裝配式鋼結(jié)構(gòu)中BIM的具體實(shí)踐論文

　　1 概述

　　建筑工業(yè)化是實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)品節(jié)能環(huán)保、質(zhì)量可靠、生產(chǎn)高效、全生命周期價(jià)值最大化的可持續(xù)發(fā)展的新型建筑生產(chǎn)方式。在這種全新理念支配下，裝配式鋼結(jié)構(gòu)已成為建筑工業(yè)化的主力軍。然而，裝配式鋼結(jié)構(gòu)往往工程規(guī)模巨大、構(gòu)件種類繁多、結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，這給裝配式鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)、施工、管理帶來諸多挑戰(zhàn)。BIM（Building Information Modeling,中文譯名： 建筑信息模型）是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目全生命周期各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，它具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)[1].通過構(gòu)建建筑信息模型，方便了裝配式鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工、管理及運(yùn)營維護(hù)，具有巨大應(yīng)用前景。

　　本文以徐州飛虹新型裝配式鋼結(jié)構(gòu)保障性住宅項(xiàng)目為背景工程，通過建立BIM 3D模型，對該工程進(jìn)行采光能耗分析、鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)模型建立、預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)清單管理、施工進(jìn)度模擬等，研究BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)中的具體實(shí)踐，推動(dòng)BIM在建筑工業(yè)化中的應(yīng)用。

　　2 應(yīng)用案例

　　2. 1工程概況

　　徐州飛虹新型裝配式鋼結(jié)構(gòu)保障性住宅項(xiàng)目，建設(shè)單位為徐州飛虹網(wǎng)架建設(shè)有限責(zé)任公司，建設(shè)地點(diǎn)位于徐州飛虹網(wǎng)架建設(shè)有限責(zé)任公司廠區(qū)內(nèi)，西鄰206國道。本工程為安置房廉租房樣板樓，本項(xiàng)目總建筑面積為1 613. 2 m2,廉租房地上3層，樓梯間及設(shè)備用房局部4層，無地下室。建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，使用年限50年，抗震設(shè)防烈度為7度，耐火等級為二級，抗震設(shè)防類別為丙類。本工程主要結(jié)構(gòu)形式為鋼框架結(jié)構(gòu)，底部基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆法施工，上部鋼結(jié)構(gòu)采用預(yù)制裝配法施工。

　　2. 2設(shè)計(jì)流程

　　傳統(tǒng)土木工程行業(yè)在2D環(huán)境下進(jìn)行圖紙繪制，建筑、土木、機(jī)電等專業(yè)相對獨(dú)立繪制工程圖，各個(gè)專業(yè)對于工程項(xiàng)目的變更難以做到協(xié)調(diào)統(tǒng)一。搭建建筑信息模型平臺(tái)，將各專業(yè)圖紙數(shù)據(jù)統(tǒng)一在BIM模型中，通過碰撞檢查，有助于協(xié)調(diào)統(tǒng)一解決工程問題[2].本案例首先在Autodesk Revit 2014軟件中建立3D模型，進(jìn)行項(xiàng)目的采光分析與能耗分析，為建筑最佳朝向及建筑間距提供設(shè)計(jì)依據(jù)； 之后建立鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)模型，為新型鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)提供可視化3D圖紙； 通過Revit模型，進(jìn)行構(gòu)件生產(chǎn)清單計(jì)算，為構(gòu)件生產(chǎn)提供依據(jù)； 通過Revit模型與Naviswork軟件的接合，模擬裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工過程，為施工過程管理提供可靠依據(jù)。

　　2. 3 BIM建模

　　在本案例中，采用Autodesk Revit 2014軟件進(jìn)行BIM建模，針對Autodesk Revit Structure工具軟件的初級用戶和在簡單工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用，在本項(xiàng)目實(shí)踐過程中提出以下設(shè)計(jì)技巧： 第一，創(chuàng)建符合個(gè)人、團(tuán)體設(shè)計(jì)習(xí)慣的項(xiàng)目樣板，定制項(xiàng)目模板，使項(xiàng)目瀏覽器的組織結(jié)構(gòu)、視圖的各項(xiàng)參數(shù)、出圖的基本設(shè)置符合各專業(yè)的繪圖標(biāo)準(zhǔn)和工程師的習(xí)慣，提高設(shè)計(jì)效率。第二，在已有族庫的基礎(chǔ)上創(chuàng)建本工程的構(gòu)件族，本工程在保證結(jié)構(gòu)受力性能的前提下為保證建筑空間完整性，力求構(gòu)件不凸出墻體，因此采用了異形束柱及其配套節(jié)點(diǎn)，創(chuàng)建異形束柱族使模型表達(dá)更清晰準(zhǔn)確，更好地模擬了工程構(gòu)件的預(yù)制裝配。第三，明確建筑模型信息深度，做好物理模型與分析模型的可靠對接與管理。本項(xiàng)目后續(xù)要進(jìn)行采光能耗分析，因此需對圍護(hù)結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置而建議禁用分析模型以提高模型性能�；�于以上實(shí)踐所得經(jīng)驗(yàn)，對徐州飛虹新型裝配式鋼結(jié)構(gòu)保障性住宅項(xiàng)目進(jìn)行BIM模型構(gòu)建，形成完整的BIM模型，見圖1,圖2.

