毛維帥

1 引言

當(dāng)前，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷增長與建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，人們不但越來越追求建筑品質(zhì)，同時也越來越追求建筑的施工速度，而預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑正可以同時滿足這兩項要求。預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是提前在工廠中加工制作好各種混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，再運送到施工現(xiàn)場進(jìn)行現(xiàn)場拼裝，而不必進(jìn)行現(xiàn)場混凝土澆筑。不過，預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)對設(shè)計的要求較高，若想確保設(shè)計方案的科學(xué)性與合理性，需要運用到一些先進(jìn)技術(shù)，比如BIM技術(shù)。

2 相關(guān)概念簡介

2.1 BIM技術(shù)簡介

BIM 技術(shù)即建筑信息模型技術(shù)，它是一種以建筑工程的各項信息數(shù)據(jù)作為模型基礎(chǔ)，依據(jù)它們來建立建筑模型，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑真實信息的科學(xué)技術(shù)。BIM技術(shù)中包含了計算機(jī)模擬技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)及三維可視化技術(shù)等諸多先進(jìn)技術(shù)，因此它是一種集成化的技術(shù)。BIM 技術(shù)的主要優(yōu)勢在于它的信息完備性、一致性、關(guān)聯(lián)性、模擬性、可視化、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性以及可出圖性。無論在建筑設(shè)計、建設(shè)還是工程管理等工作中，BIM技術(shù)均擁有著十分重要的應(yīng)用。

2.2 預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑簡介

預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑是預(yù)制裝配式建筑中的一種主要類型，又稱PC建筑。預(yù)制裝配式建筑的概念早在上個世紀(jì)初就已經(jīng)誕生，后來傳至我國，逐漸在我國得到了很大發(fā)展。簡單來說，預(yù)制裝配式建筑就是指先將建設(shè)所需的各個結(jié)構(gòu)構(gòu)件在工廠中成批量的預(yù)制好，再將它們運送到施工現(xiàn)場進(jìn)行現(xiàn)場拼裝施工的建筑形式。我們可以把預(yù)制裝配式建筑中的各個結(jié)構(gòu)構(gòu)件比喻成設(shè)備的零部件，其建設(shè)過程即類似于設(shè)備的生產(chǎn)過程，先在工廠中生產(chǎn)好各項零部件，再用零部件組合成設(shè)備。而預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑的主要預(yù)制構(gòu)件是混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，它是提前在工廠中加工制作好各種混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，再運送到施工現(xiàn)場進(jìn)行現(xiàn)場拼裝，而不必進(jìn)行現(xiàn)場混凝土澆筑。

3 BIM技術(shù)下的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計思想

BIM 技術(shù)的基礎(chǔ)是三維數(shù)字技術(shù)，三維數(shù)字技術(shù)在預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的主要應(yīng)用是建立數(shù)字化建筑結(jié)構(gòu)模型。三維數(shù)字技術(shù)具備強(qiáng)大的可視化功能，利用它建立了數(shù)字化建筑結(jié)構(gòu)模型之后，就可以實現(xiàn)對預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)整個設(shè)計過程的仿真模擬，并使多專業(yè)、多部門可以有效進(jìn)行協(xié)同工作。在實際應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，應(yīng)當(dāng)要充分發(fā)揮出BIM技術(shù)的優(yōu)勢，盡可能的提高混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的通用性。在具體的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)方案規(guī)劃設(shè)計中，應(yīng)遵循“以最少構(gòu)件實現(xiàn)多樣化結(jié)構(gòu)”的設(shè)計思想，而這前提是要先建立起一個完善的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件庫，目的是降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計難度、提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計效率、節(jié)約結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計時間以及減少成本支出，最終實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會效益的雙重提升。

4 BIM技術(shù)下的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

4.1 明確設(shè)計程序

預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計程序一般應(yīng)分為三個階段：第一個階段是方案設(shè)計階段，在此階段主要是從戶型和標(biāo)準(zhǔn)層的設(shè)計、構(gòu)件拆分原則的確定、預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置方案等入手進(jìn)行整體建筑的方案設(shè)計；第二個階段是初步設(shè)計階段，在此階段主要是對預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的類型及尺寸等進(jìn)行合理的選擇，確保符合工程的實際情況；第三個階段是施工圖設(shè)計階段，在此階段主要是對預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行深化設(shè)計，并對設(shè)計信息進(jìn)行擴(kuò)展，以給實際施工工作提供科學(xué)合理的依據(jù)。

