文＿朱 麗（通訊作者）（廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，碩士）

楊 宇（柳州市興佳房地產(chǎn)開發(fā)有限責(zé)任公司，技術(shù)負(fù)責(zé)人，工程師）

戴偉娥（廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，一級造價工程師）

王萬春（廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，一級造價工程師）

吳 靜（廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，碩士）

建筑工程領(lǐng)域中合理應(yīng)用BIM技術(shù)深化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，不僅能提升設(shè)計工作的可視化效果和提高操作便利性，還能確保設(shè)計工作的精準(zhǔn)開展，對工程施工具有重要的意義?；诖?，本文通過研究BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑深化設(shè)計中的應(yīng)用，提出幾點建議，旨在提高工作效率。

在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的深化設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)，應(yīng)制定完善的設(shè)計方案，遵循科學(xué)化和有效性的設(shè)計原則，確保能夠通過BIM技術(shù)提升裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計質(zhì)量和水平，滿足當(dāng)前高質(zhì)量、高效化設(shè)計的需求。

一、工程概況分析

本項目規(guī)劃用地43505.79m2，其中城市綠化用地2199.96m2，規(guī)劃凈用地面積41305.83m2。建筑單體均為鋼框架結(jié)構(gòu)，以公租房7#樓為例，鋼結(jié)構(gòu)深化模型及現(xiàn)場施工圖如圖1—圖3所示。7#樓高度39.5m，層數(shù)為14層，采用“框架—支撐結(jié)構(gòu)”體系，典型柱網(wǎng)約為6m×8m，為了有效減小柱截面尺寸，框架柱采用“鋼骨混凝土箱型柱”，典型柱截面尺寸為200mm×450mm。柱腳采用“埋入式柱腳”，保證柱腳的剛度和良好的抗震性能，樓屋面采用鋼筋桁架樓承板，以實現(xiàn)工廠化制作，本工程總裝配率為60%。最大開挖深度約9m，基礎(chǔ)采用樁基+獨立基礎(chǔ)，項目北面、西面為居民生活區(qū)，東面為柳石路主干道，南面為蓮花立交橋。該工程的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的鋼結(jié)構(gòu)框架主要采用BIM技術(shù)進行設(shè)計，以確保所設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)符合標(biāo)準(zhǔn)建筑質(zhì)量，并通過該技術(shù)提升深化設(shè)計水平，以滿足行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。與此同時，在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑工程中，鋼結(jié)構(gòu)屬于主要建筑材料，其結(jié)構(gòu)組織非常均勻，具有一定的應(yīng)力彈性的特點，實際受力狀況和工程力學(xué)計算結(jié)構(gòu)較為接近，采用BIM技術(shù)進行設(shè)計，能夠確保設(shè)計的精確度，預(yù)防出現(xiàn)徐變和收縮的問題；內(nèi)墻可采用新型輕質(zhì)圍護板材，該板材不助燃、不霉變、防蟲蛀，可一次裝修到位，維修少；通過將管線暗埋在墻體與樓層結(jié)構(gòu)中，可增加5%～8%的使用面積。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)模型深化設(shè)計圖

圖2 鋼筋桁架樓板

圖3 現(xiàn)場施工圖

二、BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑深化設(shè)計中的應(yīng)用要點

（一）遵循創(chuàng)新性要點

采用BIM技術(shù)進行裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的深化設(shè)計，應(yīng)遵循以下創(chuàng)新性基本要點：第一，利用BIM技術(shù)進行工程結(jié)構(gòu)的模擬仿真，創(chuàng)新設(shè)計扁鋼管混凝土柱—支撐結(jié)構(gòu)體系，有效預(yù)防發(fā)生“凸梁凸柱”的問題，便于裝修及使用；第二，創(chuàng)新性地在梁柱節(jié)點設(shè)計新型栓焊混合連接節(jié)點，貼板式梁柱剛接節(jié)點無須內(nèi)隔板，可通過BIM三維模擬仿真技術(shù)，模擬此類創(chuàng)新性設(shè)計的情景，解決扁鋼管柱管徑狹窄、設(shè)置內(nèi)隔板后無法澆筑混凝土的問題；第三，在BIM系統(tǒng)中創(chuàng)新性地采用扁鋼管砼柱框架+鋼支撐體系設(shè)計豎向承重構(gòu)件，將鋼柱鋼梁全部隱藏于墻體內(nèi)，這樣在一定程度上能夠提升得房率，改善人們居住的舒適度，且所有的鋼構(gòu)件為全裝配體系，施工安裝速度比傳統(tǒng)的框架砼結(jié)構(gòu)體系快2倍以上；第四，在BIM三維模擬仿真系統(tǒng)中設(shè)計一系列創(chuàng)新性的樓板體系，如設(shè)計可拆底模鋼筋桁架組合樓板，和傳統(tǒng)現(xiàn)行的樓板相比，此類樓板設(shè)計方式能夠降低模板成本和支架成本，加快施工進度；第五，創(chuàng)新性地在飄窗及樓梯的位置設(shè)計預(yù)制PC構(gòu)件，發(fā)揮BIM技術(shù)的作用。

