孫顥瑜 于江
【摘要]我國建筑行業(yè)在不斷發(fā)展的過程中,結(jié)合國外的建筑技術(shù),提出了裝配式建筑結(jié)構(gòu)概念,目前該結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為我國建筑行業(yè)發(fā)展的主要方向。裝配式建筑結(jié)構(gòu)的應用,能夠提高生產(chǎn)效率,保證工程質(zhì)量,更有利于環(huán)境保護,在施工過程中能節(jié)約水、電等資源,符合我國的可持續(xù)發(fā)展策略。將BIM技術(shù)應用到裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中,有利于提高建筑的設(shè)計質(zhì)量,節(jié)省建筑成本,實現(xiàn)生產(chǎn)一體化。
【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù);裝配式建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計
【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.31.009
引言:
BIM技術(shù)指的是建筑信息模型,在建筑工程和土木工程中的應用比較多。將BIM技術(shù)應用到裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中,主要是以三維立體圖形為主,設(shè)計人員根據(jù)實際數(shù)據(jù)進行建模,使方案更加直觀立體,對于模型尺寸的標注也更加清晰。施工人員在制作建筑結(jié)構(gòu)時,更加清晰明了。本文主要介紹的是BIM技術(shù)的特點,以及基于BIM的裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)勢和具體應用,希望對相關(guān)的工作人員有所幫助。
1、BIM技術(shù)的特點
1.1可視性
可視性是指設(shè)計人員在采用BIM技術(shù)設(shè)計建筑物時,能夠?qū)?gòu)件以立體圖形的方式展示出來,使建筑物的結(jié)構(gòu)更加明顯。傳統(tǒng)的設(shè)計方案是以線條的方式進行繪制,施工人員在觀察圖紙時,要自行想象建筑物的立體效果,在實際施工中容易出現(xiàn)失誤,影響建筑工程的整體質(zhì)量。BIM技術(shù)的可視性,不僅能讓工作人員更直觀的看到建筑物的結(jié)構(gòu),還能展示出各種構(gòu)件的設(shè)計位置和顏色,能夠生成動態(tài)效果展示圖,工作人員可以在動態(tài)的情況下了解方案的設(shè)計和建造。
1.2協(xié)調(diào)性
建筑工程中所涉及到的內(nèi)容比較多,例如梁的結(jié)構(gòu)、暖通設(shè)置、水電管道和線路的敷設(shè)等,設(shè)計單位和施工單位需要進行多次的溝通、協(xié)調(diào)和配合才能完成建筑物的建造。由于每個部門所學用到的專業(yè)知識都不同,在解決問題時可能出現(xiàn)分歧。傳統(tǒng)的設(shè)計方案都是在圖紙上單獨繪制,無法展現(xiàn)出施工完成后的整體效果,沒有說服力。BIM技術(shù)的使用,能夠有效的解決沖突,生成相關(guān)的協(xié)調(diào)數(shù)據(jù),將其提供與工作人員使用,還能生成動態(tài)圖形,協(xié)調(diào)好各個空間區(qū)域的設(shè)置。
1.3模擬性
模擬性是指BIM技術(shù)能夠模擬出各種不能真實操作的事物,例如節(jié)能實驗、日照時間的模擬以及緊急疏散的模擬等。這些實驗的模擬能夠提高建筑物的使用性能,增加建筑物的安全性。建筑工程在招標或施工時,也可以利用BIM的模擬技術(shù),進行項目展示,設(shè)計人員根據(jù)模擬施工的情況來確定具體的實施方案。承建單位可以利用模擬技術(shù)進行5D模擬,實現(xiàn)成本控制和造價預算。在后期建筑物的銷售過程中,也可以向用戶展示出地震逃生模擬或火災疏散模擬等情況,增加用戶的安全感,為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟價值。
1.4優(yōu)化性
建筑物的設(shè)計、施工和后期的運營是一個不斷優(yōu)化的過程,在這個過程中工作人員需要掌握準確的信息和建筑物施工技術(shù)的復雜程度,如果信息不準確,就沒有科學合理的優(yōu)化結(jié)果。BIM技術(shù)能夠提供建筑物當前準確的數(shù)據(jù)信息和優(yōu)化后的數(shù)據(jù)信息,當數(shù)據(jù)信息過于復雜時,對于施工人員技術(shù)水平的要求是極高的。施工人員的技術(shù)水平如果無法達到相關(guān)要求,就會出現(xiàn)操作失誤,因此必須要借助相關(guān)的技術(shù)手段,不斷的優(yōu)化建筑工程。
1.5可出圖性
