柱中放置多個規格的鋼筋，同時滿足相關圖集間距要求的情況下多次模擬鋼筋排布，對預制柱的尺寸及鋼筋排布做出如下建議。

對預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，2排鋼筋間距按正常現澆間距控制）。

采用上述鋼筋布置原則，可有效解決裝配式框架結構中大部分鋼筋避讓問題，同時劃定預制構件鋼筋排布的大原則，這樣可保證模具的重復利用率，如預制梁的兩端出筋保持統一原則，則預制梁的側邊模具可通用，若整個項目鋼筋避讓方式相同，構件廠家生產及現場安裝時將十分便利。

在完成整個項目主體結構部分設計后，需在BIM模型中完善機電點位布置，通過走訪這些項目的設計單位，了解到大部分深化設計流程存在滯后的情況，即構件深化圖紙完成后再進行點位預埋件的添加，會導致預制構件上缺少點位預埋件或出現點位預埋錯誤的情況。故當采用BIM技術時，可直接在BIM模型中進行點位預埋的布置設計，然后利用可視化及可模擬特性運行碰撞檢查，這樣可有效避免出現機電點位與其他專業的碰撞問題，也可避免本專業內的點位碰撞問題，最后再補充預制構件上的吊裝埋件及脫模埋件，然后在模型中計算脫模及吊裝埋件的布置是否可滿足相關計算要求，可避免手算出現的人為錯誤。

BIM模型是一個各專業整合的平臺，各設計專業的信息均匯聚到這個大平臺中，然后利用BIM技術的可出圖性特點，導出各專業施工圖和預制構件深化圖紙。而且這個階段的BIM模型已包含全部設計信息，可直接生成預制率方案計算表、混凝土工程量、鋼筋工程量等供項目進行成本核算等工作，同時提高預制方案設計效率，做到主體設計完成時，深化設計也同時完成，也可將項目模型與造價清單掛鉤的方式，計算出本項目所需的綜合成本等指標，確保決策者前期清晰了解項目數據，進行合理決策。

4 結語

綜上所述，BIM技術在設計階段就開始介入，從預制構件模塊化入手，結合BIM技術五大特點，統籌各設計專業可有效解決二維圖紙難以體現的問題，為后期預制構件的生產和施工提供有效解決途徑和方法，還可有效節約項目成本，提高項目質量。設計階段的BIM模型不僅局限于此，可同樣運用于后期生產、施工及運維等方面，讓建造更簡單，讓建筑更精彩。