（二）遵循專業(yè)性要點

在采用BIM技術(shù)進行裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑深化設(shè)計的過程中，應(yīng)遵循專業(yè)性的原則，確保BIM技術(shù)的良好應(yīng)用。一方面，應(yīng)確保設(shè)計人員能夠利用BIM三維模擬仿真系統(tǒng)進行整體建筑工程鋼結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計，確保設(shè)計工作的質(zhì)量和水平。另一方面，在深化設(shè)計的過程中需要積極采用各類專業(yè)技術(shù)和措施，提升整體的設(shè)計效果。

（三）遵循協(xié)同性工作要點

協(xié)同工作主要涉及內(nèi)部和外部的協(xié)同，其中內(nèi)部協(xié)同指在相同主體之內(nèi)，設(shè)計小組之間相互協(xié)同，將BIM模型作為載體集中開展深化設(shè)計工作，完成深化設(shè)計任務(wù)和高質(zhì)量設(shè)計工作，提高設(shè)計水平。而在外部協(xié)同的過程中，設(shè)計部門需要和其他部門共同將BIM模型作為基礎(chǔ)，分析研究鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計是否存在不足之處，并通過共同建模，編制完善的裝配式鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計方案，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計模型中不同專業(yè)沖突的部分，對其進行標(biāo)注和修改，這樣不僅能夠減少不同專業(yè)的協(xié)同時間，還能降低相互協(xié)同的成本，提高協(xié)同設(shè)計的效率。

（四）遵循質(zhì)量控制要點

由于裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑物施工過程中，主要是對成品構(gòu)件進行裝配處理，成品構(gòu)件質(zhì)量直接影響整體建筑工程施工質(zhì)量和效果，如果鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，將會導(dǎo)致工程項目施工質(zhì)量難以符合行業(yè)規(guī)范。因此，設(shè)計人員應(yīng)重點采用BIM技術(shù)進行高質(zhì)量的深化設(shè)計，一方面，在設(shè)計工作中結(jié)合不同鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點和實際情況，用三維建模模擬分析不同鋼材料所設(shè)計出的構(gòu)件質(zhì)量、性能、強度、穩(wěn)定性和承載力，按照具體的分析結(jié)果，篩選最佳材料，確保所設(shè)計出的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，完成設(shè)計之后利用三維建模軟件建立整體工程的模型，模擬整體工程裝配式施工的質(zhì)量情況和強度情況，檢驗設(shè)計成果的質(zhì)量，一旦設(shè)計成果存在質(zhì)量問題，可自動提出改進和優(yōu)化的建議，確保高質(zhì)量進行鋼結(jié)構(gòu)建筑的深化設(shè)計。

三、BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑深化設(shè)計中的應(yīng)用措施

（一）強化設(shè)計分析的力度

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑深化設(shè)計的過程中采用BIM技術(shù)，應(yīng)重點做好相關(guān)的分析工作，利用科學(xué)合理的分析方式，為深化設(shè)計提供準(zhǔn)確依據(jù)。

1.進行房屋日照分析

采用BIM技術(shù)構(gòu)建建筑工程日照分析模型進行鋼結(jié)構(gòu)整體設(shè)計，結(jié)合日照時間設(shè)計出能夠遮陽的陰影部分，在此過程中可以將BIM模型導(dǎo)入Ecotect軟件，生成建筑采光三維圖紙和平面圖紙，可以看出室內(nèi)采光度除了會隨著與窗戶的距離發(fā)生變化，還會隨著房屋所在樓層高度降低而降低，在戶型中間過道部分采光度最弱。設(shè)計時應(yīng)針對采光度弱的區(qū)域進行燈光布置，合理進行鋼結(jié)構(gòu)戶型的設(shè)計，改善室內(nèi)自然采光的效果和性能，這樣不僅能夠節(jié)約資源，還能提升居住的舒適度。

