基于BIM技术的装配式结构设计方法研究

周光禹

（沈阳城市学院）

1 引言

随着我国建筑行业的快速发展，建筑技术体系和建筑施工速度都得到了提升，传统建筑施工技术难以满足建筑行业的发展需求。装配式结构建筑在这样的背景下出现，是一种将建筑整体结构拆分成多个待组装的结构，然后交由生产厂家对构件进行生产，最后将构件运送到施工现场进行组装的新型施工技术。作为一种新技术，其在设计和施工中仍存在一些不足。BIM技术的应用，可以实现对装配式结构设计思路和方法的优化，降低设计中的误差，保证工程施工的质量。就这一方面而言，加强对BIM技术在装配式结构设计中应用的研究是非常具有现实意义的。

2 BIM 技术在装配式结构设计中的应用优势

2.1 提升结构设计的精准性

BIM 技术在装配式结构设计中最为显著的优势在于可视化，随着模式化结构形式在装配式结构设计中的应用，极大提升了设计的精准性和可靠性。结构设计精准度的提升能够有效减少后续施工中的返工率，降低施工成本，保证施工质量，有效减轻设计人员的工作量。

2.2 提升数据信息的完整度

在装配式结构设计中，一旦设计出现问题，设计人员则需要和施工方以及客户等多方进行协商，然后再对设计方案进行调整和优化，待问题解决后才能继续施工。因此，设计图纸的各项数据必须要具备准确性和完整性，但传统装配式结构设计方法却难以实现这一点。设计人员可以借助BIM技术中的模拟功能，将设计图纸中的各项参数输入到系统中，完成模拟测试，其中存在的问题也会随之暴露出来，以便设计人员对图纸参数进行调整，保证设计图纸数据信息的完整性[1]（见图1）。

图1 结构设计与施工设计

2.3 优化设计方案

在装配式结构设计中，设计人员可以借助BIM技术强大的模拟功能，对装配式建筑结构进行模拟，完成一些高难度的结构试图，如装配式结构的热传导模拟、节能模拟等，极大提升了装配式结构设计的效率和质量。同时，设计人员还可以借助BIM 技术的4D 建模技术完成建模，以此实现对装配式结构设计的调整和优化，保证装配式结构设计方案的合理性[2]。

3 装配式结构设计中的问题

3.1 设计思路固化

在装配式结构中，多以现浇结构为主，即对建筑整体结构的构件进行拆分，然后将构件交由生产厂家进行预制加工，最后只需运送到现场进行组装。但这种传统的装配式结构设计思路过于落后，且在具体实施过程中，经常会因为构件通用性较差，不断调整和修改设计方案，影响到施工进度，增加建筑施工成本[3]。

3.2 构件设计局限性

在传统的装配式结构设计方法中，构件都是由建筑整体结构拆分而来，如此一来，构件的种类和尺寸难以统一，给构件加工工作的开展带来难度。另外，在装配式结构设计中，还经常会出现设计构件和生产构件存在较大误差的现象。

3.3 成果信息复杂性

在传统结构设计中，工作过程往往以二维图进行呈现，在这一过程中，装配式结构设计人员需要花费大量的时间和精力在图纸的绘制和处理上，对一些具有较大复杂性的构件，还会经常出现标注不明或信息不明的现象，影响到构件的正常生产。另外，在结构分析和设计中，基本都建立于读图与识图基础上，如果信息不明，将引发设计失误，导致后期返工，耗费大量资源，还会影响工期[4]。

4 BIM 技术在装配式结构设计中的具体应用

4.1 结构设计阶段

①在图纸设计中，一定要保证装配式结构设计参数的合理性。BIM 技术在这一环节主要采集相关数据信息，并评价设计参数的准确性。通过BIM技术，可以将设计图纸的数据信息呈现方式由二维平面图形转变为三维立体图形，提升数据信息的直观性，及时有效地发现问题。

②调整结构参数。在装配式结构设计方案确定之后，要进行数据校核。装配式结构设计会涉及钢筋结构、钢制品结构，而这些材料的应用效果容易受到外界因素的影响，这是后期校核工作中必须关注的内容。在该环节引入BIM技术，主要目的是依托数据共享平台对设计过程中的相关数据信息进行采集，并对这些参数的合理性进行评价。结合评价结构调整方案中的相关参数，再次进行评价，经过多次反复，能有效提升方案的合理性。

③核算工程总量。建筑施工企业承接建筑工程项目的最终目的是获利，对总工程量进行正确核算是提升建筑工程施工经济效益的关键。但在EPC模式下，施工企业的利润空间被不断压缩。合理应用BIM技术能解决这一问题，综合性分析建筑工程作业重量，获得准确的结构数据，为后期顺利施工做好铺垫[5]。

4.2 施工组织阶段

对建筑工程的施工而言，需要人力、物力等资源的参与，尤其是在一些大型建筑工程项目中，做好施工组织工作是建筑工程施工的重要前提和基础。在实际施工过程中，要想将设计方案有效落实，施工单位就必须制定好合适的施工管理计划。内容主要有施工人员操作能力要求、各个岗位和环节所需劳动力的数量等。就BIM技术应用而言，主要负责数据采集工作，精细化管理整个施工活动。与此同时，还会借助该项技术的优势搭建完善的施工材料管理体系，明确施工材料采购量、采购顺序等，使整体工作稳定有序开展，切实提升施工质量[6]。

4.3 工程施工阶段

①在装配式建筑构件制作过程中，会涉及很多装配结构，这就要求在具体制作中，严格把控构件误差。合理应用BIM技术，有助于解决误差问题。

②装配式构件安装。在构建具体安装中，一定要在工厂进行预拼装，如果是钢结构，则需要在工厂内完成焊接工作，校验焊接质量之后，再运输至作业现场进行安装。在此过程中，需要处理好构件相连部分，如混凝土结构，要先进行连接位置的凿毛处理，之后在其中注入泥浆，这样有助于提升结构整体性和稳定性。对BIM技术而言，在此环节主要负责构件三维立体图像和数据采集等工作[7]。

4.4 运行维护阶段

当上述工作完成后，则进入最后一个环节，即系统的运行维护。这一阶段的主要工作内容为发现和处理建筑工程中的潜在安全隐患，使项目能够满足既定要求，延长工程应用寿命。在这一环节中，BIM 技术的主要职责就是搭建三维立体模型结构，然后根据模型模拟各种受力情况，确保工程结构综合强度与具体要求相符。如果发现不相符的情况，需及时制定解决措施，如搭建辅助承重结构等，这样便能促进整体结构质量的提高，使用寿命自然也能进一步延长。

5 结语

综上所述，在装配式结构设计中合理运用BIM 技术可以有效提升设计的精准性和数据的完整度，实现对装配式结构设计的优化。因此，相关人员应加强对这一方面的重视和研究，并针对目前装配式结构设计中存在的问题进行具体分析，合理运用BIM 技术，优化装配式结构设计方案，提高建筑工程施工质量，推动我国建筑行业健康发展。