基于B IM 技术的装配式建筑模具探究

李贝贝 刘 燕

广州华立科技职业学院 广东广州 527324

模具作为装配式建筑深化设计后不可或缺的产品，在深化设计与施工方面起了承上启下的作用，一方面需要考虑深化设计的开孔预埋件的精准性，另一方面又需要对接施工现场安装，能够顺利施工。若模具产生问题，则构件将无法正常使用，产生不可预计的损失；若模具设置得当，施工安全保障的同时也能够降低成本，提高相应的生产效率。

1 研究现状分析

我国装配式建筑率以及BIM 技术在装配式建筑上的应用率都在逐步提高，2020 年两会上装配式建筑仍旧是热点问题之一，在国家政策鼓励下，不少地方甚至对新建建筑物的装配式预制率提出了相关要求，对基于BIM 技术的建筑智能化也在大力鼓励及推动。装配式建筑与BIM 技术的应用的发展状况见图1～图4。

图1 装配式建筑新建面积及占比

图2 装配式建筑市场规模预测

图3 我国企业BIM 使用情况

图4 国内企业BIM 费用投入情况

从上述图中可以看到，我国装配式建筑仍旧处于初步发展阶段，各个环节也都处于探索阶段，对于装配式模具的设计与规范还未受到重视与关注，目前模具的制作都还处于模仿探索阶段。对于模具设计、模具选材、制作工艺以及脱模方式还处于比较粗犷的状态，模具的制作与优化还未得到足够重视，往往是设计图纸经过深化后，直接给预制工厂进行预制构件的制作，构件工厂根据深化后的图纸进行模具的制作，一个工程需要很多模具，工程结束后模具也就失去了作用，造成了浪费，更没有通过BIM 技术进行模具的规整与整合，这也是造成模具通用性差、模具浪费的原因。

我国在装配式模具的生产制造还处于模仿探索阶段，但我国已有一部分学者认识到了装配式模具的问题。有学者在分析不同的拆分方案会直接影响生产用的模具，模具费用是装配式构件成本中占比较大的一个分项，好的拆分设计方案可以将模具费用占比控制在10%左右，能够有效控制预制构件生产成本；有学者在探讨装配式项目成本时也提出模具的利用率和周转次数也是成本较高的原因之一；有学者提出利用BIM 技术建立预制构件模型，通过软件的碰撞等功能为模具厂家提供模具模型出筋开孔位置及开孔余量，减少模具错误率；也有学者提出了装配式模具设计在整个预制构件生产环节至关重要，分析了国内模具存在重量大、通用性差、设计标准不统一，并提出了模具的发展趋势。学者们对装配式深化设计后所用的模具也在逐步思考其存在的问题及解决方案，在了解装配式建筑模具存在的问题后，基于BIM 技术对装配式建筑模具提出相应的看法。

2 装配式模具存在的问题

2.1 装配式模具重量大

现阶段构件模具的材料大多采用钢模或铝膜，在制作设计的过程中，一方面需要考虑模具的变形及模具尺寸的精度，另一方面由于制作出来的构件是装配式混凝土构件，还需要考虑构件本身也会因为自身的材料发生变形，因此，在设计模具时，往往会为了保证其变形率在一定范围内，将模具设计的比较厚重。装配式模具的厚重虽然在一定程度上保证了其变形在一定范围内，但模具的厚重增加了模具材料的重量，增加成本的同时，也在脱模的过程中增加了难度，特别是需要使用上提式脱模形式。由于与搅拌好的混凝土长期接触，装配式模具的材料经常处于有水的环境中，装配式模具也会被腐蚀，发生锈蚀现象。

2.2 装配式模具尺寸、形状过多

随着国家装配式建造的发展，模具的型号与成本也不断增加，但至今尚未形成定型的标准化设计与生产模式，预制构件的模具由于工程适用性比较窄，周转次数比较少，损耗比较严重，不能够达到多次使用的效果，同时模具的尺寸各异，未形成某些模具间通用组合的效果，这样也造成了浪费。每个建筑工程采用装配式建筑模式时，都需要大量的构件，这些构件都需要大量的模具。由于采用的深化设计的图纸不一，企业的标准也不统一，构件的连接方式也没有统一，因此在模具的设计阶段，模具的尺寸也会涉及多种多样，为模具的重复使用造成了难度。每个工程为突出其独立性、外观的美观性，会采用异形构件，深化设计时采用的软件不一，也会造成模具的形状多样，模具的尺寸与形状的多样都为装配式建筑增加了负担。

