BIM技术在装配式框架结构深化设计中的应用

葛 琳 山东省轻工业设计院有限公司

目前，装配式建筑在工程建设领域得到了广泛应用，主要体现在减少能源损耗、提高工程施工质量等方面。从设计阶段着手提高装配式建筑的质量不仅有助于严格把控工程建设成本，还能为装配式框架结构的深化设计创造良好的先决条件。现阶段的装配式构件深化设计大多由构件厂或深化设计单位负责，重点关注工程项目的建设高度、现场布局和立面设计等因素，确保其符合装配式建筑施工要求，提高预制构件的标准化建设水平。

1 BIM 技术的具体应用

首先，针对预制、现浇混凝土结构建立BIM 模型时，必须保证预制构件的精度，其中施工阶段的模型精度应以LOD400 为标准，确保预制构件的外甩钢筋、预留槽口、预埋套筒大小和位置符合现场施工要求[1]。其次，实现预制构件组库标准化，采取统一的方式命名构件制作方式，并在模型中建立最小单元，将所有设计参数固化后，还需要按照统一的分类方式处理命名规范、信息格式和制作方式等，在保证设计、质检等管理信息存储的完整性的同时，基于BIM模型提高信息之间的关联性，并从整体上提高建模效率，进一步完善具有可行性、可推广的模型建立标准。最后，构建现浇结构模型。在建模前应明确现浇构件与预制构件之间的界限，以免出现重复计算工程量的情况，在此过程中还需要分析预制构件外甩钢筋、预留键槽以及上部叠合处的轮廓，同时有效扣减现浇部分的体积，选择操作简便、计算最精准的方法建立现浇结构模型[2]。

2 BIM 技术在装配式框架结构深化设计中的应用

BIM 技术在预制框架结构深化设计中的应用主要集中在图纸校核与碰撞检查两方面。首先，在图纸校核中应根据设计机构给出的预制构件深化图纸以及BIM 工作站提供的建模标准，科学建立预制构件族的模型，有效降低模型精度对图纸校核准确性造成的影响[3]。在施工阶段应将模型精度控制在LOD400 以上，而梁柱核心区与屋面变坡处等关键节点同样需要保证建模精度，以此为后续的碰撞检查与三维节点演示工作奠定良好的基础。当族库建设完成后即可构建项目模型，从构件尺寸、类别等要素着手反推设计图纸是否存在缺陷和遗漏，同时检查校核预制构件族是否准确无误，并将错误问题记载成文件形式，以此形成可供查阅的重要原始文件。其次，在建模完成后还需要对预制构件进行碰撞检查，针对钢筋与钢筋、钢筋与预制构件之间的碰撞进行深入研究，并将碰撞检查报告提交给设计部门审核，通过这种方式保证预制构件加工生产的准确性，同时不断调整预制构件吊装施工的次序及施工方案。最后，在构件吊装过程中，应在预制构件深化图纸中确定叠合梁在梁柱节点处的吊装顺序，以梁高度为标准，先吊装大梁，再吊装小梁，并在同一高度下遵守普通梁吊装先于外甩钢筋上翻的原则，同时检查该顺序施工是否会引起某个别构件无法吊装的问题，进而有效调整吊装顺序[4]。若调整后的其他构件在吊装顺序上发生了明显变化，使得其他个别构件无法顺利吊装，则可以将这类构件调整为现浇构件。

2.1 预制构件拆分设计

根据现浇原则拆分叠合板时，可以将桁架钢筋混凝土叠合板布置到面积相对较大的房间，而厨房卫生间则无需布置叠合板，以此满足相应的防水要求。叠合板拆分尺寸应以设计图纸为标准，确定模台规格后，还需要充分考虑机械设备的运输长度和宽度，其中叠合板宽度大多在3 m 以内，而长度则在5 m 以内。在叠合板的拆分过程中应遵循少规格、多组合的原则，有效减少模具使用量，提高生产效率的同时避免不必要的资源浪费[5]。此外，预计底板和梁、柱之间的搭接距离，应控制在10 mm 左右，结合外伸纵筋直径、弯钩形式、搭接或锚固长度确定双向叠合板后浇带接缝宽度后，即可将预制底板钢筋直径控制在8 mm左右，并且将后浇带的接缝宽度控制在300 mm 左右。

在预制构件拆分设计中还需要保证塔吊的现场作业能力，避免施工现场发现构件运输到位却无法正常吊装的问题，甚至产生大量返工损失。基于此，在设计初期必须综合考量塔吊作业在深化设计中起到的影响，结合工程概况实时调整现场平面设计图，同时选择适合的塔吊型号，精准计算塔吊可承受的最大重量以及预制构件吊运的具体位置[6]。

