基于BIM技术的预制装配式混凝土结构设计方法初探

鲍子虞

（广东省建筑设计研究院）

引言

预制装配式混凝土结构设计中使用BIM技术，能够有效解决设计、施工以及构件加工对接不足的问题，减少资源浪费。通过建立BIM参数化构件族，优化模型设计，合理利用劳动资源，提高工程质量。

1 BIM以及预制装配式混凝土结构概述

BIM是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对该工程项目相关信息的详尽表达。BIM模型属于三维数字模型，是存储信息的载体，是BIM技术的应用基础。BIM技术的应用指的是通过建立三维数字模型，在建筑工程的设计、施工全过程以及运营管理阶段，对建筑物进行可视化分析、科学统计工程量，因此BIM技术的核心是信息。

PC（Precast Concrete）是预制装配式混凝土结构的简称，是以混凝土预制构件为主要构件，经装配、连接以及部分现浇而成的混凝土结构。具有品质均一、能够量化生产、工期短、施工精度高、施工成本低、具有安全保障、能够解决技工不足等优点。

2 BIM技术在预装配式房屋建设中的应用优势

2.1 产业化建造工期可控，效率提高

在预装配式房屋设计中，根据实际工程所需要的构件，在BIM中建立对应的构件库，有利于提升设计单位、构件厂和施工企业的可视化协同能力，实现了将生产工艺集中在工业流水线上，现场以安装构件为主，避免了建筑材料浪费，可减少人力劳动，增加机械生产，提高生产效率。

实现设计阶段对施工阶段劳动力的综合分析，如：在引用BIM技术对CSI住宅产业化虚拟三维模拟建造的过程中引入劳动力、物资和场地的概念，从而提高设计对施工的指导，减少劳务选择风险及因设计不合理而造成的施工进度滞后等问题，可有效控制并缩短工期。

2.2 实现设计、施工一体化建造

基于BIM的预制装配式混凝土结构设计主要特点是精度高，覆盖设计、构件加工、现场施工等能够妥善解决以往住宅设计图纸控制宽泛、对现场施工指导性差的问题。通过强化设计与施工的联系，搭建基于BIM技术预制装配式设计施工一体化协同平台。该平台可以根据工程初步设计、审查等多个阶段完成的施工图，搭建预制装配式BIM模型，模型等级定为LOD400等级标准，并进行拆分模拟。根据设计阶段的BIM成果，完成PC运输、施工过程中各种工况的相关深化设计计算；通过结构计算确定脱模、存放时的吊装和支撑位置。根据PC的BIM模型搭建及深化设计，生成完整的BIM信息模型，形成深化设计图纸，用于指导后期生产和施工。

2.3 三维技术交底、提高施工质量

目前施工企业对装配式混凝土结构施工尚缺少经验，对此，现场依据工程特点和技术难易程度选择三维技术交底形式，例如套筒灌浆、叠合板支撑、各种构件（外墙板、内墙板、叠合板、楼梯等）的吊装等施工方案通过BIM技术三维直观展示，模拟现场构件安装过程和周边环境。对劳务队伍则采用三维技术交底，指导工人安装。交底内容明确直观，方便了施工现场对分包工程质量的控制。

采用三维技术交底的方式，建立了产业化施工标准，拥有了产业化设计施工团队，培养了专业化人才，提高了对工程质量的控制水平。

3 基于BIM技术的预制装配式混凝土结构设计方法

下面以使用基于BIM技术的AutodeskRevitStructure为例，简单探索预制装配结构设计方法。

本文基于BIM技术在预制装配结构设计中的主要思路是：根据预制装配结构的模数化以及标准化设计，建立技术集成性能较好的预制装配结构所需要的各个构件，包括预制柱、预制楼板、预制外墙、预制梁、预制楼梯等族库。在项目结构的不同设计过程中，可以从已经设计完成的构件库中选择所需要的标准构件，并且将一个个标准构件搭建装配成为三维可视化模型，以此提高设计人员的工作效率。为了在最大程度上发挥预制装配结构的设计特点，可以根据实际需要研究标准化装配式住宅户型，有利于实际工作的开展。

目前，对AutodeskRevitStructure进行研究发现，族是Revit使用中一个功能强大的概念，根据族创建者的设计内容，可以被分为很多种类，包括系统族、可载入族以及内建族。构件族文件是独立的文件，可以对其进行独立编辑，而且可以在不同项目中重复利用。通过计算机，可以在相应的族样板文件.rft中建立模数化、标准化的PC构件如图1中的梁以及图2中的柱所示。而这不仅为构件的工厂化提供详细的设计图纸，而且可以在任何项目中作为可载入族，及时载入项目设计中，提高预制装配结构设计效率。

图1 预制梁构件族三维图示

图2 预制柱构件族三维图示

在Revit中，可以定义系统族，如果需要修改，则只能在项目中进行，但是不能从外部加载，系统族包括墙体、屋顶、楼板、楼梯等。预制装配结构中所需的预制外墙、楼梯等构件不能直接利用族样板文件创建族库，只能在打开一个项目文件.rvt后，在项目中根据标准化和模数化设计预制构件，如图3外墙所示，并保存为.rvt项目文件，最终形成构件系统族构件族库。在项目文件中设计预制构件，可以形成构件详图库，从而为工厂化生产提供详图设计。但是在一个项目设计中，不能像保存.rfa文件的可载入构件族一样，可以随时载入到项目中。

图3 预制外墙系统构件三维图示族

由于所建立的系统族构件库只能作为.rvt打开，但是并不能载入到其他项目文件中，因此软件开发商可以根据这一问题，抓住发展机会进行二次开发，使得墙、板、楼梯等系统族构件，按标准化、模数化创建出可载入项目使用的族文件形式，这样能够在很大程度上提高结构设计的效率。

4 结语

目前，装配式混凝土结构设计日渐完善，建筑产业化可节省资源，推动技术创新，提高建筑品质，是建筑行业发展的必然趋势。BIM技术的推广有利于预制装配式混凝土结构推广，尤其是住宅产业化的推广，BIM技术是实施住宅产业化的一个重要手段。通过引用BIM技术以构件族为核心使设计与施工良好衔接，强化了与构件厂及业主的沟通；通过BIM参数化与可视化手段模拟各种未知情况，为快速决策提供了支撑；制定符合项目特点的BIM标准是实施的必要保障；工程经验、施工设备等信息必须与BIM模型信息相结合才能有效指导施工；BIM技术可有效记录承载知识与经验有助于后续工作。但是，应用BIM也是有一定的缺陷的，BIM技术将减少大量的材料、人工、机械浪费。一些企业经济效益将有所减少，甚至影响到整个行业的利益。如果BIM技术掌握不熟练，则会直接影响企业的市场竞争力。因此，在实际应用中，企业应该熟练掌握BIM，更好的将其应用于实践工作中，获得较大的经济效益和社会效益。

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