4.2 構(gòu)建和完善構(gòu)件庫

在預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，往往需要運用到很多不同型號和不同尺寸的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，所以只有先保證了這些預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加工質(zhì)量，才能夠保證預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的整體施工質(zhì)量。但同時，這也給預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加工工作帶來了很大的難度，特別是如果想實現(xiàn)構(gòu)件工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的話，必須要采取一些專業(yè)措施。而在BIM 技術(shù)下，借助于BIM 技術(shù)所提供的強(qiáng)大的可視化功能和易拆分功能，可以有效構(gòu)建和完善構(gòu)件庫，從而大大方便預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加工和生產(chǎn)。應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計的優(yōu)勢主要在于，它能夠按照預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑工程的實際形式、構(gòu)件適用性以及加工工藝等來合理分類及高效整理預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件。另外，在實際預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，還需要注意盡量優(yōu)先選擇那些通用性較強(qiáng)的構(gòu)件，并將全部構(gòu)件均統(tǒng)一納入到構(gòu)件庫中進(jìn)行管理，同時不斷更新構(gòu)件庫，從而逐漸形成較為完善的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件庫。

4.3 建立和優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型

在構(gòu)建完成一個比較完善的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件庫后，就要開始進(jìn)入正式的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計。在其具體設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)要充分利用構(gòu)件庫，根據(jù)實際設(shè)計需求在構(gòu)件庫中選擇既合適而又性價比較高的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，并利用所選構(gòu)件來數(shù)字化模擬預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的整體方案，建立出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型。若是沒有在構(gòu)件庫中找到比較合適的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，則需要結(jié)合實際設(shè)計需求而重新設(shè)計專門的構(gòu)件，并記得將新設(shè)計的構(gòu)件也及時補(bǔ)充到構(gòu)件庫當(dāng)中，從而使構(gòu)件庫中的可選構(gòu)件素材不斷豐富，為以后的設(shè)計工作提供更大的便利。再者，為了確保結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的安全性與可靠性，在應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計之時，還應(yīng)當(dāng)要全面分析所建立的結(jié)構(gòu)模型，充分利用BIM 技術(shù)的可視化功能來不斷調(diào)整和優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型。需要注意的是，如果在分析結(jié)構(gòu)模型的過程中發(fā)現(xiàn)了所選用構(gòu)件不太合適的情況，則還要重新尋找、選擇或者設(shè)計構(gòu)件，直至其適合于本預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程為止?？偟膩碚f，BIM 技術(shù)下的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法可以有效規(guī)避各種施工風(fēng)險、大大降低在施工過程中的問題發(fā)生率。

4.4 充分應(yīng)用結(jié)構(gòu)模型

無論是預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加工、運輸還是拼裝等環(huán)節(jié)，均可以利用BIM 技術(shù)進(jìn)行合理的規(guī)劃。其中，構(gòu)件拼裝是預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在此環(huán)節(jié)中，BIM技術(shù)有著非常重要的應(yīng)用。利用所建立的結(jié)構(gòu)模型，可以模擬整個預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程的構(gòu)件拼裝過程，以便于對工程建設(shè)進(jìn)度和建設(shè)質(zhì)量進(jìn)行更精準(zhǔn)的把握。其次，借助于結(jié)構(gòu)模型，能夠在工程建設(shè)前及時發(fā)現(xiàn)各種潛在的問題和風(fēng)險，從而及時解決問題、提前規(guī)避風(fēng)險，以確保預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工工作的順利開展。再者，依托于結(jié)構(gòu)模型，還可以對預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中的基礎(chǔ)設(shè)施和材料堆放區(qū)域、器械設(shè)備擺放區(qū)域等進(jìn)行合理的規(guī)劃，從而更有效的保證施工質(zhì)量和施工安全。

4.5 優(yōu)化構(gòu)件拆分

構(gòu)件拆分是預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一項關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可以應(yīng)用BIM 技術(shù)及一些相關(guān)插件（例如Structural Precast for Revit插件）對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行拆分進(jìn)行優(yōu)化。在實際構(gòu)件拆分過程中，應(yīng)根據(jù)拆分原則設(shè)定的拆分條件，對結(jié)構(gòu)樓板、基礎(chǔ)底板、結(jié)構(gòu)墻體等進(jìn)行有效分割，從而實現(xiàn)對預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的分塊設(shè)計。另外，在構(gòu)件拆分過程中還應(yīng)當(dāng)要綜合考慮預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程的實際情況。

4.6 開展碰撞檢測

通過碰撞檢測，可以明確預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程中各管線、各部件之間存在的沖突，以指導(dǎo)設(shè)計方案的改進(jìn)。在利用BIM 技術(shù)構(gòu)建出預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)模型后，再通過軟件自帶的自動化碰撞檢測功能即可直接開展碰撞檢測，并得到相應(yīng)的異常問題報告。

5 結(jié)語

綜上所述，在預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過運用BIM技術(shù)，可以大大提高設(shè)計方案的科學(xué)性與合理性，并簡化設(shè)計過程。在實際設(shè)計過程中，首先要明晰設(shè)計思想，然后把握好相關(guān)設(shè)計方法要點，包括明確設(shè)計程序、構(gòu)建和完善構(gòu)件庫、建立和優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型、充分應(yīng)用結(jié)構(gòu)模型、優(yōu)化構(gòu)件拆分以及進(jìn)行碰撞檢測等，這樣才能夠保證設(shè)計效果。