基于BIM技术的装配式结构设计方法探析

谢庆璋

【摘要】随着建筑业的快速发展，现代装配式结构已广泛应用于各行各业。在装配结构设计中，BIM技术具有很大的应用优势，如提高装配精度和信息数据的准确性，需要充分利用。本文研究了基于BIM技术的装配结构设计方法，有助于提高BIM技术在装配结构中的可操作性和利用率，提高建筑工程的施工效率。

【关键词】BIM技术;装配式结构;设计方法

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.27.

1、基于BIM技术的预制结构设计方法

BIM技术在装配式结构中的应用要求工作人员了解BIM技术及其特点、优势和注意事项，然后设计装配式结构，对整个结构进行建模，并通过计算机绘图清晰地显示整个建筑结构，呈现三维效果。三维建模后，设计师需要根据建筑工程的特点，将拼装结构与建模结合起来，考虑拼装结构的特点，更好地满足建筑工程的要求。利用BIM技术进行设计主要包括以下几点：

（1）规划建设项目的总体结构。根据预制建筑的标准化和参数化设计，建立与建筑工程相关的部件模型库，包括预制外墙部件、梁柱、楼梯等部件。

（2）零件的详细设计。在构建的数据库中，工人选择项目所需的零件并将其应用到项目中，并将它们安装到3D图像模型中，这可以提高工人的效率。

（3）重新设计装配式建筑结构，确保构件结构在整体设计中满足建筑性能。为了更大程度上满足装配式建筑的设计特点，可以进行设计研究，设计出最适合居民需求的房屋和户型，最终形成装配式建筑模型库。

2、基于BIM技术的装配结构设计要求和设计流程

2.1设计要求

（1）标准化设计的要求。在标准化设计中，建筑设计、施工和材料选择需要采用统一的建筑模数，并根据建筑结构的尺寸和型号进行准确调整。模块化设计是为了保证预制建筑结构的标准化。建筑模数可分为基本模数和派生模数两种，派生模数又可分为扩展模数和子模数。根据这些模量形式，可以划分模量系列。参照模数系列进行设计，可以使建筑产品具有协同性和标准化，减轻工人的负担和压力，降低工程难度，提高零件质量。设计的标准化和模块化属于构件的拆分阶段。预制建筑结构拆分后，需要重新整合，协调模块化，即实现预制建筑结构的互换性，使通用构件满足各种设计要求。

（2）科学设计的要求。为了满足预制建筑的科学设计，重要的是满足深化设计的需要，这是预制建筑与传统建筑最大的区别。在装配结构的设计阶段，可以拆分零件，简化设计程序;在模块的生产阶段，为了使工人的操作更加规范，要积极推进生产的机械化，以便随时从仓库中取出零件进行生产;在施工阶段，要减少起重机运输的次数，便于其作业的统一协调和安排，减少对接工作，使作业更加简单。设计师需要根据工作平台对建筑工程、结构、电气设备、材料进行整合，根据不同要求保证不同预制件的性能，保证预制件生产和施工的一体化和统一性。科学的设计需要预制构件的细节和深化，这在预制构件的生产中起着至关重要的作用。完整的设计程序包括设计的详细说明、预制件的布置、接头设计和预制件的详细设计等。涉及的内容不仅包括建筑物，还包括机电设备和工程结构等。深化设计主要包括部件的尺寸、型号、外观设计和墙体做法。

以上分析了装配式结构的设计要求，特别是标准化设计和科学设计。其要求是达到国家规定的设计标准化、工厂流水线一体化生产、装配施工、统一装修、智能化管理五项标准。最重要的是设计的标准化，标准化生产要求结果完整、通用，通过模数系列优化预制件的尺寸和型号。新型装配式建筑与传统装配式结构有显著差异，分析方法也不同。前者对设计师要求更高，设计更科学;后者应用广泛。

