裝配式鋼結(jié)構(gòu)中BIM的具體實踐論文
1 概述
建筑工業(yè)化是實現(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、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[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、施工、管理及運營維護(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)中的具體實踐，推動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)相對獨立繪制工程圖，各個專業(yè)對于工程項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，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)計依據(jù)； 之后建立鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點模型，為新型鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點提供可視化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目的結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM技術(shù)的應(yīng)用，在本項目實踐過程中提出以下設(shè)計技巧： 第一，創(chuàng)建符合個人、團(tuán)體設(shè)計習(xí)慣的項目樣板，定制項目模板，使項目瀏覽器的組織結(jié)構(gòu)、視圖的各項參數(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，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。基于以上實踐所得經(jīng)驗，對徐州飛虹新型裝配式鋼結(jié)構(gòu)保障性住宅項目進(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點和下午3點（ 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)行有建筑物遮擋時的采光分析（ 如圖4所示）。
建筑能耗是衡量綠色建筑的一個重要指標(biāo)。Revit軟件中包含“能量分析”和“熱負(fù)荷和冷負(fù)荷分析”兩個能耗分析模塊，通過這兩個模塊對已有模型進(jìn)行分析優(yōu)化。通過優(yōu)化設(shè)計的分析結(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岸x的外墻泡沫夾心混凝土保溫層改為高隔熱層。
2. 5節(jié)點模型建立
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)點模型，這些新型節(jié)點連接方式，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。本案例以徐州飛虹新型裝配式鋼結(jié)構(gòu)保障性住宅項目中異形束柱正交節(jié)點為例，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、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，查找各項沖突列表，減少人工手動檢查所造成的紕漏。通過對三維設(shè)計的高效分析與協(xié)調(diào)，能夠及早預(yù)測和發(fā)現(xiàn)錯誤，進(jìn)行更好的控制，避免因誤算造成的昂貴代價。通過BIM模型，能夠快速、直觀地發(fā)現(xiàn)設(shè)計圖紙中的多種錯誤，如與標(biāo)高有關(guān)的錯誤、與尺寸有關(guān)的錯誤、與位置有關(guān)的錯誤、與空間布局、管線走向有關(guān)的錯誤。完成碰撞測試之后，可以通過軟件自動生成文本、html格式的'報告，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)工程需求及時生產(chǎn)相應(yīng)種類的構(gòu)件，并保證運輸與現(xiàn)場堆放要求，因此，需要及時更新準(zhǔn)備預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)清單，通過Revit軟件，能夠及時獲取項目所需要的構(gòu)件清單，并能夠通過Revit軟件實時導(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
建筑施工是整個項目過程中最為復(fù)雜的階段，由于各種施工要素本身的不確定性，實際施工很難與施工計劃相一致。Navis-works中的Timeliner可以將三維模型數(shù)據(jù)與項目進(jìn)度表相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)四維可視化效果，施工模擬則可以清晰地表現(xiàn)設(shè)計意圖、施工計劃與項目當(dāng)前的進(jìn)展?fàn)顩r�；贐IM的施工計劃主要包括：工程項目的總體立面布置圖、時間欄信息、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)在以下三個方面：
1） 施工環(huán)境的4D模擬。基于建筑施工的BIM模型，對地形、平面與場景的渲染使得整個模型環(huán)境更加具有真實感。
2） 施工過程的4D模擬�；赗evit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，實時跟進(jìn)施工進(jìn)度并根據(jù)最新的實際進(jìn)度調(diào)整未來的施工計劃。
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)的各個過程進(jìn)行全壽命周期的信息集成和項目管理，為建筑、土木、機(jī)電等不同專業(yè)搭建通用平臺，便于設(shè)計變更與信息交互。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，實現(xiàn)施工計劃的實時調(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�；贐IM技術(shù)的裝配式構(gòu)件系統(tǒng)設(shè)計與優(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驗樓設(shè)計中的BIM應(yīng)用研究[J].建筑技藝，2014（2） :94-98.
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