BIM 技术在装配式建筑施工过程中的应用

何祥祥，阚欣嘉，熊郁震，顾镇媛

（1.南通市建筑设计研究院有限公司，江苏 南通 226001；2.南通大学交通与土木工程学院，江苏 南通 226019；3.上海友迈工程技术咨询有限公司，上海 201821）

0 引言

面对我国提出的创新建筑业发展方式、促进建筑业转型升级的要求，建筑信息模型（BIM）技术应运而生[1-4]。BIM 技术是指以三维数字技术为基础，集成建筑工程项目中诸多相关信息的工程数据模型，基于此对项目进行设计、建造和运维管理的一种应用于建筑工程领域的信息技术[5-7]。装配式建筑是支撑“智慧城市”建设的重要技术之一，具有提高建设效率、缩减项目周转成本、节能减排、绿色环保等明显优势。现代BIM 技术的引入，促进了装配式建筑在项目周期设计、施工、运维等各阶段的信息共享，打破建筑业各专业之间的隔阂，加强了项目的预算控制和寿命周期的管理，使得装配式建筑拥有更加稳定的发展空间。

在设计阶段，BIM 技术可深化设计方案，可视化地修改构件状态，从而更加精准快速地绘制三维模型；可提供正确的决策，降低设计阶段错误率；可便于招投标预算，降低建设单位的投资；也可以对设计图纸可行性进行论证，分析建筑各个专业的性能，进行绿色设计评估等。

在施工阶段，可运用BIM 5D 技术来完成施工进度、施工流程等模拟；可进行碰撞检查，合理安排施工各专业进场顺序；可实现实时现场监控，提高安全系数、施工进度，从而控制施工成本、工期和施工质量。

在运维阶段，可随时观测构件是否出现问题并进行维护修理；可通过BIM 模型进行防灾规划，提高反应效率和降低安全风险；可进行资产管理，为建设项目增值带来大的收益；也可记录空间的利用情况，实现项目空间的全过程管理。下文通过实例介绍BIM 技术在装配式建筑施工过程中的应用。

1 工程简介

本工程为北京市某公租房项目，装配整体式剪力墙结构，共14 层，层高为2.8m，总高度为43.7m，建筑面积约为12400m2，设计使用年限50 年，地面粗糙度为B 类，抗震地震设防烈度为Ⅷ度，设计基本地震加速度为0.2g，场地类别为Ⅱ类，地震设计分组为第一组，结构阻尼比为0.05。建筑使用年限分类为三类，防火设计的建筑分类为高层二类，其耐火等级为一级，主要屋面防水等级为Ⅰ级。

2 BIM 设计

2.1 CAD 图纸载入与建模

将预先处理好的CAD 楼层图载入Revit 中，通过拾取轴线来快速建立轴网，并建立模型。在布置楼板时可选用自动布板，楼梯间可以单独删除楼板，电梯间布置板厚为1mm 的虚板。当有异形板或是布不上板的情况时可选择角点布板，在绘制过程中发现需要按照先竖向再横向的顺序点击开间的四个角点，不然会出现软件闪退的情况。

2.2 荷载输入与预制构件指定

按照规范要求布置楼板恒活荷载，屋顶层的梁不承担相同的重量，有选择地删除荷载后将女儿墙当荷载布置在外墙上。

2.3 计算模型确定与检查

指定好预制构件才能开始计算模型，点击模型导出，生成GSSAP 数据，注意目标文件夹与软件所在位置一致，否则会出现无法计算的情况。根据模型选择结构楼层导出进行楼板砖混次梁计算，点击数据检查查看是否有错误弹出，如有则根据提示修改直至无误。接着进行较为重要的通用计算，查看给出的各参数信息是否复合要求。对于超筋超限文件中的警告进行模型调整，如增大构件的截面尺寸，提高材料强度等，直至无超筋超限警告。

2.4 施工图生成

完成模型计算，点击平法配筋，将弹出的警告一一修改。点击自动成图，在CAD 中生成DWG 图，对模型进行配筋；检查平法警告，若先前不修改错误可点击警告定位修改，最后是校核审查，直至所有的错误都被修改，最后到Revit 界面点击生成施工图。在施工图控制参数中修改参数，生成DWG 图，调整设置出图习惯，最后对施工图进行修改和整理，同步至GSrevit，然后进入软件生成施工图。

2.5 数据验算

在输入软件计算前确认构件布置的位置和建筑图的位置以及布置关系是否准确，确保符合规范以及不影响正常使用，对于梁板荷载计算值以及荷载形式进行进一步验算，确认无误后输入计算，使用GSrevit 进行结构计算，分析模型是否正确。在确认所有工作完成之后进行结构计算，也就是使用广厦CAD 模型导出命令中的生成GSSAP 计算数据，在广厦CAD 主页中选择通用计算GSSAP 进行结构计算，完成结构计算，然后点击查看文本方式可以查看超筋超限警告，通过超筋超限文本警告提示的超限信息对模型做出相应调整。可以通过下列步骤解决：①根据警告后给出的规范条文，首先弄明白该公式控制的是哪些指标，是抗剪超筋，还是剪扭超筋，还是其他问题等。②弄清楚属于什么超筋之后，再根据公式中的参数作出相应的调整，有时候单独只调整有错误的警告是无法完全解除警告的，要学会分析为什么梁会超限，是否是周围的构件布置不合理导致传力过大等，再对整体结构进行调整。③导致超限的原因有许多，但根本原因就是结构布置方案不合理，需要调整模型。修改错误直到结果没有出现超筋超限警告。即结构计算部分完成。点击计算书即可输出结构计算的结果。

