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基于BIM技術(shù)的裝配式建筑設(shè)計(jì)研究

2023-01-07 01:28王有為王春暉李證吉
居業(yè) 2022年8期
關(guān)鍵詞:裝配式建筑設(shè)計(jì)建筑

王有為 王春暉 李證吉

(中國(guó)建筑第七工程局有限公司,河南 鄭州 450000)

將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑項(xiàng)目的所有階段,可以從模型中獲取全面準(zhǔn)確的信息和數(shù)據(jù),并共享設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的所有階段數(shù)據(jù)信息。同時(shí),在控制建設(shè)項(xiàng)目動(dòng)態(tài)時(shí),可以登錄BIM模型平臺(tái),了解施工情況,不斷提高項(xiàng)目的施工質(zhì)量,優(yōu)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

1 BIM技術(shù)優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)

BIM技術(shù)引入預(yù)制建筑是原始管理模式的改進(jìn)和創(chuàng)新,并確保預(yù)制建筑管理科學(xué)和準(zhǔn)確的發(fā)展。目前,人們對(duì)建筑行業(yè)具有更高的要求,許多傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)軟件和規(guī)劃無(wú)法滿足現(xiàn)代建筑工程的需要,已成為設(shè)計(jì)人員全面、準(zhǔn)確地完成工程設(shè)計(jì)任務(wù)的重要手段。針對(duì)于目前的施工管理,BIM技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,BIM技術(shù)可以讓設(shè)計(jì)者及時(shí)改進(jìn)和調(diào)整建筑模型,根據(jù)實(shí)際需求在特定條件下填充系統(tǒng),使設(shè)計(jì)人員和管理人員能夠更好地理解和控制各種信息,可以直觀地反映與裝配式建筑密切相關(guān)的各種信息特征。為此,在實(shí)施預(yù)制建筑項(xiàng)目的過(guò)程中,可以利用BIM技術(shù)調(diào)和建筑物內(nèi)的各種數(shù)據(jù)關(guān)系,為相關(guān)人員提供更準(zhǔn)確、及時(shí)的信息[1]。

2 常見(jiàn)問(wèn)題

2.1 管理水平不高

從設(shè)計(jì)到施工管理到隨后的操作,預(yù)制建筑物對(duì)管理層專(zhuān)業(yè)化有很高的要求,需要多級(jí)管理。例如,他們需要專(zhuān)注于零件的生產(chǎn)和專(zhuān)業(yè)管理部件的運(yùn)輸和安裝。與此同時(shí),預(yù)制組件建筑具有高技術(shù)要求的定位、吊裝、拼接和其他過(guò)程,并且需要改善每個(gè)幀的制造精度。在傳統(tǒng)建筑物中,由于施工管理不當(dāng),部件的開(kāi)口尺寸和位置通常是不合理的,安裝效率不高,安全保護(hù)措施未到位。

2.2 協(xié)調(diào)配合不當(dāng)

預(yù)制建筑必須將所有步驟完全整合,形成一個(gè)完整的體系,最終實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)。在傳統(tǒng)建筑中,如果不使用BIM技術(shù),各方很難參與和協(xié)調(diào)。在許多預(yù)制建筑項(xiàng)目中,溝通差異導(dǎo)致質(zhì)量問(wèn)題和各個(gè)層面的沖突,導(dǎo)致了現(xiàn)代建設(shè)過(guò)程中追求的效率難以提高,因此,影響我國(guó)裝配式建筑發(fā)展的主要原因之一是缺乏組織協(xié)調(diào)能力。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用流程

3.1 構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化

BIM技術(shù)允許碰撞檢查,定義設(shè)計(jì)缺陷,有效解決預(yù)制PC組件之間的碰撞問(wèn)題。生產(chǎn)人員可以使用BIM模型查看三維模型,清楚地看到生產(chǎn)組件的各種數(shù)據(jù)信息,施工單位利用BIM技術(shù)為制造商提供詳細(xì)準(zhǔn)確的材料、尺寸等相關(guān)參數(shù),并利用QR碼技術(shù)將其轉(zhuǎn)換為加工參數(shù),有助于準(zhǔn)確完成各種預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn),促進(jìn)后續(xù)安裝的順利進(jìn)行。

