基于BIM的装配式结构设计与建造关键技术探讨

2022-11-03陈谭

建材发展导向 2022年21期

陈谭

（山西五建集团有限公司，山西太原 030013）

随着我国科技水平与信息化技术的不断发展，各行各业的工作人员都在不断利用计算机技术提高自身的工作效率。建筑行业作为我国经济水平飞速发展的重要支撑，如何在保证建筑质量的同时提高施工效率、降低对环境的不利影响就成为建筑企业需要优先考虑的关键因素。基于BIM的装配式结构设计凭借其自身的独特优势在建筑行业中得到了广泛的应用与快速的推广。

因此，本文首先对BIM技术及装配式建筑的概念进行了简要概述，对BIM技术在装配式结构设计中的应用优势进行了浅要分析，探讨了相应的结构设计与建造关键技术，并提出了加强BIM技术在建筑行业中应用的主要措施，以期为我国建筑行业的持续发展奠定良好的基础。

1 BIM技术及装配式建筑概述

1.1 BIM技术及装配式建筑基本内涵

BIM技术又可被称之为建筑信息模型技术，该技术的应用需在建筑真实信息的基础上，相关技术人员根据所需进行的具体设计，在对建筑工程相关参数进行收集、整理、分析后利用数字化技术对工程项目进行建模，从而更好的帮助设计师将将建筑本体呈现出来。在建筑领域应用BIM技术不仅可以更为真实、直观的体现建筑本体，还可以帮助项目负责人更好的对施工进度进行合理安排，推动建筑工程项目的顺利完工。

传统模式下，建筑工程的施工通常处于露天环境中，在一定程度上增加了突发性状况发生的概率，从而不利于工程的顺利实施。装配式建筑的应用不仅很好的避免了这一问题的出现，还提高了施工效率。装配式建筑作为现代化建筑发展的主要趋势，通过将部分传统模式下需要进行现场施工作业的施工环节提前在预制厂中进行构建的加工，之后再运输到施工场所，在现场施工作业人员的安装下完成工程整体内容。该建筑方式通常具有统一的设计标准、专业的生产放置、智能的管理系统，因此在建筑行业得到了较为广泛的应用，具体应用如图1所示。

图1 BIM技术在装配式建筑中的应用

装配式建筑的应用显著降低了施工成本以及对环境所造成的影响，BIM技术的应用大幅提高了施工效率以及设计的有效性，因此，在装配式建筑中引入BIM技术具有十分重要的实用价值。

1.2 BIM技术的应用难点

近年来，我国为了推动城市化建设速度，大力推动了BIM技术在建筑行业的应用，也进一步加速了建筑企业在该技术方面的投入与推广，在一定程度上对我国传统的商业模式造成了一定的影响。然而，我国BIM技术起步较晚，对于其相关政策的研究尚处在发展阶段，因此，还存在一些应用难点。

标准不完善。虽然我国城市化建设发展速度较快，但由于起步较晚，特别是在数字化技术的应用方面，因此，在BIM技术应用的标准及规范上，我国尚未出台较为统一的标准，从而容易导致项目投资方与建筑企业在相关数据的应用方面存在矛盾。

习惯难改变，虽然传统的结构设计方式与建筑施工模式存在一些列亟待完善的问题，但由于应用时间较长，因此对于很多建筑企业来说更习惯应用传统模式。BIM技术作为新型现代化技术手段，若想达到较高的工作效率，就需要建筑设计师、项目负责人等愿意利用该技术并接受资源共享的工作方式。然而，现阶段，很多建筑企业工作人员对于信息分享这一方式仍处于保留阶段，从而在一定程度上阻碍了BIM技术的应用。

责任难落实。如上文所述，BIM技术的应用需要建筑企业各部门实现信息共享，然而，该方式的应用在一定程度上导致项目参与人员的责任分工界限变得更为模糊，从而容易导致项目投资方、工程设计单位、建筑企业、施工单位之间的责任无法落实的问题出现。与此同时，倘若由于软件不一致所导致的数据建模出现差异或不同软件之间数据兼容性出现问题，此时软件开发商是否需要承担相应的责任仍没有统一的标准，且其与建筑企业、项目投资方等部门的责任分配方式尚未达成共识。