　　2. 4采光能耗分析

　　作為綠色建筑的重要評判標(biāo)準(zhǔn)，采光分析與建筑的窗墻比和戶型有關(guān)。采光分析又分為最佳朝向分析和日照間距分析兩大部分。本項(xiàng)目中將對這兩部分分別進(jìn)行分析，并以此為依據(jù)對建筑進(jìn)行調(diào)整與評判。應(yīng)用建立的BIM模型進(jìn)行采光分析，評判標(biāo)準(zhǔn)與Revit分析時(shí)采用的評判標(biāo)準(zhǔn)一致，即美國LEED標(biāo)準(zhǔn)。

　　此標(biāo)準(zhǔn)要求：75%的經(jīng)常性使用空間滿足在秋分日的上午（ 本案例采用2010年秋分日即9月21日）9點(diǎn)和下午3點(diǎn)（ 晴天情況下） 的采光照度的最小不低于25尺燭光（ 約等于270 Lux） ,同時(shí)最大不高于500燭光（ 約等于5 400 Lux）。利用模型進(jìn)行分析，角度選取為順時(shí)針0° ~360°。以10°為分析單位，每隔10°進(jìn)行一次采光分析（ 見圖3）。

　　將樓間距定為10 m,并按最佳朝向南北方向排列，所有建筑都為修正過的建筑模型，進(jìn)行有建筑物遮擋時(shí)的采光分析（ 如圖4所示）。

　　建筑能耗是衡量綠色建筑的一個(gè)重要指標(biāo)。Revit軟件中包含“能量分析”和“熱負(fù)荷和冷負(fù)荷分析”兩個(gè)能耗分析模塊，通過這兩個(gè)模塊對已有模型進(jìn)行分析優(yōu)化。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)的分析結(jié)果，得出結(jié)論： 使用高隔熱層的外墻的冷負(fù)荷與熱負(fù)荷均最低，典型冷氣候隔熱層次之，典型溫和氣候隔熱層最高�？梢詫⒅�前定義的外墻泡沫夾心混凝土保溫層改為高隔熱層。

　　2. 5節(jié)點(diǎn)模型建立

　　為保證裝配式鋼結(jié)構(gòu)的體系穩(wěn)定，需要可靠的節(jié)點(diǎn)連接。隨著研究的深入，近年來提出了許多新型鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)模型，這些新型節(jié)點(diǎn)連接方式，往往由于體系構(gòu)造復(fù)雜、安裝工序繁多而難以被一線工程人員所掌握。通過BIM模型建立鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)模型（ 見圖5） ,可以提高圖紙的可視化與模擬性，3D模型有助于構(gòu)件生產(chǎn)方對構(gòu)件的理解，也可以輔助施工人員正確安裝構(gòu)件、組裝節(jié)點(diǎn)。本案例以徐州飛虹新型裝配式鋼結(jié)構(gòu)保障性住宅項(xiàng)目中異形束柱正交節(jié)點(diǎn)為例，應(yīng)用Revit軟件建立3D模型。

　　2. 6碰撞檢測

　　裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工都需要做到精密化，構(gòu)件需要嚴(yán)格按照尺寸要求、質(zhì)量要求、位置要求進(jìn)行生產(chǎn)和安裝，BIM模型能夠以整合統(tǒng)一的理念，查找各項(xiàng)沖突列表，減少人工手動(dòng)檢查所造成的紕漏。通過對三維設(shè)計(jì)的高效分析與協(xié)調(diào)，能夠及早預(yù)測和發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，進(jìn)行更好的控制，避免因誤算造成的昂貴代價(jià)。通過BIM模型，能夠快速、直觀地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙中的多種錯(cuò)誤，如與標(biāo)高有關(guān)的錯(cuò)誤、與尺寸有關(guān)的錯(cuò)誤、與位置有關(guān)的錯(cuò)誤、與空間布局、管線走向有關(guān)的錯(cuò)誤。完成碰撞測試之后，可以通過軟件自動(dòng)生成文本、html格式的'報(bào)告，模型中存在的沖突通過可視化的逼真渲染圖展現(xiàn)，也可以直接在項(xiàng)目中漫游查看其細(xì)部構(gòu)造（ 見圖6）。