2.進行戶型熱工分析

在Ecotect軟件中導(dǎo)入BIM模型，可直觀進行戶型的熱工分析，并以此為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)，科學(xué)設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)的布局和組織架構(gòu)，營造較為良好的室內(nèi)熱環(huán)境。同時在熱工分析的過程中還可以在軟件內(nèi)用黃色高亮區(qū)域表示可視度良好，藍(lán)色部分表示有遮擋物可視度不佳。針對住戶的風(fēng)景視線進行研究的可視度分析，有效輔助鋼結(jié)構(gòu)建筑朝向和架構(gòu)的設(shè)計。

3.采用BIM技術(shù)進行節(jié)能分析

通過斯維爾軟件進行門窗和屋面等鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)能校核處理，按照校核的結(jié)果進行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的改進與優(yōu)化，節(jié)約能源、提升各類資源的利用效率，有效預(yù)防出現(xiàn)環(huán)境污染的問題，全面滲透綠色環(huán)保和節(jié)能的理念，為人們營造較為舒適的環(huán)境氛圍。

（二）鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計的措施

在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑深化設(shè)計的過程中，應(yīng)重點明確具體的設(shè)計措施和方法，提升整體設(shè)計工作效果。首先，采用BIM技術(shù)中的Tekla軟件，在軟件內(nèi)部構(gòu)建鋼結(jié)構(gòu)信息庫系統(tǒng)，增加虛擬構(gòu)件的類型和規(guī)格，以BIM模型為基礎(chǔ)開展深化設(shè)計工作，進行圖紙內(nèi)梁柱節(jié)點及梁板節(jié)點方面的深化設(shè)計，不斷優(yōu)化預(yù)制模板結(jié)構(gòu)，通過減少預(yù)制構(gòu)件數(shù)量和構(gòu)件類型，降低相應(yīng)的成本。其次，在完成模型的搭建之后，可在BIM模型內(nèi)自動生成鋼結(jié)構(gòu)圖紙，按照需要顯示出各個鋼結(jié)構(gòu)部位的剖面圖，并直接在圖紙文件內(nèi)創(chuàng)建細(xì)節(jié)視圖和索引圖，同時還可按照模型生成可為施工現(xiàn)場提供指導(dǎo)的設(shè)計圖紙，防止因圖紙問題在施工過程中出現(xiàn)工程變更的問題，最大限度提升出圖效率和精確度；另外，還需在BIM模型提取的構(gòu)件信息中生成吊裝塊的重量信息，結(jié)合模型之內(nèi)的吊裝結(jié)構(gòu)位置關(guān)系，合理計算作業(yè)的高度和半徑，選擇相應(yīng)的機械設(shè)備型號。最后，在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計的過程中還需注意和機電設(shè)計、管線設(shè)計之間相互配合，可利用Revit獨立構(gòu)建機電設(shè)計的模型后導(dǎo)入Navisworks集合，對設(shè)計內(nèi)容進行綜合完善和優(yōu)化，并利用BIM技術(shù)構(gòu)建管線設(shè)計模型，進行碰撞試驗分析，預(yù)防設(shè)計錯誤，提升設(shè)計質(zhì)量，避免出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)和管線的碰撞問題，如圖4所示。

圖4 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計

（三）完善深化設(shè)計的模型體系

要確保能夠有效進行裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的深化設(shè)計，充分發(fā)揮BIM技術(shù)的價值，構(gòu)建較為完善的深化設(shè)計模型體系，利用模型提升效果。

1.構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)模型庫

由于在采用BIM技術(shù)構(gòu)建工程設(shè)計模型的過程中，需要重復(fù)繪制零件或構(gòu)件，為提升建模的效果和效率，可事前結(jié)合工程設(shè)計的需求構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)模型庫，收集建造裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑時使用的起吊器具及預(yù)埋件的設(shè)計數(shù)據(jù)信息，同時分析斜撐構(gòu)件、常用構(gòu)件的特點，開發(fā)節(jié)點和預(yù)制構(gòu)件的參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)模型，便于在設(shè)計整體模型的過程中，實時調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)模型，節(jié)約設(shè)計時間，提升設(shè)計效果，如圖5所示。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)模型庫