产权难保护。资源共享模式下，由于缺乏相应的产权知识保护规范与标准，因此，对于工程完工后的数据模型、信息使用的产权归属、等方面容易产生矛盾。除此之外，在数据及相关参数的导入上需要建筑企业相关技术人员予以配合，然而，如何保证数据不流出以及相关网络安全保护措施仍存在一定风险。

2 BIM技术在装配式结构设计中的应用优势

BIM技术可应用的软件有很多种，相应也为装配式建筑提供了更多的选择。相关技术人员可根据工程实际需求选择合适的建模方式，最大程度的提高施工效率。随着我国建筑工程施工要求的不断增加，现阶段，BIM技术在装配式结构设计中的应用优势主要包括以下几个方面。

提高设计效率。建筑工程通常具有较长的施工周期且施工环节众多，涉及范围较广，因此，相关技术人员在进行工程设计前需要对大量繁琐的信息进行收集、整理、归纳与分析，且通常具有很高的重复性，相应降低了设计效率。BIM技术的应用则很好的避免了上述问题的发生，该技术的应用只需设计人员将设计所需参数及工程要求一并导入到相关软件，就可以利用该技术实现满足施工规范与标准的工程设计，并可利用较为直观的方式体现出来，一方面帮助设计人员节约了大量的工作时间并提高了设计精准性，另一方面也可以帮助项目负责人、相关技术人员更好的发现其中可能存在的安全隐患，从而更好的保证施工的顺利进行。

推动建模发展。建筑工程设计通常具有较强的专业性，因此，在为建筑企业管理人员、项目投资方进行讲解时通常需要专业人员结合工程设计图将专业的数据进行讲解，从而更好的体现设计理念。BIM技术的应用则可以通过直观的展示更好的帮助设计人员对工程设计进行展现，同时也增强了双方的有效沟通。与此同时，随着BIM技术在建筑行业中的不断推广与应用，在一定程度上也推动了相关技术的发展，为后续我国自主研发相关软件奠定了一定基础。

提升专业水平。BIM技术的应用不仅可以更为直观的展现建筑工程的整体设计，还可更为规范的帮助施工企业了解每个施工环节所需的材料数量、施工周期等，从而更好的进行施工方案的编制以及建筑资源的合理调配。与此同时，对于装配式建筑结构设计过程中可能出现的安全隐患，也可提出更为科学的解决方案，不仅提升了建筑设计的工作效率与专业水平，也更好的帮助建筑行业走向智能化与科学化道路。

实现标准施工。装配式建筑的应用凭借其标准化的生产模式避免了不必要的资源浪费，BIM技术的应用通过对其设计进行优化，更好的帮助预制厂对相关元件的尺寸参数、样式特点进行完善，助力建筑企业实现标准化施工。与此同时，该技术的应用通过不断积累工程数据，从而帮助我国建筑行业建立标准化数据库，对预制构件的详细数据、施工要求、使用性能等进行收集与分析，从而更好的为我国装配式建筑结构设计提供一定参考。

3 基于BIM的装配式结构设计与建造关键技术

基于BIM的装配式结构设计与建造关键技术流程如表1所示。

表1 BIM技术在装配式建筑中的应用范围

3.1 建筑规划

良好的建筑规划是施工企业保证工程项目得以顺利实施的前提条件，也是建筑企业实现成本控制的有力保障。合理应用BIM技术，可以更好的帮助相关技术人员进行建筑规划设计，主要包括以下三方面应用：一是场地环境分析。该技术的应用通过将场地信息与空间信息进行整体分享，更好的帮助项目投资方选择施工地点。因此，通过BIM相关技术进行施工场地的选择，可以最大程度的降低工程项目对环境所带来的不利影响；二是施工设计图的调整。利用BIM技术进行数学建模时，通常需要将实际建筑本体按照一定比例进行缩小，从而将模拟图与实际数据形成一定的比例管线，从而保证在对某一个构件进行参数修改时，与其相关的其他数据也可随之进行改变，为设计师提高工作效率提供参考依据，同时也可避免人为因素导致的误差；三是利于部门的协调。BIM技术的应用可以更为直观的展现设计师的设计理念以及施工过程中可能出现的安全隐患，因此，可以更好的帮助建筑企业各部门对于其中存在的问题进行沟通并提出相应的解决方案，从而更好的推动工程项目的顺利进行。