建筑工程的設(shè)計方案對于設(shè)計人員和施工人員而言都是非常重要的建造數(shù)據(jù),傳統(tǒng)的設(shè)計方式是將構(gòu)件繪制在圖紙上,并標注尺寸,施工人員根據(jù)圖紙的顯示,進行施工。在施工過程中容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)標注不明等問題,造成構(gòu)件在加工過程中存在失誤,影響建筑質(zhì)量[1]。BIM技術(shù)的應用能夠展示出更加專業(yè)和深化的圖紙,數(shù)據(jù)標注更加清晰,保證建筑工程的順利開展。
2、基于BIM的裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)勢
2.1提高建筑工程的工作效率
裝配式建筑結(jié)構(gòu)的特點是將建筑構(gòu)件進行批量生產(chǎn),然后運送到施工現(xiàn)場進行組裝,最后進行建筑設(shè)備的調(diào)試即可進行運營。在構(gòu)件的設(shè)計上,傳統(tǒng)的設(shè)計方式是平面設(shè)計,沒有立體效果,而且每個構(gòu)件的設(shè)計都是獨立的,無法顯示出組裝完成后的整體效果。BIM技術(shù)的應用能夠?qū)?gòu)件組裝后的圖形展現(xiàn)出來,設(shè)計人員可以根據(jù)不合理的位置單獨進行調(diào)節(jié)和優(yōu)化,并完成方案的設(shè)計和審核。技術(shù)人員通過對方案中的材料和技術(shù)的使用進行造價預算,使其更加清楚明了,有利于提高工作人員的工作效率。BIM系統(tǒng)主要是通過結(jié)合三維立體圖像和二維圖形,將構(gòu)件的形狀生成圖像,然后在車間進行批量生產(chǎn),提高生產(chǎn)效率。
2.2節(jié)省建筑成本
裝配式建筑是將建筑物進行拆解,將其分為多個構(gòu)件,設(shè)計人員針對不同的構(gòu)件進行設(shè)計,然后在廠家進行批量生產(chǎn),再通過使用交通工具將其運輸?shù)街付ㄎ恢眠M行組裝[2]。在該過程中設(shè)計人員無法估計構(gòu)件之間的線路和管道的埋設(shè)是否存在沖突,因此在實際施工中可能會遇到很多難題。BIM技術(shù)的應用,能夠自動生成立體畫面,技術(shù)人員根據(jù)圖像信息可以直接觀察出管道埋設(shè)是否存在問題,避免了資源的浪費,降低了施工人員的工作量,減少了重復的設(shè)計和施工任務(wù),為企業(yè)增加了更多的經(jīng)濟效益。
2.3促進構(gòu)件的標準化設(shè)計
構(gòu)件的標準化質(zhì)量決定了裝配式建筑工程的質(zhì)量,因此構(gòu)件的設(shè)計和生產(chǎn)制造是非常重要的。設(shè)計人員通過BIM系統(tǒng)中的構(gòu)件數(shù)據(jù)庫能夠獲得更多的信息,在完成構(gòu)件的設(shè)計后,還可以將設(shè)計方案傳輸?shù)紹IM系統(tǒng)平臺中,實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享。在設(shè)計過程中,技術(shù)人員可以通過數(shù)據(jù)庫中的信息對比,選擇更加合適的形狀標準和尺寸參數(shù);設(shè)計人員也可以根據(jù)建筑物的實際需求,不斷的調(diào)整相關(guān)參數(shù),使其符合建筑要求。將設(shè)計好的方案傳送到生產(chǎn)廠家,廠家根據(jù)方案進行構(gòu)件制作,有利于提高構(gòu)件的標準化,保證建筑工程的質(zhì)量。
3、BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體應用
3.1完善預制構(gòu)件的數(shù)據(jù)庫信息
在設(shè)計裝配式建筑結(jié)構(gòu)的過程中,設(shè)計人員要將BIM技術(shù)和預制構(gòu)件的設(shè)計與生產(chǎn)聯(lián)系在一起,保證構(gòu)件的設(shè)計標準和使用性能符合生產(chǎn)特點和相關(guān)要求。在裝配式建筑中,很多的預制構(gòu)件的設(shè)計是可以相通的[3]。為了減輕設(shè)計人員的工作量,并保證預制構(gòu)件的通用性特點符合各種建筑物,設(shè)計人員在BIM技術(shù)的主導下,建立了預制構(gòu)件標準化的數(shù)據(jù)庫。設(shè)計人員在設(shè)計預制構(gòu)件時,可以先在數(shù)據(jù)庫中根據(jù)相關(guān)要求進行構(gòu)件查找,再根據(jù)建筑要求進行參數(shù)調(diào)整。數(shù)據(jù)庫的建立提高了設(shè)計人員的工作效率,保證預制構(gòu)件的通用性符合各種建筑物,提升構(gòu)件設(shè)計的準確性。預制構(gòu)件數(shù)據(jù)庫的建立和完善需要設(shè)計人員的共同努力,首先設(shè)計人員可以將同意類型的構(gòu)件進行分類歸納,在查找的時候更加方便;其次將輸入系統(tǒng)中的構(gòu)件方案進行統(tǒng)一規(guī)則的編碼,便于區(qū)分,而且在輸入系統(tǒng)時,務(wù)必要檢查好相關(guān)標準,保證數(shù)據(jù)信息的準確性和可靠性。只有保證書庫中的構(gòu)件信息的準確性,才能使其發(fā)揮出最大的效用。設(shè)計人員在管理數(shù)據(jù)庫時要定期進行更新和維護,保證預制構(gòu)件相關(guān)信息的準確性和完善性。
