BIM技术在装配式混凝土结构工程中的应用

2021-03-11

工程技术研究 2021年3期

沈阳城市建设学院，辽宁沈阳 110167

1 装配式砼结构和BIM技术概述

1.1 装配式砼结构

在装配式建筑中，装配式砼结构有着重要地位，在建筑项目生产、加工过程中，选择砼材料作为预制件材料，这是施工活动中的核心内容，借助安装施工建设完整的建筑，不仅涵盖砼结构，还涵盖剪力墙等结构形式。装配式砼结构的制作安装等方面管理工作较复杂，涵盖多种类型的预制件，管理现场人员及施工设备的难度较大。另外，装配式砼结构的质量管理、成本控制等方面的难度较大，由于设计和施工活动无法保证一致性，尤其在大型装配式砼结构方面，各个预制件在安装过程中可能出现冲突问题，因此需要精准设计。

1.2 BIM技术

BIM技术是基于信息化与数字化的发展模型，其借助构建的3D模型并根据数据库形式为工作人员提供全新的建筑模式。通过数据库可以储存建筑工程数据与信息，借助数字虚拟仿真技术还具有可出图、可视化以及可模拟等特点，为使用者、施工企业、建筑企业、供应商、设计单位以及物业单位等提供统一的信息。在实际应用中，BIM技术凭借自身模型化与参数化等优势在装配式砼结构项目设计、施工等各个环节得到了广泛应用，同时促使不同单位的数据信息实现共享。

2 应用案例

2.1 工程案例

S工程是S市W路项目，为住宅工程项目，抗震设防烈度设计7级结构的安全等级设计二级。S工程一期的装配式住宅总计6栋，选择剪力墙结构，丹东装配式砼结构建筑的高度设计为93.11m，总计31层，面积设计为13470.1m2。装配式构件涵盖预制楼梯、预制墙以及预制楼板等。

2.2 钢筋深化设计中BIM技术的应用

（1）钢筋排布。借助BIM技术开展砼预制件的钢筋排布工作过程中，应该建立同预制件3D模型，结合设计图纸要求布设钢筋。将钢筋形状载入Revit中，根据设计标准进行钢筋放置，深化设计钢筋锚固长度与弯锚方向。S工程深化设计叠合板钢筋过程中，需要建立预制板模型，其规格是3830mm×2475mm，厚度为60mm，选择C30砼材料。为了对现浇层砼与预制层砼进行连接，促使构件符合安装、运输等环节的构件开裂刚度标准，桁架钢筋设计5根，布置间距为500mm，叠合板外露钢筋长度为37mm。其中，上弦筋与下弦筋选择C10规格，腹杆钢筋选择A6规格，间距为100mm，采用焊接方式使桁架钢筋成型。借助Revit软件建立深化设计3D模型，排布叠合板钢筋，并对钢筋排布合理性进行检查，避免交叉问题。

（2）钢筋碰撞检查。在建筑项目中，由于会使用大量各种类型的钢筋，因此可能会发生钢筋碰撞现象。特别在排布预制构件钢筋过程中，极易忽视现浇位置和预制构件连接点钢筋的碰撞问题。借助BIM技术建立钢筋与建筑模型，能够借助Tekla Structures的碰撞校核功能开展钢筋检查工作，完成碰撞检查工作之后，该功能会列出全部碰撞问题，进而按照该结果开展检修工作（见图1）。

图1 现浇位置和预制墙钢筋节点的BIM模型

2.3 预留深埋深化设计中BIM技术的应用

对于装配式建筑，需要开展构件预埋与预留设计工作，各环节设计工作较为复杂，若忽视某个环节，则会引发矛盾，影响设计效率，进而影响装配式建筑实际设计效果。

（1）管道孔洞预留。孔洞预留一般体现在厨卫预制叠合板方面，为了避免管道在穿楼板过程中出现二次开凿施工，S工程针对排水孔洞进行深化设计过程中，按照管道施工图纸，充分考虑了管道管径以及布设位置，并通过BIM软件整合了已经构建的机电、钢筋与土建模型，采用3D开洞技术确定了孔洞直径、布设位置，同时导出了图表使各个构件开的直径、位置等信息更加明确。预制构建孔洞位置与形状会影响钢筋布设位置，而在3D模型中能够直观凸显钢筋敷设和预留位置的矛盾，进而及时通过BIM软件进行调整（见图2）。若钢筋位置和预留孔洞出现锚段，则在深化设计过程中需改变钢筋形状，以此满足孔洞预留位置要求，进而保证管道施工顺利开展。

