孫偉賓 王哲

【摘要】隨著國(guó)家綠色建筑的不斷推進(jìn)，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)作為一種綠色、環(huán)保的結(jié)構(gòu)形式得到了大力推廣。BIM模型三維、信息化的特點(diǎn)，特別適合應(yīng)用于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工，從而一直受到各界的關(guān)注。本文主要介紹了，筆者這些年從事裝配式混凝土結(jié)構(gòu)BIM輔助設(shè)計(jì)的一些經(jīng)驗(yàn)，以及由此引起的思考和展望。

【關(guān)鍵詞】BIM;Revit;結(jié)構(gòu);預(yù)制PC

1、前言

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是由預(yù)制混凝土構(gòu)件通過(guò)可靠的連接方式裝配而成的混凝土結(jié)構(gòu)，預(yù)制混凝土英文名precast concrete，簡(jiǎn)稱PC。

相比現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行深化設(shè)計(jì)：進(jìn)行構(gòu)件拆分、布置鋼筋與各類埋件、準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)鋼筋規(guī)格與長(zhǎng)度、埋件型號(hào)與數(shù)量等。目前市場(chǎng)上，應(yīng)用比較成熟的依然是CAD平臺(tái)，本文重點(diǎn)討論的是BIM平臺(tái)在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。Revit軟件是目前市場(chǎng)中應(yīng)用最為廣泛的一款BIM軟件，涵蓋建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等各專業(yè)，因此文中如未特殊指明，BIM應(yīng)用均特指Revit平臺(tái)應(yīng)用。

2、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)BIM應(yīng)用的實(shí)踐

2.1鋼筋模型搭建方案的比較

鋼筋模型的構(gòu)建，是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)BIM應(yīng)用的關(guān)鍵。鋼筋模型屬于高精度BIM模型，達(dá)到了LOD400以上的要求，主要需要解決的問(wèn)題是建模效率和模型運(yùn)行效率。在實(shí)際工程中，曾經(jīng)嘗試過(guò)以下幾種方式（見表1）：

比較下來(lái)，方案1雖然是程序默認(rèn)的方式，但過(guò)于追求自動(dòng)化和智能化，實(shí)際的搭建和編輯效率都很差，而且模型極不穩(wěn)定，不推薦在實(shí)際項(xiàng)目中使用。方案2類似于市場(chǎng)上許多“一鍵操作”的自動(dòng)化軟件，一鍵生成速度很快，但編輯功能相對(duì)較弱。方案3和方案4類似，區(qū)別只是預(yù)制砼部分和鋼筋部份是否分離。提出方案3是為了降低預(yù)制族的復(fù)雜度，在實(shí)際使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)復(fù)雜度降低有限，卻需要花費(fèi)精力協(xié)調(diào)預(yù)制砼和鋼筋的一致性。實(shí)際使用過(guò)程中，從方案3轉(zhuǎn)到方案4，工作效率提高了至少一倍。

確定了方案4后，各類預(yù)制構(gòu)件模型如下圖1：

2.2模型參數(shù)的管理

由于需要控制構(gòu)件內(nèi)各類鋼筋、埋件的尺寸和位置，預(yù)制構(gòu)件的參數(shù)極其復(fù)雜，往往需要幾十個(gè)。仔細(xì)分析這些參數(shù)，可以將其分為以下幾類（見表2）：

某種程度上講，這些參數(shù)也代表了預(yù)制PC深化圖的工作量。傳統(tǒng)方法（例如：CAD）深化設(shè)計(jì)中，差不多有80%以上的精力，都用于搭建和維護(hù)參數(shù)類型1和2代表的內(nèi)容中，留給類型3的精力也就是剩下的20%不到。我們知道，在類型3中，縱筋位置代表的是鋼筋碰撞問(wèn)題（預(yù)制結(jié)構(gòu)絕大部分工地現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題，都集中在節(jié)點(diǎn)區(qū)的縱筋位置）;建筑機(jī)電提資的預(yù)埋件和預(yù)留孔等，代表的是結(jié)構(gòu)與建筑機(jī)電專業(yè)的協(xié)調(diào)，這些內(nèi)容恰恰是深化設(shè)計(jì)中最重要或者最容易出問(wèn)題的區(qū)域。

根據(jù)參數(shù)的特點(diǎn)，我們將類型1和2參數(shù)定義為類型參數(shù)，將類型3參數(shù)定義為實(shí)例參數(shù)。這樣，實(shí)際工程中，根據(jù)單體中的預(yù)制構(gòu)件尺寸和配筋定義少許構(gòu)件類型，即可輕松解決這80%的工作量，而且這些構(gòu)件類型在文件內(nèi)復(fù)制和文件間傳遞非常方便。剩下的主要精力，都可以放在類型3參數(shù)相關(guān)的內(nèi)容上。為了進(jìn)一步提高工作效率，部門又制作了專門的預(yù)制構(gòu)件標(biāo)記族，專用于調(diào)整縱筋位置，避免了預(yù)制構(gòu)件參數(shù)繁多的麻煩。

