BIM技术在预制装配式剪力墙结构中的应用

BIM技术在预制装配式剪力墙结构中的应用---基于

滨河新居公租房项目

1.背景

当今社会，装配式建筑作为一种先进环保的建筑模式，正逐步应用于建筑行业的建设过程中。装配式建筑核心是“集成”，BIM方法是“集成”的主线。这条主线串联起设计、生产、施工、装修和管理的全过程，服务于设计、建设、运维、拆除的全生命周期，可以数字化虚拟，信息化描述各种系统要素，实现信息化协同设计、可视化装配，工程量信息的交互和节点连接模拟及检验等全新运用，整合建筑全产业链，实现全过程、全方位的信息化集成。

随着计算机技术的进步，国内BIM(建筑信息模型)的普及，BIM 软件对建筑信息数据的管理有了一个质的飞越，信息化会推动工业化发展，装配式建筑的标准化设计与生产有了统一制式，对BIM的发展起到很好的促进作用。预制装配式建筑项目传统的建设模式是设计→工厂制造→现场安装，相较于设计→现场施工模式来说，已经节约了时间，但这种模式推广起来仍有困难，从技术和管理层面来看，一方面是因为设计、工厂制造、现场安装三个阶段相分离，设计成果可能不合理，在安装过程才发现不能用或者不经济，造成变更和浪费，甚至影响质量;另一方面，工厂统一加工的产品比较死板，缺乏多样性，不能满足不同客户的需求。

BIM技术的引入可以有效解决以上问题，它将设计方案、制造需求、安装需求集成在BIM模型中，在实际建造前统筹考虑设计、制造、

安装的各种要求，把实际制造、安装过程中可能产生的问题提前消灭。

装配式建筑的典型特征是标准化的预制构件或部品在工厂生产，然后运输到施工现场装配、组装成整体。装配式建筑设计要适应其特点，在传统的设计方法中是通过预制构件加工图来表达预制构件的设计，其平立剖面图纸还是传统的二维表达形式。在装配式建筑BIM应用中，应模拟工厂加工的方式，以“预制构件模型”的方式来进行系统集成和表达，这就需要建立装配式建筑的BIM构件库。通过装配式建筑BIM构件库的建立，可以不断增加BIM虚拟构件的数量、种类和规格，逐步构建标准化预制构件库。

在深化设计、构件生产、构件吊装等阶段，都将采用BIM(建筑信息模型)进行构件的模拟，碰撞检验与三维施工图纸的绘制。BIM 的运用使得预制装配式技术更趋完善合理。BIM技术的使用已经成为建筑业不可抵挡之势，它为整个行业带来的高效率及高效益是有目共睹的。而作为生态建材的轻钢结构及绿色建造方式的预制装配式，其研究、应用前景也为行业看好。

2.滨河新居项目BIM应用

2.1 工程概况

滨河新居公租房项目位于济南市区，北临陈家路，东侧为坝王路，总建筑面积97779平米，地上71930平米，地下25849平米，本项目由1#~5#住宅楼，6#商业楼，7#地下车库组成，其中1#~5#住宅楼（1#地下2层，地上11层；3~5#地下3层，地上26层；）采用装配整体式剪力墙结构，各单体从基础至底部加强区采用现浇混凝土，底部加

强区以上为预制装配式混凝土结构。

2.2 本项目采用BIM技术的主要原因

在2D环境下进行建筑设计，每一张图纸都是单独的“迷你项目”，先从平面开始绘制，然后画立面、剖面，再按照项目进展更改所有的图纸，永无止境的修改、再修改成为设计师繁重冗长工作的一个重要原因，占用了大量宝贵的时间和精力，而BIM技术改变了这种工作方式。在虚拟建筑中做设计，设计过程的核心是模型而不是图纸，所有的图纸都直接从模型中生成，图纸成为设计的副产品。每一个试图都是同一个数据库中的从不同角度的表现。运用BIM技术创建的虚拟建筑模型中包含着丰富的非图形数据信息，提取模型中的数据，建筑师可以根据自己的需要在任何时候生成任意视图。平面图、立面图、剖面图、3D视图甚至大样图，以及材料统计、面积计算、造价计算等等都是从建筑模型中自动生成。

