BIM三维正向设计在装配式结构设计中的应用

苏恒宇 刘朋 季元

摘  要：传统的现浇结构由于效率低，不环保，不符合当前建筑工业化生产的特点，装配式建筑逐渐凸显其优势，文章将装配式结构设计与BIM三维正向设计相结合，介绍其概念、优势和方法，并与传统装配式结构设计及BIM“逆向设计”进行比较，为BIM三维正向设计的应用起到参考作用。

关键词：三维正向设计;装配式结构;BIM

中图分类号：TU318 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）34-0074-02

Abstract： Because the traditional cast-in-place structure is inefficient and not environmentally friendly， and does not accord with the characteristics of current architectural industrial production， assembly architecture gradually highlights its advantages. This paper combines assembly structure design with BIM three-dimensional forward design， introduces its concept， advantages and methods， and compares it with traditional assembly structure design and BIM "reverse design"， in order to play a reference role for the application of BIM three-dimensional forward design.

Keywords： 3D forward design; assembly architecture; BIM

1 概述

裝配式结构是建筑构件进行设计后实行模块化划分，在工厂中提前进行机械化生产然后运输到现场进行拼装的模式。BIM技术因其具有可视化、效率高、碰撞分析、施工模拟等优势被行业广泛认可，本文以装配式结构设计为例，运用BIM三维正向设计方法，将BIM技术的优势与装配式结构设计相结合，可以进一步提升装配式的精确度，优化设计信息，完成信息的互动和传递。

2 相关概念

2.1 基于BIM的装配式结构设计

传统的装配式设计流程是以设计的二维图纸为主要导向，大体流程是建设单位协同设计单位进行方案遴选、初步设计、施工图设计、预制构件设计及生产、现场装配施工。预制构件是根据设计师的拆分为主要依据，这种情况往往导致设计出来的构件种类过多，不利于建筑模块化的生产，且装配式结构构件拆分复杂，现场拼装具有一定的难度，急需一种新的方法来完善装配式，因此，就产生了基于BIM的装配式结构设计。

与传统装配式设计流程不同，基于BIM的装配式结构设计是以“预制构件库”为导向，就是根据构件的类型、荷载大下、层高等条件将构件提前进行划分，划分要协同厂商的生产条件和设计要求，尽可能的减少划分类型数量，并进行结构的安全分析，将构件统计好后放入构件库，预制构件库完成之后，进行BIM模型的创建与分析，完成装配式的结构设计。

2.2 三维正向设计

目前的BIM流程主要是基于二维图纸进行三维建模，也就是常说的“翻模”，这种方法是二维与三维的一个“转化阶段”，其实是一种“逆向思维”，而“三维正向设计”是先建好三维模型，根据三维模型导出二维图纸，再进行后期的施工运营。

3 正向设计方法

（1）建立预制构件库：预制构件库是运用BIM进行装配式管理的核心，后期装配式结构BIM模型的设计都以此为基础，这样设计出来的构件符合工业化生产的要求，提高生产和设计效率，预制构件库的关键是实现预制构件的标准化与通用化，标准化便于预制构件厂的流水线施工，通用化则可满足各类建筑的功能需求[1]，预制构件库的构件需要进行钢筋实配与承载力、接缝和吊点的验算，通过BIM技术可以直观的查看构件的三维钢筋配置。

（2）结构设计：三维正向设计方法包括梁布置、板布置、柱布置、剪力墙布置、基础布置等，结构设计结束，BIM结构模型也随之出现。

（3）结构分析：输入结构的各种荷载条件，进行BIM结构模型的整体分析，确保结构设计的合理性和安全性。

（4）装配式BIM深化设计：装配式深化设计包括2大部分，第一部分是装配式构件的拆分设计，形成装配式BIM模型。第二部分是装配式构件施工图的深化设计。

装配式构件的拆分设计是装配式构件的重点，在预制构件库创建完成后，根据需要直接调用预制构件库的种类进行拆分设计。

装配式构件施工图的深化设计包括节点设计、吊装图设计、模板图设计、组装图设计等，需要满足结构的吊装、运输、施工荷载以及结构的整体安全性因素。深化设计人员需要根据要求进行设计，如吊装需要验算吊装荷载，装配式构件大多选用平吊方法，因此吊点的位置就极其重要，除此之外，吊具的承载力、吊装点负弯矩等也需要设计验算等，如遇调整过大的情况，还需要对拆分设计进行适当的调整，以便后期施工。

（5）BIM模型分析与优化：装配式BIM模型及深化设计结束后，需要验证结构模型是否满足设计规范、装配式结构要求等，通过BIM碰撞分析，绿色分析，结构复核等功能对结构进行进一步优化，直至构件合理满足要求。

（6）出施工图：BIM分析与优化结束后，基于BIM的可视化，可形成一套完成的二维及三维施工图，任意点的构件外部与内部都可以随意切换，直观观察。

（7）BIM施工模拟：基于BIM技术的优势，进行建筑的施工模拟，交底，将装配式BIM模型中的数据与其他数据协同，对现场施工进行指导，建立整体协同平台，打通设计、生产和施工的壁垒。

（8）装配施工：根据BIM施工模拟的指导，安排预制构件的生产、运输和堆放，之后进行现场的装配施工。

基于BIM的三维正向装配式结构设计的流程如图1所示。

4 应用

关于装配式结构设计在BIM的应用主要有预制构件库的建立、BIM模型的分析与复核、复杂节点的施工模拟、一体化协同平台、现场施工信息的共享。前三条的内容在正向设计方法里有过解释，本节重点介绍BIM装配式一体化协同平台及施工现场信息的共享与传递。

4.1 BIM装配式一体化协同平台

装配式建筑一体化协同平台主要是基于BIM平台，完成预制构件的设计、土建设计、安装设计、装修设计、节点设计、细部设计、运输与吊装设计进行协同，完成全过程，全阶段可视化、透明化、信息共享化的协同设计，一个专业修改数据信息，各专业及时共享，无缝衔接，一键生成计算书与施工图，效率大大提升，可实现模块化、参数化、标准化施工[2]。

4.2 施工现场信息的传递与共享

装配式BIM模型可以指导装配式现场施工，但是现场施工的另一个内容就是实现施工现场数据的及时传递与共享，做到装配式BIM模型与现场施工装配数据的互通与实时反馈，这里就需要运用到RFID技术，RFID简称无线射频技术，是一种非接触式的智能识别技术，BIM模型中的每一个构件都有唯一的ID和RFID编码，RFID编码对应施工现场的预制构件，即预制构件也有一个相对应的识别码，包含生产商信息、构件类别、尺寸、位置信息、运输单位等其他信息，通过阅读器识别，运用中间媒介软件搜集信息至BIM平台，即可实时反馈现场状态。装配式与传统现浇的区别就在于构件预制，因此构件的质量保证非常重要，通过BIM技术与RFID技术的结合，可以实现全过程监控，能随时追溯构件的质量与安全问题，实现全寿命周期管理[3]。

参考文献：

[1]叶轩.基于BIM的装配式构件深化设计方法研究[D].广西科技大学，2019.

[2]卢睿.基于BIM的装配式建筑一体化协同设计[J].安徽建筑，2020，27（05）：159-160.

[3]张超.基于BIM的装配式结构设计与建造關键技术研究[D].东南大学，2016.