2.開發(fā)結(jié)構(gòu)模型

使用BIM技術(shù)的3D建模功能構(gòu)建鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)模型，可對復(fù)雜構(gòu)件的外形輪廓進行合理設(shè)計，檢查和驗證設(shè)計錯誤，預(yù)防出現(xiàn)設(shè)計誤差。還可利用軟件設(shè)置鋼筋專項模塊，設(shè)計PC構(gòu)件與相鄰的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的配筋部分，這在一定程度上可直觀顯示出對PC構(gòu)件外露鋼筋節(jié)點和現(xiàn)澆鋼筋節(jié)點的處理措施，提高設(shè)計成果的可行性，便于將設(shè)計成果運用到施工工作中，為施工質(zhì)量提供保障。

3.預(yù)制構(gòu)件配筋的深化設(shè)計

建議使用BIM相關(guān)軟件設(shè)計專門的鋼筋模塊，確保在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計過程中提升配筋設(shè)計的科學(xué)性與合理性，避免在施工裝配期間發(fā)生鋼結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆混凝土鋼筋相互干涉的問題，使鋼結(jié)構(gòu)在到達(dá)施工現(xiàn)場后能快速裝配，滿足高質(zhì)量施工的基本要求。

4.建立模板和爬架的模型

利用BIM軟件構(gòu)建鋼結(jié)構(gòu)的模塊，建立相應(yīng)的爬架模型，并按照模型模擬情況，對爬架和預(yù)制構(gòu)件、鋁模板的連接設(shè)計進行檢查和調(diào)整，按照相互之間的碰撞關(guān)系深化修改設(shè)計內(nèi)容。同時還需建立鋁模板模型，直觀展現(xiàn)出鋁模板的實際情況，深化轉(zhuǎn)角等細(xì)節(jié)位置的設(shè)計，確保爬架和鋁模板之間連接設(shè)計的效果，預(yù)防在后續(xù)現(xiàn)場裝配施工過程中出現(xiàn)問題。

5.對比樓板和飄窗等鋼結(jié)構(gòu)模型

利用BIM技術(shù)構(gòu)建樓板模型，在模型內(nèi)對比可拆底模鋼筋桁架組合樓板與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土樓板所需的支架及模板費用。對比結(jié)果表明，本項目使用的鋼筋桁架組合樓板底面平整，可免除粉刷步驟，直接刮膩子，節(jié)省現(xiàn)場鋼筋綁扎工作量80%以上，施工速度更快。構(gòu)建飄窗結(jié)構(gòu)和樓梯結(jié)構(gòu)模型，飄窗及樓梯采用預(yù)制PC構(gòu)件，與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆相比，避免了大量濕作業(yè)及二次砌筑，而且裝配式樓梯為成品構(gòu)件，后期裝飾裝修可省去樓梯踏步抹面、梯板找平及滴水施工等步驟，現(xiàn)場施工速度得到了很大的提高。

6.碰撞檢查的三維模擬

在深化設(shè)計的過程中，應(yīng)在BIM模型內(nèi)明確是否存在設(shè)計不合理的問題，對既有的設(shè)計進行優(yōu)化和修改，例如在BIM模型中檢查是否存在鋼筋設(shè)計的不合理之處，采用碰撞校核管理器軟件以確認(rèn)是否存在相互碰撞的零部件、螺栓或是鋼筋，如果發(fā)現(xiàn)有碰撞的問題，就要進行設(shè)計的修改和調(diào)整，以免影響后續(xù)的裝配式施工質(zhì)量和效率效果。同時還需注意，在深化設(shè)計的工作中應(yīng)結(jié)合碰撞檢查的結(jié)果，提出不同構(gòu)件的施工處理和裝配處理建議，在裝配施工過程中有效預(yù)防碰撞問題。

除此之外，在實際設(shè)計工作中需結(jié)合裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑物的特點和情況，制訂完善的深化設(shè)計方案，明確BIM技術(shù)的應(yīng)用措施和手段，提升技術(shù)應(yīng)用的效果，確保整體設(shè)計工作的水平。

四、結(jié)語

BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑深化設(shè)計中具有一定的應(yīng)用意義和價值，相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)樹立正確的觀念意識，結(jié)合裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑特點和實際情況，明確深化設(shè)計的要點和原則，同時按照裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點，提出應(yīng)用BIM技術(shù)的措施和方法，構(gòu)建不同結(jié)構(gòu)的模型和深化設(shè)計系統(tǒng)，通過模型和三維模擬仿真技術(shù)進行碰撞檢查，達(dá)到深化設(shè)計的最佳效果。