根据装配式建筑特性，在前期的方案阶段进行了优化，滨河新居公租房项目预制构件种类有了大幅的减少。但是相对与传统现浇结构仍然增加了大量的绘图工作。其中包含，预制外墙板12种，预制叠合板10种，预制楼梯3种。每个预制外墙需要9个平立剖面图纸与之对应，每个板至少需要3个平剖面图纸与之对应，1#~5#住宅楼共计需要平立剖面图纸400张左右。采用传统设计需要大量的时间画构件的二维图纸、检查，并且出现问题后修改检查仍需要大量时间。此外，项目对钢筋位置和套筒位置的精细程度要求精确在1mm以内，根据传统设计经验，实现该级别的精确度存在一定困难。而且，施工

阶段需要钢筋之间的连接，对现场施工之前的模拟显得尤为重要。因此，我们决定在项目设计、生产、装配施工等环节采用BIM技术。

2.3 BIM建模

本项目建模所使用的软件为Autodesk Revit 2014。所有预制构件均自行建模。在构件BIM建模中，充分利用BIM三维参数化的特点，项目单位设置0.1mm，误差控制在1mm之内，通过钢筋距离个外表面的参数确定钢筋的位置，钢筋的弯钩长度可以通过延伸系数精确的控制，从而实现对墙、板、钢筋等形状及位置进行精确的定位。

相关参数设置好以后，开始建立所需构件的BIM模型。

建好后，将本次新增建的构件放入已有模型库，这样就实现了模型库的不断丰富，为以后的使用提供便利。然后将模型库中挑选出来的构件以及新建的构建在Revit中进行拼装，形成完整的BIM模型（以1#楼为例）。

2.4 碰撞检查

预制装配式的设计、生产、施工都必须精细化，如果在设计或生产过程中钢筋的位置出现允许范围之外的偏差，那么就会产生施工时构件对接不上的情况。如：

（套筒与下部甩筋位置有偏差）

（预制构件之间的碰撞）

如果以上情况在施工过程中发生，就会造成不必要的损失，延误工期。因此，对BIM模型构件的碰撞检查显得格外重要。利用BIM软

件对节点进行碰撞检查后，对位置发生偏差的部位进行移动、修改，得到无碰撞的能够有效连接的节点。

2.5 施工模拟

将已经完成的Revit结构模型以及场地模型，根据项目施工组织计划方案对项目进行动态的施工仿真模拟，在虚拟模型中未建先试，将各构件的进场时间顺序、吊装顺序等进行施工模拟，对标准层吊装的每一个步骤进行精细化模拟仿真，查找项目施工中可能存在的动态干涉，从而提前规划起重机的位置及路径，并优化吊装计划，使吊装过程更加有序、科学，最终生成施工指导视频让施工人员提前掌握施工细节，更加直观了解施工工序。在模拟的过程中我们可以发现施工组织过程中的纰漏，及时调整施工进度计划，保证各施工阶段的进行。

3.结语

利用BIM技术能有效提高装配式建筑的生产效率和工程质量，将生过程中的上下游企业联系起来，真正实现以信息化促进产业化。借助BIM技术三维模型的参数化设计，使得图纸生成修改的效率有了很大幅度的提高，克服了传统拆分设计中的图纸量大，修改困难的难题。钢筋的参数化设计，提高了钢筋设计精确性，加大了可施工性加上时间进度的4D模拟，进行虚拟化施工，提高了现场施工管理的水平，降低了施工工期，减少了图纸变更和施工现场的返工，节约投资因此，BIM技术的使用能够为预制装配式建筑的生产提供了有效帮助，使得装配式工程精细化这一特点更为容易实现，进而推动装配式建筑产业化的发展。