BIM技术在装配式框架结构设计中的应用

林孝尤

（上海君道住宅工业有限公司，上海 202012）

0 引言

BIM具有可视化、协调性、模拟性、优化性及可出图性五大特点。BIM的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，模型中包含整个项目完整信息。BIM技术为装配式建筑项目提供一个协调工作平台，可提高工作效率，减少设计错误，避免返工作业，降低工程成本，成为推动建筑工业化可持续发展的必然要求。为响应相关政策号召，上海市装配式建筑技术得到广泛应用，主要有装配式剪力墙结构和装配式框架结构及钢结构，随着BIM技术的兴起及信息化技术的不断提高，可与装配式结构相辅相成。本文主要阐述BIM技术在装配式框架结构中的应用。

1 方案阶段应用

上海装配式建筑因当地40%预制率或60%装配率的要求，其中装配式框架结构常规预制方案的构件类型有预制柱、预制叠合梁、预制叠合板、预制楼梯、预制外墙等。预制方案组合也有多样性，所以项目前期可借助BIM技术建立初步方案模型，分析方案可实施性，并从模型中直接导出构件尺寸清单，通过对比得到本项目的构件尺寸是否符合模数化及标准化要求，从而进行初步结构布置。结合设计经验发现，装配式框架建筑标准化设计的关键在于模数化，标准化柱网基本决定预制叠合梁和叠合板的布置方式、种类及数量。平面布局采用纵横向轴网对齐的标准柱网尺寸，同轴线的柱截面采用相同截面，奠定装配式建筑设计的基本模数。标准化柱网使楼板跨度和开间尽量相同，使预制柱、梁、板的种类大大减少。预制构件截面尺寸标准化有利于提高预制构件模具的通用性，提升经济效率，同时可减少图纸出图量；相同截面尺寸的预制构件尽量采用相同配筋，钢筋归并通常遵循大直径、少根数的原则，方便模具加工，有利于提高钢筋加工精度，减少累积误差，有利于整体PC化快速建造。

在确认项目轴网布置及初步结构尺寸的基础上，通过采用BIM技术创建的项目初步模型，如使用设计软件建立框架结构模型，根据预制率要求，在模型中指定需预制的梁柱为预制梁柱属性，同时还有预制板属性，按照计算方法中的原则进行模型拆分，当BIM模型中的信息完成后，可通过该软件直接生成成本、预制率计算表和方案拆分图。这样可大大提高预制方案效率，同时可利用BIM模型可视化特点，通过三维视觉表达，分析拆分方案利弊，进一步完善拆分方案。

2 结构优化阶段应用

项目初步方案确立后需进一步完善BIM模型，确定预制柱与现浇柱、预制梁与预制柱及预制柱与预制柱等预制构件之间和预制构件与现浇构件之间的连接节点，补充预制柱、预制梁等预制构件中的配筋信息，并创建实体钢筋模型，这步可在PC模块中完成，这时在浏览整个项目模型时会发现，装配式框架结构设计难点在于预制柱及预制梁的钢筋节点处，特别是中柱节点梁柱钢筋最密集也最难处理。因此采用BIM技术的可视化及可模拟性特点，可对预制梁中的钢筋进行BIM碰撞检查，可设置钢筋碰撞范围。通过多次模拟发现，当x方向与y方向的梁尺寸有≥50mm的高差，梁的钢筋就可实现高低错开，可解决不同方向梁筋的避让问题。大多数项目中，外圈梁因建筑要求等原因大多有需要与柱外平的情况，此时建议采用将梁内移50mm并采用50mm梁外包的形式，这样既能保证建筑的墙体要求，也可避免预制梁纵筋与预制柱角部钢筋碰撞的问题，此时再返回上一步完优化结构布置及拆分方案，以此保证后期生产及施工的便利性及可操作性。

3 深化设计阶段应用

装配式建筑对项目精度要求高，即在满足结构计算的同时，思考钢筋排布更有利于预制构件的后期生产及吊装。其中预制梁柱节点对构件的钢筋排布要求最严格。结合项目经验，并通过BIM技术模拟，在各尺寸梁柱中放置多个规格的钢筋，同时满足相关图集间距要求的情况下多次模拟钢筋排布，对预制柱的尺寸及钢筋排布做出如下建议。

对预制梁的尺寸及钢筋排布做出如下建议（如果2排不伸入主梁内，2排钢筋间距按正常现浇间距控制）。

采用上述钢筋布置原则，可有效解决装配式框架结构中大部分钢筋避让问题，同时划定预制构件钢筋排布的大原则，这样可保证模具的重复利用率，如预制梁的两端出筋保持统一原则，则预制梁的侧边模具可通用，若整个项目钢筋避让方式相同，构件厂家生产及现场安装时将十分便利。

在完成整个项目主体结构部分设计后，需在BIM模型中完善机电点位布置，通过走访这些项目的设计单位，了解到大部分深化设计流程存在滞后的情况，即构件深化图纸完成后再进行点位预埋件的添加，会导致预制构件上缺少点位预埋件或出现点位预埋错误的情况。故当采用BIM技术时，可直接在BIM模型中进行点位预埋的布置设计，然后利用可视化及可模拟特性运行碰撞检查，这样可有效避免出现机电点位与其他专业的碰撞问题，也可避免本专业内的点位碰撞问题，最后再补充预制构件上的吊装埋件及脱模埋件，然后在模型中计算脱模及吊装埋件的布置是否可满足相关计算要求，可避免手算出现的人为错误。

BIM模型是一个各专业整合的平台，各设计专业的信息均汇聚到这个大平台中，然后利用BIM技术的可出图性特点，导出各专业施工图和预制构件深化图纸。而且这个阶段的BIM模型已包含全部设计信息，可直接生成预制率方案计算表、混凝土工程量、钢筋工程量等供项目进行成本核算等工作，同时提高预制方案设计效率，做到主体设计完成时，深化设计也同时完成，也可将项目模型与造价清单挂钩的方式，计算出本项目所需的综合成本等指标，确保决策者前期清晰了解项目数据，进行合理决策。

4 结语

综上所述，BIM技术在设计阶段就开始介入，从预制构件模块化入手，结合BIM技术五大特点，统筹各设计专业可有效解决二维图纸难以体现的问题，为后期预制构件的生产和施工提供有效解决途径和方法，还可有效节约项目成本，提高项目质量。设计阶段的BIM模型不仅局限于此，可同样运用于后期生产、施工及运维等方面，让建造更简单，让建筑更精彩。