3.2構(gòu)建和優(yōu)化BIM模型
設(shè)計人員在裝配式建筑預制構(gòu)件的設(shè)計中,首選是在數(shù)據(jù)庫中挑選合適的構(gòu)件模型,如果數(shù)據(jù)庫中的構(gòu)件模型都不符合實際要求,則需要設(shè)計人員利用BIM模型進行構(gòu)件的自主設(shè)計,提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在BIM模型構(gòu)建完成后,設(shè)計人員需要對其結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性進行分析以及優(yōu)化,確保BIM模型符合建筑要求[4],最終將BIM模型實現(xiàn),完成裝配式建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計。設(shè)計人員可以使用分析復合法來確保建筑結(jié)構(gòu)符合相關(guān)要求,還可以利用碰撞方法來淘汰不符合設(shè)計要求的構(gòu)件,然后重新進行構(gòu)件的選擇和檢查,幾個反復過程后,能夠保證新構(gòu)建的設(shè)計符合工程要求,避免出現(xiàn)構(gòu)件加工完成后不符合要求,需要重新設(shè)計和制造的問題,減少不必要的支出。新制構(gòu)件在完成裝配后,設(shè)計人員將其輸入到數(shù)據(jù)庫中,方便后續(xù)的使用。
3.3BIM模型的應用
當BIM模型中的構(gòu)件符合要求時,工作人員要將其使用到實際施工中,該過程設(shè)計人員可以利用BIM模型進行施工過程的模擬,根據(jù)模擬情景來確定構(gòu)件的生產(chǎn)和運輸,保證構(gòu)件的裝配符合實際要求。確定施工模擬過程沒有問題后,構(gòu)件生產(chǎn)廠家將按照構(gòu)件數(shù)據(jù)信息進行批量生產(chǎn),確保建筑工程的施工進度。BIM模型的使用,不僅能提高施工效率,還能提高安全管理和質(zhì)量管理,實現(xiàn)對裝配式建筑工程全過程的管理。
3.4精準構(gòu)件參數(shù)
預制構(gòu)件在進行參數(shù)化處理時,設(shè)計人員要將其分為兩部分處理。第一是進行信息的收集,設(shè)計人員可以在相對成熟的數(shù)據(jù)庫中進行構(gòu)件信息的查找。需要注意的是,在選擇模塊時,需要根據(jù)實際需求進行選擇,例如設(shè)計人員在應用Retlt軟件進行構(gòu)件信息查找時,要根據(jù)主要用途進行選擇,保證應用過程更加合理。設(shè)計人員在查找構(gòu)件參數(shù)時,不一定非要按照軟件的標準,還可以進行相關(guān)的調(diào)整,保證構(gòu)件模板的使用更加符合要求。
3.5建立戶型庫
裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中,設(shè)計人員建立了構(gòu)件數(shù)據(jù)庫,便于查找和使用,建筑企業(yè)還可以建立標注的戶型庫[5]。標準的戶型庫信息是以構(gòu)件數(shù)據(jù)庫為前提,進行各個構(gòu)件的整合,使其成為標準的建筑戶型。設(shè)計人員可以通過對戶型庫中的標準建筑戶型進行整理和分析,減少構(gòu)件和戶型的設(shè)計,降低設(shè)計成本,通過模塊化的組合和相關(guān)要求,確立建筑戶型,有利于提高構(gòu)件的標準化設(shè)計,減少建筑成本。
結(jié)語:
裝配式建筑的設(shè)計比傳統(tǒng)建筑物的設(shè)計要求要高很多,不僅要考慮構(gòu)件集成的問題,還要考慮生產(chǎn)廠家的技術(shù)水平,而且構(gòu)件數(shù)量比較多,需要設(shè)計的圖紙量很大,還要考慮各種預埋構(gòu)件的處理問題。為了解決裝配式建筑中的設(shè)計問題,提高構(gòu)件質(zhì)量,技術(shù)人員將BIM技術(shù)和裝配建筑的設(shè)計相結(jié)合,統(tǒng)一進行信息化管理,提高工作效率,保證構(gòu)件質(zhì)量,有利于建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,為建筑環(huán)保的發(fā)展做出巨大的貢獻。
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(本文作者單位:1.山東省魯商冰輪建筑設(shè)計有限公司,山東濟南,250101;2.中國建筑第五工程局有限公司山東公司,山東濟南,250101)