　　2. 7預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)清單

　　裝配式鋼結(jié)構(gòu)所需構(gòu)件種類繁多，構(gòu)件生產(chǎn)廠商需要根據(jù)工程需求及時(shí)生產(chǎn)相應(yīng)種類的構(gòu)件，并保證運(yùn)輸與現(xiàn)場堆放要求，因此，需要及時(shí)更新準(zhǔn)備預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)清單，通過Revit軟件，能夠及時(shí)獲取項(xiàng)目所需要的構(gòu)件清單，并能夠通過Revit軟件實(shí)時(shí)導(dǎo)出2D圖紙，通過對應(yīng)的尺寸資料、材料資料、安裝資料，保證構(gòu)件生產(chǎn)尺寸與質(zhì)量的精確性，確保構(gòu)件安裝的位置與精度。

　　2. 8施工模擬

　　建筑施工是整個(gè)項(xiàng)目過程中最為復(fù)雜的階段，由于各種施工要素本身的不確定性，實(shí)際施工很難與施工計(jì)劃相一致。Navis-works中的Timeliner可以將三維模型數(shù)據(jù)與項(xiàng)目進(jìn)度表相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)四維可視化效果，施工模擬則可以清晰地表現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖、施工計(jì)劃與項(xiàng)目當(dāng)前的進(jìn)展?fàn)顩r�；�于BIM的施工計(jì)劃主要包括：工程項(xiàng)目的總體立面布置圖、時(shí)間欄信息、任務(wù)欄信息、形象圖形信息、標(biāo)注名稱以及工作周期。BIM模型的施工模擬以表現(xiàn)工程施工的整個(gè)流程為主，因此具有很強(qiáng)的針對性和說明性[3].

　　對于施工模擬主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

　　1） 施工環(huán)境的4D模擬�；�于建筑施工的BIM模型，對地形、平面與場景的渲染使得整個(gè)模型環(huán)境更加具有真實(shí)感。

　　2） 施工過程的4D模擬�；�于Revit軟件創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)施工模型，結(jié)合Navisworks等軟件可以對建筑結(jié)構(gòu)的整個(gè)施工工程進(jìn)行可視化的模擬與分析，對每道工序進(jìn)行定義與調(diào)整，實(shí)時(shí)跟進(jìn)施工進(jìn)度并根據(jù)最新的實(shí)際進(jìn)度調(diào)整未來的施工計(jì)劃。

　　3） 施工方案的優(yōu)化。通過4D的施工過程模擬技術(shù)，可以依據(jù)不同的時(shí)間間隔對施工進(jìn)度進(jìn)行正序或逆序的模擬。管理人員可以直觀地觀察到不同時(shí)段的工程結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)展和某一施工段或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的詳細(xì)施工狀況，由此可以對多種施工方案的可實(shí)施性進(jìn)行比較，進(jìn)而為施工方法的優(yōu)化提供支持。

　　3 結(jié)語

　　將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式鋼結(jié)構(gòu)，將建筑信息化與建筑工業(yè)化有機(jī)融合，有助于對裝配式鋼結(jié)構(gòu)的各個(gè)過程進(jìn)行全壽命周期的信息集成和項(xiàng)目管理，為建筑、土木、機(jī)電等不同專業(yè)搭建通用平臺(tái)，便于設(shè)計(jì)變更與信息交互。通過可視化模型的構(gòu)建，有助于一線工程人員對于結(jié)構(gòu)體系的理解，結(jié)合Navisworks軟件進(jìn)行4D施工進(jìn)程模擬，實(shí)現(xiàn)施工計(jì)劃的實(shí)時(shí)調(diào)整與施工方案的優(yōu)化。將建筑信息化模型融入到建筑工業(yè)化中，具有巨大應(yīng)用前景。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 何關(guān)培。 BIM總論[M].北京： 中國建筑工業(yè)出版社，2011:10-13.

　　[2] 宮文軍，曹 楊，鞏俊松�；�于BIM技術(shù)的裝配式構(gòu)件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].安裝，2014（1） :55-57.

　　[3] 李新偉，李 文，樊則森。北京市裝配式公租房實(shí)驗(yàn)樓設(shè)計(jì)中的BIM應(yīng)用研究[J].建筑技藝，2014（2） :94-98.

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