周期比在建筑中，是判断结构扭转效应的重要指标。按照新《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）要求，该项目作为剪力墙结构，抗震设防烈度为Ⅷ度，层高2.8m，属A 级高度高层建筑，所以周期比应不大于0.9，本项目周期比为0.7799，满足规范要求。

根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2001）5.5.1 条和《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）（简称《高规》）3.7.3 条的规定，剪力墙结构楼层层间最大位移与层高之比的限值为1/1000，本项目所有工况下最大层间位移角均满足规范要求。

根据《高规》5.1.13 条，各振型的参与质量之和不应小于总质量的90%。由计算可知X 向平动振型参与质量总计是93.22%，Y 向平动振型参与质量总计是92.85%，均满足振型要求。地震作用下结构内力计算均满足规范限值要求。

3 装配式设计

3.1 装配式拆分设计

在结构施工图的基础上，完成标准层的装配式设计，选择一字型、L 型、T 型竖向后浇段节点各一个；一个完整的预制墙与叠合板连接节点；一个完整的楼梯连接节点。

在输入构件时可以将一些异形的或是长度不符合要求的墙进行拆分，以便批量生产相同尺寸的构件。

在进行板的拆分时，要注意规范要求板跨不得超过6m，点击装配式设计中的板并对其尺寸、板缝宽度修改布置。预制梁，预制墙等要求的构件都可通过载入族文件修改尺寸和调整位置来进行布置。

3.2 预制构件深化设计

试完成一块单窗预制外墙、一块内墙、一块叠合板、一块阳台板和一块楼梯的深化设计。除了选取已经建立好的构件进行深化设计之外，还能用族文件达到相同的效果。图1 为某叠合板深化设计。

图1 叠合板构件深化设计（单位：mm）

深化设计时可打开之前的模型选择预制构件，将其复制后新建一个结构样板进行深化。深化预制墙先点击排布墙筋，勾选自动生成施工图，注意钢筋信息与构件信息一致。脱模计算就是计算构件在脱模瞬间需要克服的阻力，将混凝土的容重改为26kN/m3，吊点设2 个，吊装计算的这些参数与脱模计算相同。查看弹出的计算书重要参数是否满足要求，若不满足则修改信息。

两个计算结束后查看生成的施工图，内容包括配筋图、三维配筋图、剖面图和钢筋表。对施工图的图名位置进行修改；剖切线按照个人习惯只留下剖切线；取消钢筋表的空格以致美观。最后添加图框完成设计。

3.3 生产工艺流程模拟

以一块单窗外墙和一块叠合板构件为例展示生产工艺流程动画操作流程。预制外墙板的生产工艺如下：清理模台→喷脱模剂→组模→埋件安装→混凝土一次浇筑及振捣→安装挤塑板和连接件→安装钢筋网片→混凝土二次浇筑及振捣→养护拆模。相对于墙体而言，叠合板只需要一次混凝土浇筑，工艺相对简单。

3.4 施工场地布置

根据工程概况资料，完成拟建建筑，施工用机械设备，工程主材加工、堆放场地，办公用房，生活用房，变配电设施、消防设施，场内道路、围墙、工地大门和文明施工、绿色施工等措施布置。

在布置场地时遵循原则，严格控制在建筑红线之内；平面布置尽可能紧凑合理，考虑减少施工用地；运输路线保持通畅；尽量避免不同专业的施工相互干扰；符合现场卫生条件和安全技术所要求的防火规范等。

3.5 施工工艺流程模拟

预制外墙安装流程如下。抹找平层→外墙板就位→外墙板临时固定→插油毡条、聚苯条、塑料条→插节点构造钢筋→键槽钢筋焊接，浇注混凝土→外墙板底部捻干硬性水泥砂浆→拆除外墙板临时支撑。

叠合板吊装前要先定位设置好硬架支撑，按预留吊点位置起吊，按设计支座位置缓慢到位后再调整搁置长度。

预制楼梯吊装前先检查各处标高，以及预埋件的位置和完整度，试吊时的高度不超过1m。临时固定以及设置踏步角保护等，待轴线和标高确认无误后设支撑，最后卸吊索。现浇节点施工工艺：清理→模板支设→底部浇筑50~100mm 厚与混凝土同配合比的水泥砂浆→混凝土分层连续浇筑，随浇随捣→养护→拆模。

限于篇幅，仅列出装配式建筑三维模型整体施工动画模拟，如图2 所示。图3 为工程施工场地漫游。

图2 整体模型动画

图3 场地漫游

4 结语

BIM 设计涵盖了装配式建筑设计、生产、施工等多个环节中的工程应用。通过对该项目的结构设计、建筑拆分深化、装配式虚拟实操以及各对应环节的流程模拟等任务，考核在装配式工程中的对构件的拆分设计和深化能力，以及对预制构件生产和施工流程方案的掌握程度。Revit 软件为人们提供了一个可进行模型优化、排布修改构件和配筋，在不断熟悉结构和流程的条件下对施工进度、质量和资源进行管控的学习平台。