2.3模型的輸出

預(yù)制構(gòu)件的BIM模型，全面整合了預(yù)制構(gòu)件的裝配方向、鍵槽、鋼筋、套筒、機(jī)電預(yù)埋等信息，利用部件的功能，可以很方面地生成：構(gòu)件各方向的立面和剖面，鋼筋和預(yù)埋件型號(hào)和數(shù)量的統(tǒng)計(jì)信息，構(gòu)件自身的體積與重量等，如圖2。BIM深化圖后期階段，只要補(bǔ)充相關(guān)的尺寸和標(biāo)記即可，尺寸和標(biāo)記都是BIM模型信息的映射，不存在圖模不一致的問(wèn)題。如果后期，出現(xiàn)建筑布置或者生產(chǎn)工藝的變化，只要調(diào)整相關(guān)布置或者構(gòu)造參數(shù)即可。相比CAD平臺(tái)，BIM深化圖修改的效率更高。

2.4預(yù)制構(gòu)件的優(yōu)化

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的模型建立后，可以利用BIM統(tǒng)計(jì)功能的優(yōu)勢(shì)，做如下優(yōu)化工作：

（1）利用明細(xì)表的尺寸排列功能，檢索預(yù)制構(gòu)件的尺寸種類，通過(guò)調(diào)整構(gòu)件預(yù)制段的長(zhǎng)度，減少預(yù)制構(gòu)件的模板種類。

（2）利用明細(xì)表的配筋排列功能，檢索預(yù)制構(gòu)件的配筋種類，通過(guò)調(diào)整鋼筋的直徑、根數(shù)和位置，減少鋼筋制作的種類。

3、工程應(yīng)用

莘莊工業(yè)區(qū)租賃住房項(xiàng)目一、二、三街坊，位于上海市閔行區(qū)莘莊工業(yè)區(qū)，總建筑面積為225908平方米，地上建筑面積為170186平方米，結(jié)構(gòu)體系為裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)和裝配整體式框架剪力墻結(jié)構(gòu)。受業(yè)主委托，采用BIM技術(shù)對(duì)該項(xiàng)目的裝配深化設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。

應(yīng)用難點(diǎn)：項(xiàng)目體量大，模型精度要求高。

經(jīng)過(guò)精細(xì)的布置，和多方面優(yōu)化，搭建起了該項(xiàng)目全鋼筋預(yù)制結(jié)構(gòu)模型，如右圖，對(duì)該項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件的安裝方向和拼接位置、預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆部分的關(guān)系、預(yù)制構(gòu)件外伸鋼筋之間的關(guān)系、以及預(yù)制構(gòu)件與機(jī)電管道的關(guān)系等，進(jìn)行了全方位的檢測(cè)。

從工作效率上講：用時(shí)2個(gè)月，滿足工程進(jìn)度的要求。考慮到是初次大規(guī)模建立鋼筋BIM模型，邊工作邊探索，如果提前建立在成熟的方法和流程中，這個(gè)效率還可以進(jìn)一步提高。從模型效率上講：如此體量的全鋼筋預(yù)制結(jié)構(gòu)模型，在運(yùn)行過(guò)程中基本不存在卡頓現(xiàn)象，完全滿足正常的模型瀏覽、檢測(cè)、編輯等工作，如右圖3。

4、總結(jié)與展望

4.1總結(jié)

（1）采用BIM技術(shù)進(jìn)行裝配式混凝土結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)和鋼筋級(jí)碰撞檢測(cè)，技術(shù)上是可行的。

（2）采用BIM技術(shù)進(jìn)行鋼筋模型建模和編輯，鋼筋和預(yù)埋件全部?jī)?nèi)置在預(yù)制構(gòu)件內(nèi)，采用參數(shù)控制，是目前效率最高的方式。

（3）采用BIM技術(shù)進(jìn)行裝配式混凝土結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)，可以將大量的基本構(gòu)造和規(guī)則在族內(nèi)建立，從而解放設(shè)計(jì)師，可以將更多的精力放在更有價(jià)值的鋼筋優(yōu)化和專業(yè)間協(xié)調(diào)等工作上面。

（4）利用BIM技術(shù)的協(xié)同優(yōu)勢(shì)，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)圖，可以避免大量的圖面不一致問(wèn)題。

（5）相比傳統(tǒng)CAD技術(shù)，BIM平臺(tái)的修改效率更高。

4.2展望

（1）采用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋級(jí)別的建模，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)預(yù)制結(jié)構(gòu)鋼筋和預(yù)埋件工程量計(jì)算，解決了最主要的困難。

（2）采用BIM技術(shù)可以進(jìn)一步補(bǔ)充預(yù)制結(jié)構(gòu)臨時(shí)固定措施模型，補(bǔ)充施工順序、施工工藝、編碼等信息，可以更直觀地進(jìn)行施工模擬的應(yīng)用，優(yōu)化施工方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]上海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會(huì)：上海市建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用指南.

作者簡(jiǎn)介：

孫偉賓，碩士，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師。