2.2 建立现浇结构模型

基于Revit 软件构建现浇结构模型时，应本着分层的原则建立结构模型，以便于及时将预制构件替换为现浇构件。优化参数设计时，还需要结合施工图纸进一步确定预制构件的尺寸、规模等参数，并将其运用到Revit 模型，采用数模联动的形式提高预制构件设计的有效性。在此基础上还可以利用软件中的计算系统精准确定预制构件的重量与承载性能，同时验算吊灯、吊环等参数设计的合理性，真正为开展预制构件吊装作业提供安全保障[7]。

在施工前进行三维模拟安装时，还可以将预制构件融入模型中，第一时间发现构件尺寸、安装标高存在的错误，及时处理各种错漏数据，切实提高施工图纸设计的准确性。建好构件模型后，还需要在BeePC 软件中生成BOM 报表，并对预制构件的体积、钢筋参数以及相应的附属构件进行统计与整合，从而整体提高预制工厂的生产效率，加强设计和制作阶段的一体化控制。

2.3 连接节点设计

连接节点设计具体包含以下3 方面的内容。

2.3.1 叠合板连接节点

在设计过程中，通常需要将单向板受力钢筋分别锚入梁内，而非受力钢筋则不必伸出，且单向板拼接处还需要避免发生抹灰开裂的问题。在单向板下部安置一个坡口后，即可在接缝前做好接缝处理工作。

同时，在双向板周边伸出钢筋后还需将板钢筋伸入梁内的长度控制在5 cm以上，并确保其超出梁中心线。将钢筋搭接到后浇带接缝处时，必须高度重视钢筋避让的问题，保证钢筋避让距离控制在合理范围内，从而为后续钢筋绑扎、搭接工作的顺利进行奠定良好的基础。将板和柱进行交接时，可以自动或手动完成切角处理，确保预制底板在柱内锚的长度在10 mm 左右，根据钢筋锚入柱内的长度确定其锚入梁内的长度。

2.3.2 梁柱连接节点

叠合梁锚入柱内的长度尺寸大多是在10 mm，并以直锚的方式将底筋锚入柱内。若柱尺寸无法达到直锚处理要求，还可以利用弯锚或锚固板进行加固，并将端头锚固板架入到中间支座。

实际上，预制构件深化设计不仅需要满足规范性要求，还需要保证后续施工的便利性。在梁抗扭腰筋与底筋锚固作业中，应充分考虑预留抗扭筋可能对节点安装带来的影响，在梁端预埋抗扭筋后，通过搭接的方式安装主梁，在梁柱节点处搭接柱箍筋，使其与梁抗扭腰筋相连接。

2.3.3 主次梁连接节点

在主次梁连接过程中可以选用钢牛腿或挑耳构件，在后次梁铺设一层支垫后，将预埋件安设在次梁开槽中，以免钢筋在主梁后浇槽接口处中断。将钢筋接头预埋到次梁后，还需要做好现场吊运与次梁安装工作。对主梁混凝土进行浇筑时，可以将后浇段设在次梁端，并连接钢筋与次梁钢筋，从而为钢筋焊接与绑扎工作的顺利开展奠定良好基础。

2.4 钢筋避让

安装预制构件时，可能发生钢筋位移或碰撞试验无法开展的情况，而施工人员会选择直接切断碰撞钢筋，但这也使得整个施工过程存在严重的安全隐患。鉴于此，在工程项目设计阶段必须从整体角度出发考虑钢筋与预埋件可能发生的碰撞问题。将BIM 技术运用到碰撞试验工作可以在三维模型中检查钢筋与预埋件是否存在碰撞问题，进而在设计初期阶段有效解决钢筋碰撞问题。

首先，叠合板钢筋避让。当叠合板外伸锚入梁内钢筋时，极容易发生叠合板与梁箍筋碰撞的问题，必须及时调整叠合板与钢筋之间的距离，从而在源头上解决叠合板与梁钢筋碰撞问题。另外，预留在叠合板浇带处的钢筋也会发生各种碰撞问题，因此可将第1 根钢筋的起始位置与另1 块叠合板钢筋的位置错开。避让钢筋时，还可以利用自由板绘制功能，使钢筋自动避让线盒。

其次，柱梁钢筋避让。大多建筑项目需要将外立面中的梁边与柱边齐平，因此还需要保证梁角筋位置设置的合理性，一旦梁柱外侧与钢筋发生碰撞问题，则可以采用打弯处理方式避让柱筋，但这也使得绘图、构件制作的难度不断增加。

