基于BIM的装配式混凝土建筑构件系统设计分析与研究

王海燕

【摘要】随着城市建设的越来越好，建筑业的规模不断扩大，传统生产方式、生产工艺、生产技术已不能满足城市发展的需求。预制装配式混凝土建筑技术、BIM技术等现代建筑业技术获得发展和应用，实现绿色、低碳、环保和可持续发展理念，成为促进建筑业转型升级的必由之路。国家、省市相关部门相继出台一系列政策，推进预制装配式混凝土建筑技术的研究与工程实践，推进BIM技术在工程建设全过程的应用。相应地，如何将BIM技术应用于预制装配式混凝土建筑中，已成为一个热点研究课题。通过这两项技术的有机融合，可以进一步产生良好的经济效益和社会效益。

【关键词】BIM;装配式混凝土;建筑构件系统设计

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.19.049

近年来，国家大力提倡装配式建筑，与此同时，已经具备了足够成熟度的BIM技术在国内也兴盛起来。BIM软件是进行模块化设计的，像搭积木一样。这个搭积木的过程恰恰和装配式建筑的做法一样。BIM与装配式的结合使得传统的建筑行业变得更加信息化与工业化。

1、装配式混凝土建筑结构的特点

1.1资源利用率高

装配式工程建设有非常高的资源利用率，从节能方面看，有关部门将各种全新的材料引进来，如轻质预制内墙板具有很好的隔音效果以及保溫效果，使用时并不需要安装过多室内空调和采暖设备，从而有效降低能源耗费。在节约土地资源方面看，装配式混凝土建筑结构运用到高层建筑的施工中，能将区域内的土地资源更加充分的利用，有效地将土地集约化要求满足，合理减少了建筑用地面积。从节省使用材料方面看，装配式混凝土建筑结构使用的预制构件有明显的工业化、规模化、集约化效果，将各种材料合理充分运用。另外，用户使用装配式建筑的时候，可以按照建筑设计状况对组合框架梁进行有效的调整。预制工厂可以对用户的每一个需求都进行深入的分析，凸显轻质墙板划分的关键性，同时使每个用户的需求都能被满足。合理加工地板、墙板，并让具有较高专业素质的人员展开相关设计，合理融合建筑与装修，最大程度上将房屋调整期间资源以及材料浪费的问题改善好。

1.2质量水平高

装配式混凝土预制构件的生产基本都是在专业工厂中进行的，能达到工业化、标准化、生产系列化要求，规避了传统生产过程中产生质量上的问题。例如，对单个构件进行加工的时候，工厂预制工艺并不难，没有太多影响因素，在很大程度上保障了具体的工程建设质量。实行了集中预制模式之后，持续提升了工程项目的质量，确保了具体作业人员能合理把控混凝土构件配合比、砂石级配、钢筋配筋。除此之外，有关管理人员应该积极进入实际施工现场，加强安装全程的监督与检查，提升建设质量。

2、BIM技术在设计过程中的应用

2.1基于BIM的结构设计

PC建筑结构的设计是系统工程，必须从结构设计的最初规划开始，落实执行PC结构设计，并且贯穿设计全过程，实现PC结构设计。基于BIM的PC结构设计包括结构体系选择、PC实施部位选择、结构受力分析、构造设计等内容。（1）结构体系选择。这属于结构设计的首要任务，应根据建筑功能需求、项目的特点、政府的建设约束条件、国家规范的相关条文要求、预制装配式建筑的标准要求、行业和地方标准要求，选择适宜的结构体系。可基于BIM构建初步的方案模型，进行多方案比选，可采用框架结构、框架-剪力墙结构、筒体结构或剪力墙结构。结合建筑造型等特征，依据选择的结构体系，可进一步确定建筑物的最大高度和最大高宽比等设计参数。此时，结构设计的BIM方案模型，基精度可以是LOD100-LOD150。（2）PC实施部位选择。依据建筑功能分区的特点，结合政府对装配率、预制率的刚性要求，同时考虑建筑物全生命周期功能弹性改造的可能性，初步选择PC实施部位。可以在BIM模型上将相关装配式范围的构件赋予预制属性，快速统计分析是否符合预制率和装配率。（3）结构受力分析。基于PKPM，YJK，PCMAKER等软件的三维模型受力分析，实现PC结构的荷载作用与结构计算。注意分析过程所涉及的规范和标准不同于现浇混凝土结构的有关规定，其中尤其要注意的是抗震设计的相关规定、附加承载力计算和相关系数的调整。这些前处理条件应采用装配式混凝土结构的标准规定，输入三维分析软件的程序中，最终通过BIM结构分析，体现到PC结构设计的成果中。（4）构造设计。基于BIM模型进行精细化的构造设计，可利用BIM族库减少设计工作量，在常用的族库构件基础上进行修改完善即可。

2.2基于BIM的协同设计

由于PC结构在施工现场灵活机动处理各专业问题的可能性较小，所有问题必须在设计阶段充分考虑。而BIM技术平台因其具有信息集成共享、可视化、参数化、可模拟性等特点，为协同设计提供了良好的条件。基于BIM在PC结构的协同设计，可达到以下价值和效果。（1）工程信息的集成共享。基于BIM平台进行PC结构设计时，要求不同单位、不同专业的设计人员在同一BIM平台上进行设计数据的链接、交换与共享，从而保证各专业的设计人员、构件生产商、项目管理人员和施工操作人员都能实时获得最新协同设计成果，显著提高信息沟通效率。（2）各专业间设计协调。建筑专业、结构专业、机电管线与设备专业、装饰装修等专业的BIM模型，通过模型整合，可以在同一个BIM平台上展示共享。通过三维展示，提前进行碰撞与冲突分析，通过Navisworks等BIM软件自动检测出“错、漏、碰、缺”的设计问题，促进设计人员及时纠正这些问题，保证设计阶段的问题不带到PC构件加工和安装环节，从而保证PC结构的设计质量。（3）设计-生产-施工协调。基于BIM的综合管控平台，可以实现设计、生产和施工协调共享。BIM设计成果可以传递到生产和施工环节，同时，生产厂商和施工单位也可以在平台上反馈加工和施工信息，用以修正完善设计成果，及时沟通协调。由于BIM平台有自动出图功能，可以将实时修改的BIM模型成果进行加工图出图，时刻保持图纸与BIM模型的一致性。

结语：

在进行结构设计时如果不首先进行虚拟建造，在后续施工时往往会出现很多问题，而虚拟建造就离不开结构正向设计。结构BIM正向设计能够做到以下几点：不改变原有的设计流程，不改变原有施工图的表达方法，提高了结构设计和结构施工效率。

参考文献：

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