唐念祖 彭怀力 周风帆 段龙飞 李慧
机械工业第六设计研究院有限公司, 河南 郑州 450007
摘要：本文依据装配式建筑的设计流程，基于BIM技术与工业化的关联性，对装配式混凝土结构建筑设计阶段的BIM应用进行研究，为后续装配式建筑BIM技术应用的普及、设计效率的提升及装配式正向设计的实现奠定基础。
关键词：装配式；混凝土建筑；设计阶段；BIM
BIM以建筑全寿命周期为主线，将建筑的各个环节通过信息关联起来，改变了建筑的生产方式与管理模式，使建筑项目在规划、设计、施工和运营维护等过程实现信息共享，并保证各过程信息的集成。将BIM技术应用到装配式建筑设计中，以预制构件模型的方式进行全过程的设计，可避免设计与生产、装配的脱节，并利用BIM模型中包含的详细而精确的建筑信息，从而快速高效地指导预制构件进行生产加工和装配。同时，在构件生产加工过程中，BIM技术能够加快预制构件的生产进度，并且提高其质量。完成预制构件装配后，施工人员与设计者将会一起分享基于BIM的预制构件信息，这将会大大提升工程品质，加快施工进程。
1装配式混凝土建筑BIM设计流程研究
目前的建筑设计方案达不到较高的标准化、模数化目标，且现有构件库中，预制构件无法满足项目设计需要，因此现阶段装配式建筑项目暂无法实现正向设计，需采用在建筑方案完成后进行拆分的方式进行设计。将BIM技术应用于装配式建筑的设计中，对各专业的协同配合有更高的要求，各专业在不同设计阶段的提资需完善、及时、准确。各专业提资采用BIM模型的方式，各专业的核对和调整更为简便和清晰。随着装配式建筑设计经验的丰富，标准化、模数化的设计方式促使建筑平、立面布置规则，建筑使用功能趋于统一。此时装配式BIM设计可以“预制构件库”为导向，通过预制构件库进行BIM模型的创建与分析，完成装配式的结构设计。设计过程中直接调用预制构件库中已有构件，进行简单的参数调整后拼装为整体模型，实现装配式正向设计，有效提升工作效率，提高装配式建筑项目的经济效益。基于构件库的BIM设计流程与基于构件拆分的BIM设计流程主要区别在于方案设计阶段建筑方案的确定。基于构件库的BIM设计在方案阶段，建筑专业根据已有构件库，拼装出建筑平面布置及建筑外立面效果，即建筑方案已包含了构件的拆分，结构专业仅需要进行复核检查和结构分析，
2装配式混凝土建筑BIM设计方法
在研究过程中依托某一装配式混凝土结构住宅楼设计项目为例，结合装配式建筑设计需求以及目前主流的BIM技术应用点进行装配式混凝土建筑BIM设计方法的研究与验证。
2.1案例项目概况
案例项目用地面积为69480m2，总建筑面积为206466.8m2，容积率为2.0。工程单体包括17栋高层住宅楼、大底盘地下车库及辅助用房。地下车库为地下一层，面积为58824m2，其中人防区域为17012m2，采用框架结构形式。住宅为11F~18F，分三个标准户型组合，采用剪力墙结构，案例项目鸟瞰图。根据项目所在地装配式项目设计要求，该项目预制装配率需不小于30%。本项目共三个标准户型组合，预制构件重复利用率高，比较适合做装配式建筑。
2.2BIM技术应用研究及实践
建筑行业发展至今，其产值已在国民生产总值中占有相当大的比例。在注重绿色、经济、环保等理念的今天，对传统的建造方式进行彻底的变革势在必行，建筑工业化的概念应运而生。工业化是人类社会发展的必然，而建筑工业化则是社会工业化发展的必然结果。随着工业化的发展，建筑业的发展也经历了深刻的变化,代替人工建造的机械建造，体系建筑和模块建筑等自动化流水线建造方式得以问世，BIM（建筑信息模型）技术和3D打印技术等也相继出现。