3.2 預(yù)裝配檢驗(yàn)

BIM技術(shù)可用于仔細(xì)檢查PC組件的預(yù)組裝。在實(shí)際工作中,我們使用BIM模型和3D打印技術(shù)打印要生產(chǎn)的部件,然后預(yù)先組裝零件以找出缺陷。BIM模型預(yù)先組裝和使用可以及時(shí)調(diào)整尺寸、形狀、接口和其他數(shù)據(jù),然后重新裝配,以實(shí)現(xiàn)PC部件的批量生產(chǎn)。預(yù)先組裝的仿真生產(chǎn)和組裝在初始階段可以降低大規(guī)模生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題,減少?gòu)U料問(wèn)題的產(chǎn)生,并能夠科學(xué)良好地驗(yàn)證預(yù)制組件的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3.3 材料選擇與設(shè)計(jì)速度提升

不同的巖石和土壤性質(zhì)以及不同建筑設(shè)計(jì)會(huì)影響建筑物的質(zhì)量。因此,首先要對(duì)不同地區(qū)的巖土結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體分析,分析這些巖土的年齡、形成原因、巖土的組成。為了更好地完成設(shè)計(jì)工作,需要做的就是充分分析場(chǎng)地的巖土條件。BIM技術(shù)的特點(diǎn)之一是允許在施工期間全面分析不同時(shí)代的巖石和土壤,以及這些巖石和土壤形成的原因。針對(duì)不同的巖土條件開(kāi)發(fā)了獨(dú)特的建筑設(shè)計(jì)。通過(guò)這種方式,BIM技術(shù)可以容納大量的定制材料,可以大大提高裝配式建筑設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。

過(guò)去設(shè)計(jì)預(yù)制建筑的另一個(gè)重要步驟是根據(jù)實(shí)際發(fā)現(xiàn)創(chuàng)建建筑圖紙。在傳統(tǒng)的裝配式建筑設(shè)計(jì)中,創(chuàng)建圖紙的過(guò)程是一種浪費(fèi)時(shí)間和精力的過(guò)程,因?yàn)樵O(shè)計(jì)師必須先修改設(shè)計(jì)模型,然后再修改平面、剖面、細(xì)節(jié)和其他配套圖紙。但是,應(yīng)用BIM技術(shù)后,設(shè)計(jì)者可以通過(guò)修改模型,同時(shí)獲得修改后的圖紙。通過(guò)有效節(jié)省設(shè)計(jì)師的時(shí)間,大大提高了裝配式建筑設(shè)計(jì)和施工過(guò)程的整體工作效率。

3.4 施工過(guò)程

組裝的建筑物類(lèi)似于構(gòu)建塊。BIM技術(shù)在預(yù)制部件組件中的應(yīng)用主要針對(duì)圓柱形部件。使用BIM技術(shù)的可視化、仿真和協(xié)調(diào)特性,協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)和信息處理的交互,傳達(dá)信息平臺(tái),進(jìn)行組裝過(guò)程的交互式管理,有效地計(jì)劃和整合各種內(nèi)容信息,實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)的管理和規(guī)劃,并充分利用BIM技術(shù)在預(yù)制建筑物的施工階段,4D程序用于模擬施工過(guò)程。與此同時(shí),它還涉及調(diào)度,安全風(fēng)險(xiǎn)管理和質(zhì)量控制[2]。BIM技術(shù)可用于模擬現(xiàn)場(chǎng)安裝,避免建設(shè)事故,降低施工安全風(fēng)險(xiǎn),使用BIM技術(shù)的背景仿真技術(shù),員工可以通過(guò)全面的方式跟蹤和管理預(yù)制組件的運(yùn)輸,安裝和裝配過(guò)程,合理地協(xié)調(diào)模擬中的施工方案,優(yōu)化施工方案的有效性。