3.2 数学建模

建筑设计师通过将建筑工程的实际数据导入到相关软件，即可利用BIM技术进行装配式建筑结构设计的数学模型，从而帮助设计师、项目负责人、相关技术人员等更为直观的了解设计师的设计理念。与此同时，构件预制厂的相关技术人员也可利用BIM技术详细的了解构件的尺寸参数等，从而对建筑工程的使用性能、装配式建筑各构件的精准度进行检验，为后续施工奠定良好的基础。对于施工企业的项目负责人来说，该技术的应用也为其分析工程设计的合理性与科学性提供了有力支撑，从而帮助其更好的对施工进度、施工方案进行控制。

3.3 数据库建立

现阶段，随着BIM技术在我国建筑行业中的不断应用，很多建筑企业都将已有工程数据进行了上传，从而不断完善了我国BIM设计数据库。通常情况下，该数据库包括多种建筑的数学模型、装配式建筑的结构设计图、预制构件的具体参数等，建筑设计人员可以根据工程实际情况选择合适的参考资料作为设计依据，提高自身综合实力的同时优化设计方案，更好的保证工程质量。

3.4 制造构件

对于装配式建筑来说，制造构件尺寸的精准性及良好的质量是建筑工程质量的有力保障。因此，在进行相关构件的生产时，需施工企业相关负责人与预制厂相关技术人员进行详细沟通，避免出现预制构件无法应用的问题。在这个阶段应用BIM技术可以很好的对构件尺寸、材质等进行标准化说明，预制厂可以根据相关数据进行构件的生产，提高生产效率的同时确保构件质量符合工程要求，避免了不必要资源的浪费。

3.5 布置埋件

在具体的施工过程中，埋件的布置方式通常具有数量多且复杂程度高的特点，因此需要相关人员对埋件的具体分布情况进行合理分析。在该阶段应用BIM技术可以通过数学模型的方式更为直观的展现其分布情况，并结合工程实际情况对其合理性进行分析，为建筑企业选择埋件的内嵌组和吊钩形状提供参考依据。与此同时，通过对梁结构与建筑预留洞口的适配性进行分析可以最大程度的避免后期出现复工的现象，从而帮助施工企业节约施工周期。

3.6 拆分设计

BIM技术的应用需要建筑设计人员将工程实际参数导入到相关软件中，通过建立相应的数学模型更为直观的展现建筑的相关设计参数。设计师在对其进行展示的过程中，工程相关技术人员会结合工程实际情况对设计图进行修正，此时就需对构件进行拆分设计。这就要求相关设计人员确保每个构件均是可拆分的，且每个拆分之后的构件均可详细展现其具体安装方法，得到统一的结论后再对相关设计进行整合。

3.7 碰撞检测

装配式建筑凭借其较高的施工效率得到了较为广泛的应用，然而，该建筑方式也存在一些较为不利的影响因素，其中较为突出的一点就是设计方案的管线经常与实际施工过程中的建筑本体产生碰撞，且该碰撞通常会对建筑物的安全性造成影响。因此，需要相关技术人员充分利用BIM技术对其碰撞情况进行检测与标注，从而更好的帮助相关技术人员对其进行修正，确保建筑本体的使用安全。

3.8 用量设计

合理且科学的钢筋用量是确保建筑质量及稳定性的前提条件，因此，需要施工企业对其分布情况及数量进行清晰的判断。在安装过程中应用BIM技术可以通过建模的方式，对钢筋的具体分布情况进行直观展现，从而更好的为相关技术人员对其分布的合理性进行分析，一旦发现问题，可以及时与设计人员进行沟通并直接在模型上进行修改，更为高效的判断修改的合理性，从而更好的保证工程质量，避免后期出现倒坍等重大安全事故的发生。