目前，我国传统的建筑业模式，无论从人力成本、环境代价还是发展阶段，都在向工业化、集成化、装配化转型。装配式建筑是通过整合设计、生产、运输和施工等各个过程，探索工业化和信息化的深度融合，以实现可持续性发展的建筑生产模式。发展装配式建筑的宗旨在于促进绿色建筑产业的发展，同步提升经济效益、社会效益和环境效益，转变传统粗放型建造方式，实现绿色生态发展目标，促进节能减排，提质增效。
（1）BIM模型的建立
项目初期，采用通用BIM建模软件AutodeskRe-vit，根据投标方案及规划、业主要求进行建筑总图及平立面方案BIM设计及模型构建，形成设计图纸和BIM模型。方案设计中，建筑细部尺寸应满足《建筑模数协调标准》（GB/T50002-2013）。方案经业主及规划部门同意确认后提交各专业。设备专业接收到建筑BIM模型提资后进行专业策划，根据当地气象及市政条件完成设计内容。建筑信息模型深度满足《建筑信息模型设计交付标准》（GB/T51301-2018）相关要求。
（2）结构布置及导出分析模型
结构专业接收到建筑BIM模型提资后进行结构建模，建模完成后通过将模型信息导入至结构分析软件开展计算分析工作。经技术可行性、实用性等综合考虑，本工程选取了中国盈建科科技出品的REVIT-YJKS软件作为模型转换及分析应用软件。通过BIM模型转换，生成结构分析模型，并对模型中设计信息关联、荷载工况设置、分析参数设置等一系列操作设置，实现了基于BIM模型的结构分析工作，并形成用于辅助建筑结构设计优化的相关分析结果。
（3）BIM模型的拆分
结构专业根据导出的计算分析模型，采用YJKS软件进行拆分并分析计算后，可将最终结构模型导入至BIM软件Revit中替换原结构模型，并将结构计算及拆分后的设计模型反提各专业。结构专业拆分后可利用Revit明细表功能查看预制构件的数量来判断拆分方案是否经济合理。随后，建筑专业根据结构反提的条件进建筑专业将结构专业模型进行拼装后，各专业统一进行预制装配率的核算。建筑及结构专业在建模过程中，应利用构件材质将预制构件与非预制构件进行拆分。预制装配率的核算可采用BIM建模软件Revit明细表功能根据构建材质列出预制混凝土构件体积、现浇混凝土构件体积、内外维护构件表面积。利用明细表中提供的数据，可快速计算出国标、各地地方标准规定的预制装配率。
（4）构件的碰撞检查行建筑设计模型的修改，从而完成主要的装配化设计工作。与传统基于BIM的建筑设计相比，装配式混凝土结构建筑增加了结构预制构件的钢筋碰撞检查以及构件临时支撑之间的碰撞检查。碰撞检查可采用Navisworks等软件进行，及早发现和修正空间矛盾等错误。
（5）成果出图
使用BIM建模软件Revit的出图功能，可直接经过装配式设计的各专业二维施工图，从而完成基于BIM的装配式混凝土建筑设计工作。
3结论
装配式建筑和BIM技术均代表了当前建筑行业高新技术发展的方向，而将BIM理念与装配式混凝土结构建筑结合，是一项符合国内建筑行业未来发展需要的“技术碰撞”。在装配式建筑领域应用BIM技术，对设计单位的技术能力也提出了更高的要求。设计人员不仅需要对本专业各种构造详图有全面细致地了解，还要掌握BIM在专业中应用的设计理念及设计内容。本次研究在两方面技术融合应用的过程中也发现了很多目前较难解决的技术困难，但随着后续更多技术力量在该领域的深入研究，相信会实现相关的技术突破，为我国建筑行业新技术的应用带来可观的前景。
参考文献
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