基于BIM技術的裝配式結構設計方法研究

周光禹

（沈陽城市學院）

1 引言

隨著我國建筑行業的快速發展，建筑技術體系和建筑施工速度都得到了提升，傳統建筑施工技術難以滿足建筑行業的發展需求。裝配式結構建筑在這樣的背景下出現，是一種將建筑整體結構拆分成多個待組裝的結構，然后交由生產廠家對構件進行生產，最后將構件運送到施工現場進行組裝的新型施工技術。作為一種新技術，其在設計和施工中仍存在一些不足。BIM技術的應用，可以實現對裝配式結構設計思路和方法的優化，降低設計中的誤差，保證工程施工的質量。就這一方面而言，加強對BIM技術在裝配式結構設計中應用的研究是非常具有現實意義的。

2 BIM 技術在裝配式結構設計中的應用優勢

2.1 提升結構設計的精準性

BIM 技術在裝配式結構設計中最為顯著的優勢在于可視化，隨著模式化結構形式在裝配式結構設計中的應用，極大提升了設計的精準性和可靠性。結構設計精準度的提升能夠有效減少后續施工中的返工率，降低施工成本，保證施工質量，有效減輕設計人員的工作量。

2.2 提升數據信息的完整度

在裝配式結構設計中，一旦設計出現問題，設計人員則需要和施工方以及客戶等多方進行協商，然后再對設計方案進行調整和優化，待問題解決后才能繼續施工。因此，設計圖紙的各項數據必須要具備準確性和完整性，但傳統裝配式結構設計方法卻難以實現這一點。設計人員可以借助BIM技術中的模擬功能，將設計圖紙中的各項參數輸入到系統中，完成模擬測試，其中存在的問題也會隨之暴露出來，以便設計人員對圖紙參數進行調整，保證設計圖紙數據信息的完整性[1]（見圖1）。

圖1 結構設計與施工設計

2.3 優化設計方案

在裝配式結構設計中，設計人員可以借助BIM技術強大的模擬功能，對裝配式建筑結構進行模擬，完成一些高難度的結構試圖，如裝配式結構的熱傳導模擬、節能模擬等，極大提升了裝配式結構設計的效率和質量。同時，設計人員還可以借助BIM 技術的4D 建模技術完成建模，以此實現對裝配式結構設計的調整和優化，保證裝配式結構設計方案的合理性[2]。

3 裝配式結構設計中的問題

3.1 設計思路固化

在裝配式結構中，多以現澆結構為主，即對建筑整體結構的構件進行拆分，然后將構件交由生產廠家進行預制加工，最后只需運送到現場進行組裝。但這種傳統的裝配式結構設計思路過于落后，且在具體實施過程中，經常會因為構件通用性較差，不斷調整和修改設計方案，影響到施工進度，增加建筑施工成本[3]。

3.2 構件設計局限性

在傳統的裝配式結構設計方法中，構件都是由建筑整體結構拆分而來，如此一來，構件的種類和尺寸難以統一，給構件加工工作的開展帶來難度。另外，在裝配式結構設計中，還經常會出現設計構件和生產構件存在較大誤差的現象。

3.3 成果信息復雜性

在傳統結構設計中，工作過程往往以二維圖進行呈現，在這一過程中，裝配式結構設計人員需要花費大量的時間和精力在圖紙的繪制和處理上，對一些具有較大復雜性的構件，還會經常出現標注不明或信息不明的現象，影響到構件的正常生產。另外，在結構分析和設計中，基本都建立于讀圖與識圖基礎上，如果信息不明，將引發設計失誤，導致后期返工，耗費大量資源，還會影響工期[4]。

4 BIM 技術在裝配式結構設計中的具體應用

4.1 結構設計階段

①在圖紙設計中，一定要保證裝配式結構設計參數的合理性。BIM 技術在這一環節主要采集相關數據信息，并評價設計參數的準確性。通過BIM技術，可以將設計圖紙的數據信息呈現方式由二維平面圖形轉變為三維立體圖形，提升數據信息的直觀性，及時有效地發現問題。

②調整結構參數。在裝配式結構設計方案確定之后，要進行數據校核。裝配式結構設計會涉及鋼筋結構、鋼制品結構，而這些材料的應用效果容易受到外界因素的影響，這是后期校核工作中必須關注的內容。在該環節引入BIM技術，主要目的是依托數據共享平臺對設計過程中的相關數據信息進行采集，并對這些參數的合理性進行評價。結合評價結構調整方案中的相關參數，再次進行評價，經過多次反復，能有效提升方案的合理性。

③核算工程總量。建筑施工企業承接建筑工程項目的最終目的是獲利，對總工程量進行正確核算是提升建筑工程施工經濟效益的關鍵。但在EPC模式下，施工企業的利潤空間被不斷壓縮。合理應用BIM技術能解決這一問題，綜合性分析建筑工程作業重量，獲得準確的結構數據，為后期順利施工做好鋪墊[5]。

4.2 施工組織階段

對建筑工程的施工而言，需要人力、物力等資源的參與，尤其是在一些大型建筑工程項目中，做好施工組織工作是建筑工程施工的重要前提和基礎。在實際施工過程中，要想將設計方案有效落實，施工單位就必須制定好合適的施工管理計劃。內容主要有施工人員操作能力要求、各個崗位和環節所需勞動力的數量等。就BIM技術應用而言，主要負責數據采集工作，精細化管理整個施工活動。與此同時，還會借助該項技術的優勢搭建完善的施工材料管理體系，明確施工材料采購量、采購順序等，使整體工作穩定有序開展，切實提升施工質量[6]。

4.3 工程施工階段

①在裝配式建筑構件制作過程中，會涉及很多裝配結構，這就要求在具體制作中，嚴格把控構件誤差。合理應用BIM技術，有助于解決誤差問題。

②裝配式構件安裝。在構建具體安裝中，一定要在工廠進行預拼裝，如果是鋼結構，則需要在工廠內完成焊接工作，校驗焊接質量之后，再運輸至作業現場進行安裝。在此過程中，需要處理好構件相連部分，如混凝土結構，要先進行連接位置的鑿毛處理，之后在其中注入泥漿，這樣有助于提升結構整體性和穩定性。對BIM技術而言，在此環節主要負責構件三維立體圖像和數據采集等工作[7]。

4.4 運行維護階段

當上述工作完成后，則進入最后一個環節，即系統的運行維護。這一階段的主要工作內容為發現和處理建筑工程中的潛在安全隱患，使項目能夠滿足既定要求，延長工程應用壽命。在這一環節中，BIM 技術的主要職責就是搭建三維立體模型結構，然后根據模型模擬各種受力情況，確保工程結構綜合強度與具體要求相符。如果發現不相符的情況，需及時制定解決措施，如搭建輔助承重結構等，這樣便能促進整體結構質量的提高，使用壽命自然也能進一步延長。

5 結語

綜上所述，在裝配式結構設計中合理運用BIM 技術可以有效提升設計的精準性和數據的完整度，實現對裝配式結構設計的優化。因此，相關人員應加強對這一方面的重視和研究，并針對目前裝配式結構設計中存在的問題進行具體分析，合理運用BIM 技術，優化裝配式結構設計方案，提高建筑工程施工質量，推動我國建筑行業健康發展。