2.2设计过程

基于BIM技术的装配式结构设计是一种新型的结构设计。在这个结构设计过程中，主要有两种方法：第一种是类似于传统装配式建筑结构的设计过程，但在构件的设计上略有不同。这种方法需要根据厂商的要求建立构件库，在构件库中完成項目的构建，然后计算构件;第二种方案是一种新型的结构设计方案，与传统的装配式结构设计有很大不同。它把建筑的各个部分看成一个整体，然后拼接几个部分。这两种方法都可以在设计初期使用，保证构件的稳定性，对尽快实现建设项目的工业化生产起到重要作用。

（1）明确掌握预制件的生产工艺。首先，预制构件的制造商需要充分了解预制构件的标准和生产规模，清楚地认识到自己的生产能力，选择最合适的生产模式。第二，随着目前建筑业的快速发展，生产不仅要有数量，还要保证质量，增加预制结构的选择性，必须有一定数量和质量的构件。第三，为了保证构件库中信息数据的准确性，需要明确标注钢筋和预制构件的类型，以保证构件的承载力。

（2）准确选择部件的尺寸和型号，完成设计方案。在设计阶段，在之前的设计中，先对整个组件进行分析，再对单个组件进行分析。在新的结构设计中，首先对单个构件进行分析，然后对整体承载力进行分析。与前面的分析相反，设计师需要建立新的设计理念，拥有更专业的知识和技能。传统装配结构设计过程的难点在于结构拆分，根据拆分原则和模数原则进行标准化。随着科学技术的飞速发展和信息时代的到来，新的装配结构设计越来越受到重视。新预制结构的设计侧重于组装阶段。在设计初期，通过选择预制件并拼接，可以同时生成更多的设计方案，从而完成楼盖的整体计算。学者张居克[5]研究了装配式建筑结构的设计方法，分析了整体结构设计、BIM模型的建立和优化，并说明了各个环节的内容和要求，其中预制件的建造和预制件的改进是基本环节，并根据这两个环节进行组装和计算。装配设计的优点是可以降低成本，节约资源和能源，减少项目时间，保证项目质量。推动工业化生产最重要的是建立数据库，这是根据工厂不同的预制件和结构形式、生产规模和技术决定的。梁和墙板需要通过计算预制件的位置等来判断。，这主要是基于组件的大小信息。构件的布置位置可以通过计算来确定，模块化设计可以通过尺寸来保证。对于非承重墙的荷载强度和跨度，可以按照这些进行配筋。在设计阶段，设计人员可以直接从组件库中进行选择。对于空调面板和女儿墙的设计，可以根据构件的详细信息进行多样化的类型，满足建筑结构的立面设计。如果建筑结构复杂，不能满足设计要求，就需要在构件生产中增加构件。

（3）完成结构的装配设计。在工程施工中，结构需要以砌块的形式拼接。在满足项目实际情况的基础上，精心选择最合适的结构设计方案，选择零部件进行改造，然后通过门窗完成户型设计，确保拼装过程符合建筑结构立面。

（4）优化设计（4）BIM技术。对预拼装建筑进行整体受力分析，确定预制构件钢筋布置顺序，优化设计方案。结构分析检查后，更换不满意的，重新检查，直至符合设计要求。因为构件库是厂家提供的，所以复检阶段会涉及专利问题，设计师应以此作为判断结果是否准确的补充证据。

结语：

综上所述，由于传统装配式结构存在诸多问题，新型装配式结构越来越受到人们的尊重。主要介绍基于BIM技术的预制建筑的设计原则、设计方法、设计要求、设计流程等内容。通过研究发现，虽然传统的设计流程存在一些不足，但随着软件技术的发展，2D设计软件向BIM软件的转化可以有效弥补这些不足，更有利于装配式结构的设计，为装配式结构的发展提供了新思路。

参考文献：

[1]李红军.基于BIM技术的装配式结构设计方法探析[J].工程技术研究，2017（3）：56-58.

[2]吴忠强.基于BIM技术的装配式结构设计方法研究[J].安徽建筑，2018（2）：87-89.

[3]李奇.基于BIM技术的装配式结构设计方法[J].智能建筑与智慧城市，2020（5）：105-106.