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装配式建筑结构设计中BIM技术的应用研究姚长健

发表时间：2020/5/6 来源：《基层建设》2020年第2期作者：姚长健孙晋凯

[导读] 摘要：随着经济的增长，建筑行业的发展也得到了很大的进步。

        大连市建设工程集团有限公司辽宁省大连市 116001
        摘要：随着经济的增长，建筑行业的发展也得到了很大的进步。由于城镇化以及工业化建设的推进，在无形中也就推动了建筑方面相关技术的发展。在装配式建筑结构设计中由于涉及到的内容多、周期短、建模软件缺乏，因此寻求一种能够有效解决以上问题的技术就显得十分紧迫。BIM技术的出现可以让设计人员以更加直观的方式对建筑模型进行设计，并且能够对模型中存在的一些问题进行有效的分析和整改，是实现装配式建筑全生命周期设计的必要条件，最终达到提高建筑结构设计质量的目的。
        关键词：装配式建筑结构设计；BIM技术；应用
        1.BIM技术与装配式建筑的关系
        在当代装配式建筑过程中，BIM技术是不可缺少的。简单来讲，装配式建筑核心是“集成”，而BIM技术是“集成”的主线。这条主线串联起设计、生产、施工、装修和管理的全过程，服务于设计、建设、运维、拆除的全生命周期。可以将装配式建筑进行数字化虚拟，以一种信息化的方式来描述系统的要素，从而实现信息化的协同设计，使装配式建筑的全过程可视化。在信息交互及检验方面也采用全新的技术，在整合建筑全产业方面实现全方位的信息化集成。
        将BIM技术引入到装配式建筑中去，可以在BIM模型中对建筑设计的方案和安装进行集成，对装配式建筑在实际制造与安装中可能出现的问题进行充分的考虑，这样就可以及时的采取有效措施，将这些问题及时解决，在成本和实际的制造过程中，大大减少成本的浪费和施工压力。除此之外，还可以通过BIM技术对装配式建筑结构进行模拟，制作三维施工图的绘制，从而在施工时可以减少施工误差，保障工程的顺利进行。
        2.BIM技术在装配式建筑结构设计中应用的关键价值点
        2.1提高装配式建筑结构设计效率
        传统预制建筑结构设计施工图的设计是在平面上，形成二维建筑图纸，单独的节点位置画一个三维的表达，建筑结构设计方法为一个特定的节点分离，更难以实现预制结构现浇构件预制分离，不能对一小部分进行整体设计和布局优化。预制建筑结构设计BIM软件可以实现建筑集成优化各专业图纸，BIM软件可以提供预制建筑基于数据的系统结构设计，2d设计转化为3d设计建筑图纸，运用可视化三维模型，可以直接发现问题和改进。与传统的结构设计方法相比，由BIM软件建立三维模型更准确，可以加快完成设计图纸，减少返工，确保施工进度。基于BIM的三维模型，其可视化能够方便修改，在施工前能够模拟实体建筑，减少设计的错误，使建筑模型符合建设项目的实际情况，最终提高了装配式建筑各专业的设计效率。
        2.2精细化设计降低装配式建筑的设计误差
        因为预制构件结构设计的复杂性，施工图经常遇到墙、管等情况，以往结构设计方法设计的图纸，即使是二维图纸，上面的问题是不容易找出来的。在施工的时候，问题就会暴露出来，结构碰撞发生后，建设单位不得不要调整施工方案，避开碰撞的地方，这样就会导致使用的建筑材料增多，拖慢了施工进度，最终导致项目不能按时完成。BIM软件就不会出现这个问题，有了三维模型后，模型会被软件自动检测、评审，模型设计中存在的问题归纳为一起，设计人员收到问题信息后对设计方案进行整改、修正。整改、修正完毕，BIM软件又重新检测、评审三维模型，并再次提示错误，如此反复多次，直到所有问题都得到解决。例如，在预制房屋的结构设计中，经常发生管线布置自身及与结构构件碰撞，这是因为建筑管线种类多，有给排水管、强弱电线等，装配式构件又具有预制性及模块性，管道与结构的协调是很难实现的，但BIM软件可以检测管道位置是否正确，如果软件检测到有碰撞等异常情况时，系统就会有出错的提示，在监理人员的充分参与下完成分析过程，能够促使管线更加优化、结构构件更加安全合理，降低装配式建筑的设计误差。
        3.BIM技术在装配式建筑设计中的应用途径
        3.1标准化设计方面的应用
        3.1.1预制标准化构件
        装配式建筑是标准化预制构件的整体装配产物。传统建筑主要依靠平面图纸进行预制构件的加工改造。而基于BIM技术，可以整合预制构件模型系统，实现预制构件库的装配。