2.3 装配式模具成本高

建筑由于其各自的特点又需要不同的模具，构件生产所需要的模具种类也比较多，再加上并不是每个建筑场所附近都有相应的模具厂，因此模具还需考虑其运输成本。同类的建筑，模具经过使用之后都会或多或少造成模具的变形，变形轻时可能还可以进行校正整修，一旦变形过大，模具只能报废重新制作，这也增加了模具的成本。项目结束之后，几乎所有的模具都会产生变形，无法再次使用，生命周期较短也成为装配式模具成本较高的因素。

3 BIM 技术在装配式建筑模具的应用

3.1 模具设计阶段

在图纸深化阶段，图纸深化的程度与模具生产的尺寸密切相关，而BIM 技术在图纸深化阶段，能够很好地对图纸进行分割及转化，同时也能够以三维形式来进行展示，使图纸深化阶段的工作能够与模具生产厂更好地进行沟通交流。在图纸深化阶段利用BIM 技术，能够快速将同类的构件进行分类，在模具设计时能够将节省模具数量。在图纸深化阶段，也能够在满足规范要求的情况下，将图纸进行模数化深化，指导模具设计按模数来进行设计。若模具的生产按照模数化来进行生产，很多尺寸的构件可以采用少尺寸多组合的方式。这样模具的设计能够减少模具材料的使用，也能够增加模具在一个周期使用的频率。

3.2 模具制作阶段

制作阶段，由于构件需要考虑钢筋的定位、钢筋的直径及钢筋的伸长等因素，可采用BIM 技术对模具进行参数化建模，对各个部位进行精准定位，同时还能对接BIM深化阶段的图纸，在软件中进行虚拟仿真分析。考虑好充分的因素后，利用BIM 技术先对模具进行调整，对模具进行优化后，也可以结合3D 打印技术进行模具的生产，提高模具定位准确率。采用了BIM 技术在模具制作阶段，以三维立体的图示展示在制作车间，使车间制作工人的准确率更高，降低不合格率，缩短新进工人培训时间。

3.3 模具施工阶段

现阶段，在施工阶段采用BIM 技术收到了良好的效果，能够很大程度上避免了返工，减少了碰撞。同样采用模具的目的是生产构件进行装配式建筑的施工，构件中需要包含预埋件，钢筋的连接位置等，这也需要考虑脱模后构件施工时是否会发生碰撞。因此在施工阶段的信息也与模具的生产制作有密不可分的联系，BIM 技术应用于施工阶段，能够精准检测出来碰撞的位置，再经过位置的调节，继而得到其调整后的位置，将其位置反馈到模具的设计制作阶段，能够有效避免模具施工时可能会造成的一系列影响。模具施工阶段也能够结合BIM 技术进行碰撞检查，初步对模具进行优化。

4 装配式建筑模具生产建议

4.1 模具材料

建筑采用的都是比较大而且重的构件，模具也需要考虑其变形等因素，模具往往采用了较重的材料，成本高，而且施工拆模困难。在后续的探究中，模具的材料也是制约装配式建筑发展的一个因素，需要探索新型轻质材料，保证其变形小的同时，能够耐腐蚀、周转次数多。

4.2 通用性标准

建筑构件是主体，模具是构件质量与施工的制约因素。现阶段的企业模具标准存在差别，模具的设计更是千差万别，在装配式建筑中，已经引入了BIM 技术于设计与施工中，在进行图纸深化设计与施工检查时，更应注重信息对模具生产的反馈。在模具的设计与生产中，也可引入BIM 技术对模具进行设计与检查，对接图纸深化信息、施工反馈信息，对模具生产进行标准化、通用化的生产。

4.3 智能化应用

装配式建筑的产生实则是实现构件工厂化生产的过程。构件的质量是重中之重，针对模具的生产，需要解决模具的质量，同时也需要解决模具智能化生产的问题，对模具生产出的构件质量采用智能化技术进行追踪。

5 结语

装配式建筑是未来建筑业发展的趋势，装配式模具作为不可或缺的一部分，不仅要基于建筑模具存在的问题提出建筑装配式模具结合BIM 技术的建议，还需要模具在设计生产制造的过程中继续进行探索。