3.5 運(yùn)維過(guò)程

預(yù)制建筑物只能在裝配和檢查之后使用,除此之外施工階段的問(wèn)題程度可能會(huì)改變。利用BIM技術(shù)可以檢測(cè)預(yù)制建筑的操作,確保后續(xù)建筑使用中不出現(xiàn)問(wèn)題。將BIM技術(shù)應(yīng)用于預(yù)制建筑物,可以監(jiān)控整個(gè)預(yù)制建筑使用的實(shí)時(shí)過(guò)程,執(zhí)行項(xiàng)目中每個(gè)組件的實(shí)時(shí)監(jiān)控和維護(hù),無(wú)縫連接后續(xù)和早期信息的數(shù)據(jù),能夠防止預(yù)制建筑信息丟失。例如,如果以后想對(duì)預(yù)制建筑進(jìn)行擴(kuò)充,可以使用BIM技術(shù)來(lái)顯示預(yù)制建筑構(gòu)件的原始數(shù)據(jù),并根據(jù)相關(guān)信息對(duì)原始建筑進(jìn)行擴(kuò)充,以確保數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確和有效。房地產(chǎn)企業(yè)可以利用BIM技術(shù)在資產(chǎn)管理方面的優(yōu)勢(shì),將相關(guān)設(shè)備與BIM平臺(tái)對(duì)接,利用BIM平臺(tái)的監(jiān)控信息準(zhǔn)確判斷通信、照明、電梯、消防等設(shè)備的運(yùn)行情況。

4 裝配式建筑設(shè)計(jì)中的BIM技術(shù)應(yīng)用

4.1 工程概況

某別墅建設(shè)項(xiàng)目總計(jì)有3層,建筑面積為415.65m2。為了確保項(xiàng)目的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn),該項(xiàng)目根據(jù)實(shí)際情況,選擇裝配式混凝土施工技術(shù)方式,以裝配式建筑模式開(kāi)展使用。在建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),應(yīng)用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì),切實(shí)提升工程的效率和質(zhì)量,對(duì)于提高工程總體效益有積極作用。

4.2 建筑各層面的設(shè)計(jì)

4.2.1 戶型設(shè)計(jì)

建筑工程結(jié)構(gòu)的戶型要保證和功能是完全匹配的,確保各個(gè)功能區(qū)都可以分配到各個(gè)建筑區(qū)域內(nèi)。為了滿足這一要求,要做好如下工作。(1)結(jié)合別墅業(yè)主對(duì)于功能性要求,根據(jù)需要進(jìn)行不同樓層功能區(qū)的設(shè)置,明確不同功能的位置。(2)確定功能區(qū)分部和戶型分部是否匹配,如果發(fā)生不匹配的情況,應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況做出調(diào)整。(3)詳細(xì)計(jì)算確定構(gòu)件受力條件,確定沒(méi)有設(shè)備發(fā)生碰撞的情況。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)作為指導(dǎo),保證戶型設(shè)計(jì)滿足要求。(4)戶型內(nèi)要合理進(jìn)行功能性劃分,根據(jù)BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能有效配合應(yīng)用,形成整體結(jié)構(gòu),各個(gè)功能區(qū)獨(dú)立運(yùn)行,也存在著一定的聯(lián)系,保證建筑的整體性與和諧性。

4.2.2 標(biāo)準(zhǔn)層設(shè)計(jì)

裝配式建筑在應(yīng)用中,標(biāo)準(zhǔn)層的設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)戶型圖之前,需要設(shè)置必要的附件以形成特定的層次,這種設(shè)計(jì)方案應(yīng)用BIM技術(shù)完成,實(shí)現(xiàn)模塊化水平的提升,促進(jìn)總體設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升,具體從下述幾個(gè)方面出發(fā)。(1)采集相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)層的數(shù)據(jù)信息,比如尺寸;將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)紹IM軟件內(nèi),利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理,可以完成標(biāo)準(zhǔn)層的設(shè)計(jì),為施工提供參考意見(jiàn)。(2)如果施工環(huán)節(jié)發(fā)生數(shù)據(jù)變化,應(yīng)該及時(shí)更新BIM系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)數(shù)據(jù),保證數(shù)據(jù)有效利用,讓項(xiàng)目可以順利的進(jìn)行。

4.2.3 整體設(shè)計(jì)