图2 预制板管道孔洞预留的深化设计

（2）预埋件。因为砼预制件存在截面尺寸限制，所以需要保证砼预制件的预埋件能够精准地进行深化设计，完成设计、加工等工作后，即确定了预埋件位置，无法随意变动。因此，需要合理设计预埋线盒的深度与高度，防止线盒出线口与进线口被预制层覆盖，进而影响后期线缆穿设施工作业。开展深化设计工作时，应该结合设计图、装修深化图等对预埋线盒位置进行合理定位，以保证电气管线可以在后期施工中顺利衔接。模块化设计工作结束后，可选择Magicad、MEP等建模软件建立电气模型，并向结构构件模型进行导入处理，可直接借助模型互导，载入Tekla Structures板块中，按照相关人员要求，确定对线和位置。开展预制墙深化设计工作时，应该进行斜撑套筒预埋。开展施工作业过程中先按照平面布置图将斜撑埋件预埋到板中，再进行预制墙吊装。由于借助2D图纸无法将预埋件和斜撑连接情况直接地反映出来，因此一旦斜撑套筒和平面图中斜撑埋件出现位置偏差问题，将难以顺利开展现场施工活动，而借助BIM软件进行3D模型构建能够对两者对应情况进行检查，在发现位置偏差后对斜撑位置进行及时调整。

2.4 构件连接点深化设计中BIM技术的应用

（1）预制楼梯。在S工程中，预制梯梁和梯段连接节点选择高端支承进行固定铰支座设计，低端支承进行滑动铰支座设计。在楼梯梯段位置进行预留口设计，通过C级螺栓连接梯梁，将钢筋锚固板设置在螺栓下段，同时进行孔边加强筋设置，在梯梁和梯段位水平缝位置铺设水泥砂浆，将聚苯板填充到高端梯段和垂直梁的缝隙，地段梯段不需要进行材料填充。

（2）叠合板和剪力墙连接节点。叠合板和剪力墙可以通过不同方式进行节点连接，文章主要介绍S工程中预制板无外伸底板纵筋中间部位剪力墙支座墙体和预制板之间连接节点。在连接预制构建过程中，应该添加A8构造筋，铺设间距为300mm，同时对水平后浇带与底板连接进行纵向筋设置，剪力墙竖向钢筋通过套筒灌浆方式进行连接。

2.5 安装模拟中BIM技术的应用

对于装配式砼结构工程而言，开展施工活动时会应用大量砼预制构件，同时存在工序衔接紧以及工序交叉多等难点。然而借助BIM借助可模拟砼预制件的吊装施工工作，通过BIM软件模拟吊装动画、渲染场景，创设真实吊装环境，进而对各个吊装方案进行模拟，施工企业能够按照模拟结果确定最后施工方案，同时借助BIM可视化功能让建筑工人对吊装工序进行深入了解，保证吊装顺序准确性。

（1）模拟预制板吊装。为了提高吊装施工有序性，借助BIM软件可对砼预制吊装顺序进行模拟。通过集合管理对叠合板和其他工具进行集合构建，通过Animator进行场景创设，针对集合进行动画集创设。起吊叠合板过程中，需要尽量控制非预应力方向的自重弯矩问题，开展吊装施工时应该保证各点受力的均匀性，提高吊装稳定性，与吊装位置相距1.5m时对叠合板位置进行调整。

（2）模拟预制墙吊装。通过Revit软件拼装模型，向Navisworks导入“.dwf”文件，进行吊装模拟动画制作。选择施工墙板，进行集合创设，通过Animator进行场景创设，针对集合进行动画集创设。在与板相距1m的位置，减小下降速度，保证下放孔和钢筋充分对应，完成对准工作后，缓慢下降预制外墙。进行斜支撑动画集创设，此时斜支撑的出现节点就是板就位时间节点。