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        3.1.2可视化设计
        相比传统的建筑设计方式，基于BIM技术的建筑设计更加精细化，且能够合理应用BIM技术的可视化特征。此外，BIM技术的人机交互功能，可以更好的修改建筑设计方案。
        3.1.3预制构件拆分
        结构构件拆分是装配式建筑设计的重要环节。通常情况下，建筑图纸设计完毕后，方可开展结构构件拆分工作。首先，邀请专业技术人员进行前期策划，确保建筑设计方案满足实际需求。之后按照既定的设计方案进行结构构件拆分，并对设计方案中不合理部分进行调整。其次，在建筑设计过程中，BIM技术对单个外墙构件具有极大的影响。依靠BIM技术的可视化功能，可有效调节建筑外墙板与构件数量，实现理想化设计目标。
        3.2 BIM技术应用于装配式建筑的协同设计
        3.2.1编制建筑设计方案的应用
        在建筑方案设计的前期准备阶段，基于BIM技术可促进工程装修、工程设备与工程架构的有机整合，并且按照预制结构构件的安装要求、规范要求、经济要求与可执行性要求完成设计。在方案设计过程中，将安全技术作为基准依据，深入到建筑立面、平面与剖面的设计工作中，提升模板应用效率，加快集成进度。在平面施工过程中，促进墙面与地板的整合，满足建筑立面设计的标准要求。同时，依托专业协同性，保证建筑设计的合理性。
        3.2.2编制设计方案初期阶段的应用
        在建筑工程方案设计初期阶段，要加强各专业基础工作的有机整合，深化设计工作。且选择合理的建筑装饰材料，编制完整的外立面设计方案，促进墙面设计方案、地板设计方案和立面设计方案的协同规划，保证整体建筑立面设计效果。在提前预制的墙面构件中，应充分考虑强、弱电箱位置、开关位置与管线走向。在建筑工程装修设计中，编制完整的工程设计图纸。基于BIM技术对现有的数据模型进行检查，并以此为基础，保证建筑工程设计图纸的可行性。
        3.2.3编制施工图纸阶段的应用
        在建筑工程施工图纸设计阶段，以预先完成的设计工作作为基础，进一步深化设计工作。针对各专业的基本需求，促进构件制作厂、装饰厂与材料厂的协调配合。与现浇架构相比，装配式建筑结构以建筑工程设计文件作为基础保障，完成连接部位构造图与墙面构件图的参数组合。
        3.2.4 BIM技术在装配式建筑户外设计中的应用分析
        户外设计主要包括装配式结构的构成、装配式建筑对周边环境的影响、装配式结构之间的应力。在装配式结构的构成方面，主要依照设计需求，在三维模型当中模拟装配结构构成的流程，同时观测各结构之间是否存在力学结构不合理、强度等问题以及其各自产生的原因，之后通过商讨得出相应的处理措施，再通过BIM技术模拟处理措施，确认处理措施的有效性；在装配式建筑对周边环境的影响方面，因为装配式建筑施工同样会面临不规则沉降的问题，针对此类现象，可以通过BIM技术建模的分析，了解建筑整体结构与地基的力学关系，如果力学关系显示不规则，那么就可能出现不规则沉降，需要对此进行处理。
        结束语
        BIM技术是运用建筑工程项目的相关数据信息创建三维立体空间模型。通过创建建筑信息模型，确保建筑工程设计与施工的协调性，提升工作效率与质量。装配式建筑具有简化施工流程，压缩投资成本等优势，如图1所示。但单纯依靠传统的建筑设计方法无法满足装配式建筑的设计需求。由此，将BIM技术应用到装配式建筑设计中具有重要意义。
        参考文献
        [1]卞光华.预制装配式建筑的BIM设计标准研究[J].智能城市,2018,4(24):33-34.
        [2]陈丽,徐斌.BIM技术在装配式建筑中的应用研究[J].智能建筑与智慧城市,2018(12):38-40.
        [3]陈云.BIM技术在装配式建筑中的应用价值分析[J].中国新技术新产品,2018(24):98-99.