裝配式建筑整體設(shè)計(jì)的作用就是保證模塊之間的協(xié)調(diào)性合理,達(dá)到業(yè)主對(duì)于功能性的要求。應(yīng)用BIM技術(shù)之后,滿足整體性設(shè)計(jì)的需要,主要措施如下。(1)設(shè)計(jì)人員集中開(kāi)展設(shè)計(jì)工作,綜合分析建筑各個(gè)功能區(qū)的設(shè)計(jì)方式。(2)做好各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)的控制,將數(shù)據(jù)全部傳輸?shù)较到y(tǒng)內(nèi),保證裝配式建筑各個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容都可以有效的應(yīng)用。(3)在參數(shù)傳輸完畢之后,開(kāi)始運(yùn)行模型,明確是否存在設(shè)計(jì)缺陷,如果有問(wèn)題,及時(shí)做出改進(jìn),保證系統(tǒng)模型可以有效的運(yùn)行,各個(gè)功能達(dá)到要求,滿足正常運(yùn)行。

4.3 各施工環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)

4.3.1 構(gòu)件設(shè)計(jì)

裝配式建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)方式如下所示:(1)發(fā)布完善的建設(shè)模型,傳輸?shù)絉evit軟件中,真實(shí)反映出建筑輪廓以及鋼筋相應(yīng)的信息。(2)檢查模型是否存在問(wèn)題,確定是否有設(shè)計(jì)漏洞存在,如果存在,立即采取措施糾正處理。(3)拆分構(gòu)件,采用Dtnamo實(shí)現(xiàn)可視化編程;各個(gè)結(jié)構(gòu)分拆分成為零部件的形式,檢查是否達(dá)到完整性標(biāo)準(zhǔn),如果有缺失,要立即做出改正,以滿足運(yùn)行要求。

4.3.2 鋼筋設(shè)計(jì)

裝配置建筑鋼筋的設(shè)計(jì)方法如下。(1)嚴(yán)格落實(shí)國(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,明確鋼筋設(shè)置流程,同時(shí)了解模型的相關(guān)信息,確保鋼筋技術(shù)參數(shù)符合要求;(2)鋼筋分布到結(jié)構(gòu)部件內(nèi),保證達(dá)到結(jié)構(gòu)尺寸的要求;(3)將模型進(jìn)行加密,完成設(shè)計(jì)方案。

4.3.3 埋件設(shè)計(jì)

建筑工程項(xiàng)目?jī)?nèi),在預(yù)制構(gòu)件的埋設(shè)施工環(huán)節(jié),根據(jù)需要進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)和控制,比如梁柱預(yù)埋施工環(huán)節(jié),包含多個(gè)部件,比如內(nèi)嵌梁柱,但是梁柱、模板的鋼筋吊鉤形式比較多,這是因?yàn)椴煌ㄖ锏慕Y(jié)構(gòu)形式相差很大,造成建筑結(jié)構(gòu)無(wú)法達(dá)到要求,所以需要做出必要的調(diào)整,保證埋件設(shè)計(jì)符合要求,從而可以符合工程的使用需要。此外,預(yù)制構(gòu)件埋設(shè)施工環(huán)節(jié),在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置必要的預(yù)制柱的結(jié)構(gòu),首先需要進(jìn)行安裝處理,墻和柱的連接要布置規(guī)定強(qiáng)度要求的鋼板,技術(shù)參數(shù)符合要求,且模型設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),應(yīng)該及時(shí)做出結(jié)構(gòu)的調(diào)整,保證技術(shù)參數(shù)滿足要求,可以切實(shí)提升工程的施工效果,全面落實(shí)管理和控制措施,不會(huì)存在違規(guī)作業(yè)的情況。總之,對(duì)于裝配式建筑來(lái)說(shuō),BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)比較明顯,應(yīng)用范圍比較大,要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及鋼筋設(shè)計(jì)方面出發(fā),保證埋件結(jié)構(gòu)達(dá)到科學(xué)性、合理性的要求?;诖?,BIM技術(shù)是裝配式建筑設(shè)計(jì)的主要方式,切實(shí)提升模型精確性的要求,符合建筑工程的施工需要,為后續(xù)的建設(shè)施工提供良好基礎(chǔ)。所以建筑工程單位對(duì)于BIM技術(shù)的應(yīng)用要提起足夠的重視,嚴(yán)格落實(shí)到實(shí)踐中,保障項(xiàng)目順利實(shí)施,提高施工效率和質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目綜合效益的提升。

5 具體行動(dòng)