基于此，可以通过配筋构造的方式将预制梁向外侧加宽50 mm，从而达到建筑立面要求，有效避免梁角筋和柱筋发生碰撞问题。

2.5 预制构件出图

预制构件出图可直观清晰地反映出深化设计成果，其中深化设计水平、出图质量决定着预制构件的施工质量。

因此，当预制构件方案设计结束后可以将其一键出图，全面展示深化设计方案中的平立剖面图，并结合实际施工要求选择最佳的剖面图，不断优化预制构件在制作、安装等方面的设计深度。

3 BIM 技术在装配式框架结构中的技术管理应用

BIM 技术在装配式框架结构中的技术管理应用主要集中体现在其与技术方案的结合上，并对施工方案模拟中不合理的地方进行优化。BIM 技术可以将预制构件吊装技术方案还原为三维动画模型，使得技术方案中的每一道工序被直观清晰地展示出来，以此达到动态管理技术方案的目的。在预制构件吊装施工正式开展前，项目管理人员应严格审核吊装方案，同时提供科学可行的整改意见，从而为吊装作业的顺利开展提供理论支持。若想确保验证方案制定的精准性，还需要将方案模拟与现场操作进行对比分析，充分发挥施工方案模拟的技术优势。

4 BIM 技术在装配式框架结构中的生产进度管理应用

在装配式混凝土框架结构中，利用BIM 技术进行生产进度管理时具体可从以下3 方面着手。第一，核对预制构件明细表。某工程项目的预制构件量为1300 ～1600 块，为精准确定预制构件的数量，可以将BIM 构件明细表、BIM构件生产厂家数量清单、设计图纸清单进行对比分析，以此保证构件数量的准确性。第二，科学布置现场环境。由于预制框架结构工程必须以足够的构件堆放场地为支撑，同时严格遵守场地内的构件堆放标准。若现有塔吊无法满足施工进度要求，还需要增设移动吊车辅助吊装作业。现场施工与现浇结构穿插作业很可能对现场平面布置造成一定的影响，但利用BIM 技术进行现场模拟施工就能对现场平面管理实现动态化分析与管控，全方位展示出每一施工阶段的场地变化，同时详细记录每一工况，真正为施工现场平面管理提供技术层面的支持。第三，动态化模拟车辆进出施工现场的实际情况。布置好现场平面后，即可在每一施工周期内动态管控场地布置情况，确保现场施工能满足各种车辆同时运行的最大化需求，如构件运输车、罐车、汽车吊以及钢筋车辆等，以免其对道路运输造成阻碍。在此过程中还需要按照生产进度，详细规划运输车辆进场的路线。

5 BIM 技术在装配式框架结构中的安全质量管理应用

BIM 技术在安全质量管理方面的应用主要集中在协同管理层面，BIM 工作站可以结合项目实际情况构建BIM构件族库，确保其涵盖预制构件、安全标准化防护等方面的内容，同时及时更新构件族库，利用移动端设备了解现场验收、巡查等环节中的构件模型，进而达到BIM 协同管理的目的。首先，实现智能协同管理。在进场验收工作中可以借助各移动平台控制预制构件的规模尺寸、预留预埋情况，同时校验现场构件与模型是否一致，通过扫描产品二维码来检验产品的合格率与使用的准确率。其次，安全协同管理。基于安全标准化模型不断调整安全技术方案，保证安全保护材料的尺寸规格以及穿插作业的施工次序符合实际施工要求，同时整体提高预制吊装作业的安全性。

6 BIM 技术在装配式框架结构中的成本物料管理应用

精细化管理作为工程项目未来发展和建设的主流趋势，在项目成本物料精细化管理中应用BIM 技术时，通常需要按照施工段划分BIM 模型，并在此基础上科学提取工程量，结合生产申报材料计划做好辅助工作，将其与实际进场量进行对比分析，利用BIM 技术切实提高物料精细化管理水平。

7 结语

目前，BIM 技术在装配式框架结构中的应用仍缺乏可供参考的实践经验，特别是该工程项目还涉及各种复杂的预制构件种类，并且在项目研究中还需要将BIM 技术与PC 技术进行有机结合。本文对项目模型建立到施工的全过程进行了探讨，结合建模标准不断完善装配式框架结构深化设计，从技术、质量、安全、生产以及物料等方面着手分析了BIM 技术在装配式框架结构深化设计中的具体应用，旨在利用BIM 技术将复杂施工节点可视化，站在技术层面更好地完成辅助项目管理工作。