基于BIM的装配式混凝土结构高层建筑深化设计施工研究与实践

文 / 陈振海 张 昊

（作者单位：山西二建集团有限公司）

1 工程概况

泰瑞城一标段项目（4#、5#、6#、8#住宅楼及地下车库）位于太原市晋源区。项目南侧为吴家堡北街、西侧为大井峪路、北侧长兴南街、东侧为规划路。4栋住宅楼均为地下二层、地上二十九层，建筑总高度87.45m，总建筑面积128807.27m2，设计使用年限50年。本项目为装配整体式剪力墙结构体系，基础形式钢筋混凝土灌注桩+承台梁+防水板，项目整体装配率为67.48%，是山西省第一批装配式建筑示范项目和全国绿色施工示范项目。

地下二层为全现浇混凝土结构，地上1～4层竖向构件为现浇混凝土剪力墙结构，水平构件（板）为叠合构件，5层以上竖向构件（剪力墙）部分预制，水平构件（板）为叠合构件。预制剪力墙竖向钢筋连接采用套筒灌浆连接技术，现浇剪力墙与预制剪力墙通过现浇节点连接为整体，预制叠合板之间通过现浇带连接为整体。阳台板、空调板、楼梯梯段采用预制构件。

图1 项目鸟瞰图

2 BIM装配式深化设计目标

BIM装配式建筑是指利用BIM技术，将传统装配式建筑从大量的现场作业转移到工厂加工中去，借助计算机进行虚拟建造和深化设计，使信息化与工业化深度融合，打造基于BIM的统一管理平台。实现装配式建筑全生命周期信息在设计施工、构件生产和建造运维各环节间的相互传递和动态完善，对质量和成本的实时监控。预制装配构件的可视化模拟，优化生产和工序穿插过程，对装配式预制构件的全生命周期进行可追溯性管控。

图2 基于BIM装配式建筑整体建造体系框架理念

3 前期技术策划

前期技术策划是本项目实施的重要阶段，尤其是设计单位在充分了解项目定位、建设规模、产业化目标、成本限额、外部条件等影响因素后，制定合理的深化设计方案，并与建设单位一起确定详细的技术实施方案，共同提高装配式预制构件的标准化程度，为后续的深化设计施工提供可靠依据。

本项目在方案设计阶段之前，就增加前期技术策划阶段。为配合装配式预制构件的合理化拆分与生产加工，增加了装配式预制构件深化设计图纸的详细内容。装配式混凝土结构的深化设计是生产前重要的准备工作之一，由于工作量大、图纸多、牵涉专业多，设计单位在本阶段起主导作用。根据工程现场实际情况，充分考虑预制构件的重量和尺寸，综合考虑了装配式产业基地对构件的加工能力及运输、吊装等条件，通过采用BIM技术，协同完成各专业的设计内容，提高了设计精度，为构件加工图深化设计提供了精准尺寸链。

4 BIM装配式深化设计流程

BIM装配式深化设计流程以装配式预制构件加工图进行深化设计为重点，采取基于BIM技术的构建方法实现对装配式建筑的三维可视化模拟，在虚拟三维模型中对施工现场、预制构件加工及建筑细部节点等进行仿真优化，从而达到装配式建筑设计施工的低成本与高质量的作业要求，从源头上优化BIM装配式深化设计流程。

图3 BIM装配式深化设计流程图

5 基于Revit的BeePC装配式智能深化软件应用

BeePC软件是目前国内基于Revit平台研发的装配式智能深化BIM软件之一，也是一款内置规范与图集的装配式深化设计的BIM软件。通过BeePC软件可快速设置装配式建筑装配率及规范参数，对装配式预制构件进行智能编号、一键出图、一键生成构件明细表（含钢筋形状和尺寸）和一键生成工厂BOM表，帮助各职能岗位管理人员规范地学习装配式、BIM+PC建模及出图出量，实现基于BIM的数字化装配式建筑基础数据和过程数据的有效衔接。

图4 BeePC装配式智能化深化BIM软件功能模块

5.1 BIM装配式模型创建与图纸深化

根据建筑和结构平面图相关工程数据，通过基于Revit平台建立本项目BIM装配式模型，进行各构件参数设置，设置完成后，创建完整的BIM模型。土建专业BIM模型的创建采用工作集的形式进行协同，模型根据楼层进行划分，依次创建结构、建筑BIM模型。安装专业BIM模型的创建采用链接的形式进行协同，模型根据楼层、各专业系统进行划分，依次创建电气工程BIM模型、暖通工程BIM模型、给排水工程BIM模型。结合软件功能和参数化设计理念，可在二维操作界面完成三维设计，方便简洁。

5.2 BIM装配式预制构件拆分

在BeePC软件中先对整个项目的工程信息、抗震等级、容重设置等进行全局参数设置，根据GB50010-2010《混凝土结构设计规范》和JGJ1-2014《装配式混凝土结构技术规程》的有关规定和要求，对外墙板、叠合板、叠合梁、预制楼梯等主要预制构件进行三维BIM模型创建与构件拆分。本项目4栋楼22个户型，在标准层共有25种不同尺寸规格预制剪力墙构件，26种不同尺寸规格叠合楼板。预制构件类型共计7种：预制剪力墙、填充墙（200mm）、预制外墙（100mm、200mm）、预制叠合楼板（60mm）、预制叠合阳台、预制楼梯（120mm）和预制空调板（130mm）。

该软件在应用过程中支持国标GB/T 51129-2017和各地的装配率计算。配合“过滤选择”功能模块，可以较为方便地对构件批量归类。当选中已归类构件，可显示其在装配率计算中需要用到的参数信息，也可以特殊调整参数结果。

图5 装配式预制构件拆分BIM模型

图6 装配式建筑装配率计算推演过程

5.3 BIM装配式预制构件优化

在装配式预制构件拆分后，通过应用BIM技术，对装配式预制构件在生产加工、运输堆放、现场吊装等阶段因素综合考虑进行优化，并符合现行国家标准GB50666-2011《混凝土结构工程施工规范》和JGJ1-2014《装配式混凝土结构技术规程》的有关规定。

图7 装配式预制构件优化后BIM模型

5.4 BIM装配式构件施工细部节点模拟

在装配式混凝土结构施工中，采用BIM模型进行合理设计，提前对支撑或支架、模板、施工安装顺序等进行模拟，提高施工的效率，避免现场施工时的盲目性。在施工组织设计方案中提前进行BeePC软件辅助应用，对装配式施工模拟、碰撞检查、三维可视化交底等施工细部节点进行优化，提高装配式建筑施工效率和质量。

本项目通过对装配式预制墙体安装进行BIM模拟，优化了预制构件预埋吊环和支撑节点的位置尺寸，提高了现场装配速度，为现场作业人员提前预留了操作空间。

图8 基于BIM装配式预制墙体安装模拟应用

为减少预制构件钢筋与现浇结构的钢筋的碰撞问题，对本项预制构件钢筋节点连接处进行BIM优化模拟，提前确定预留洞口及预埋件位置及尺寸信息，确保施工现场不在预制构件上开洞影响预制构件的安全性能。

图9 预制构件与现浇部分连接节点钢筋布置模拟应用

综合考虑预制外墙板运输、现场安装与其他构件连接等因素，通过应用BIM技术，对预制外墙板预留灌浆孔洞、吊装螺栓、空调孔洞、插座开关等线盒孔洞、支撑固定孔洞等采集具体施工信息数据，有利保证现场吊装及安装的准确性，提升现场施工效率。

图10 预制外墙板BIM优化模型应用