5.1 技術(shù)顧問(wèn)團(tuán)隊(duì)

為了實(shí)現(xiàn)BIM作用于裝配式建筑的過(guò)程,應(yīng)該建立專(zhuān)門(mén)的技術(shù)團(tuán)體以及專(zhuān)家顧問(wèn),這是由于在新時(shí)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展背景下,新的技術(shù)也不斷加入到BIM技術(shù)的使用中,因此需要專(zhuān)業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行新技術(shù)研究與進(jìn)一步開(kāi)發(fā),同時(shí)促進(jìn)硬件設(shè)備與軟件的不斷升級(jí)優(yōu)化,確保BIM能夠切實(shí)幫助預(yù)制建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化。

5.2 結(jié)合實(shí)際情況

如今,建筑物的類(lèi)型和功能日益多樣化,裝配式建筑已經(jīng)能夠充分滿足各類(lèi)建筑的需求。確保裝配式建筑構(gòu)件質(zhì)量,快速替換原有構(gòu)件的缺陷,提高設(shè)計(jì)水平,加強(qiáng)各種設(shè)計(jì)技術(shù)和軟件的應(yīng)用。

當(dāng)前的預(yù)制建筑種類(lèi)較多,在將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式預(yù)制建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)該考慮到施工過(guò)程中對(duì)于各種構(gòu)建的影響,從而合理設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)以及與構(gòu)件,這樣也能夠保證構(gòu)建質(zhì)量,確保施工中不出現(xiàn)問(wèn)題或者在問(wèn)題初期就能夠及時(shí)更換構(gòu)件。

5.3 促進(jìn)資產(chǎn)運(yùn)維

BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)中不僅可以改善設(shè)計(jì)效果,促進(jìn)建筑設(shè)計(jì)水平的提高,幫助施工安全穩(wěn)定并且提高建筑的質(zhì)量水平,而且也能夠進(jìn)行建設(shè)成本規(guī)劃,這一技術(shù)能夠在建筑成本以及設(shè)施管理方面起到很大作用,對(duì)于整體資產(chǎn)運(yùn)維的作用值得研究[3]。

5.4 技術(shù)發(fā)展

在裝配式建筑的發(fā)展過(guò)程中,由于其具有較高的施工效率,同時(shí)便于組織管理,能夠有效提高施工質(zhì)量并節(jié)約資源,但是當(dāng)前的裝配式建筑管理以及產(chǎn)業(yè)還有待進(jìn)一步發(fā)展。BIM技術(shù)的加入,能夠?qū)崿F(xiàn)裝配式建筑設(shè)計(jì)過(guò)程的不斷優(yōu)化,同時(shí)強(qiáng)化項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的運(yùn)維管理,無(wú)論是從項(xiàng)目質(zhì)量還是項(xiàng)目成本控制等方面都有著很好的應(yīng)用效果。為了實(shí)現(xiàn)未來(lái)的裝配式建筑進(jìn)一步發(fā)展,應(yīng)該積極推動(dòng)BIM技術(shù)與裝配式建筑設(shè)計(jì)的結(jié)合,同時(shí)不斷優(yōu)化BIM技術(shù)的應(yīng)用方式,實(shí)現(xiàn)專(zhuān)門(mén)化與專(zhuān)業(yè)化的市場(chǎng)發(fā)展模式,大幅度提高BIM技術(shù)的有效覆蓋,相信這些在未來(lái)的建筑技術(shù)以及設(shè)計(jì)研究過(guò)程中都可以得到突破。

6 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述,裝配式建筑作為一種新的現(xiàn)代化建筑形式,應(yīng)用逐漸廣泛,在施工過(guò)程中應(yīng)該更加追求多種技術(shù)方法的融合,促進(jìn)建筑質(zhì)量進(jìn)一步提高。裝配式建筑與BIM技術(shù)的融合,可以大大提高施工效率,提高裝配式構(gòu)件的精度,促進(jìn)施工效率的優(yōu)化。相關(guān)人員應(yīng)進(jìn)一步探索現(xiàn)代信息技術(shù)和建筑業(yè)的發(fā)展,積極變革、創(chuàng)新和推廣機(jī)械設(shè)備,促進(jìn)建筑行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。

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