BIM技术下的预制装配式混凝土结构设计方法

毛维帅

1 引言

当前，随着社会经济的不断增长与建筑行业的飞速发展，人们不但越来越追求建筑品质，同时也越来越追求建筑的施工速度，而预制装配式混凝土结构建筑正可以同时满足这两项要求。预制装配式混凝土结构是提前在工厂中加工制作好各种混凝土结构构件，再运送到施工现场进行现场拼装，而不必进行现场混凝土浇筑。不过，预制装配式混凝土结构对设计的要求较高，若想确保设计方案的科学性与合理性，需要运用到一些先进技术，比如BIM技术。

2 相关概念简介

2.1 BIM技术简介

BIM 技术即建筑信息模型技术，它是一种以建筑工程的各项信息数据作为模型基础，依据它们来建立建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑真实信息的科学技术。BIM技术中包含了计算机模拟技术、虚拟仿真技术及三维可视化技术等诸多先进技术，因此它是一种集成化的技术。BIM 技术的主要优势在于它的信息完备性、一致性、关联性、模拟性、可视化、协调性、优化性以及可出图性。无论在建筑设计、建设还是工程管理等工作中，BIM技术均拥有着十分重要的应用。

2.2 预制装配式混凝土结构建筑简介

预制装配式混凝土结构建筑是预制装配式建筑中的一种主要类型，又称PC建筑。预制装配式建筑的概念早在上个世纪初就已经诞生，后来传至我国，逐渐在我国得到了很大发展。简单来说，预制装配式建筑就是指先将建设所需的各个结构构件在工厂中成批量的预制好，再将它们运送到施工现场进行现场拼装施工的建筑形式。我们可以把预制装配式建筑中的各个结构构件比喻成设备的零部件，其建设过程即类似于设备的生产过程，先在工厂中生产好各项零部件，再用零部件组合成设备。而预制装配式混凝土结构建筑的主要预制构件是混凝土结构构件，它是提前在工厂中加工制作好各种混凝土结构构件，再运送到施工现场进行现场拼装，而不必进行现场混凝土浇筑。

3 BIM技术下的预制装配式混凝土结构设计思想

BIM 技术的基础是三维数字技术，三维数字技术在预制装配式混凝土结构设计中的主要应用是建立数字化建筑结构模型。三维数字技术具备强大的可视化功能，利用它建立了数字化建筑结构模型之后，就可以实现对预制装配式混凝土结构整个设计过程的仿真模拟，并使多专业、多部门可以有效进行协同工作。在实际应用BIM技术进行预制装配式混凝土结构设计的过程中，应当要充分发挥出BIM技术的优势，尽可能的提高混凝土结构构件的通用性。在具体的预制装配式混凝土结构方案规划设计中，应遵循“以最少构件实现多样化结构”的设计思想，而这前提是要先建立起一个完善的预制混凝土结构构件库，目的是降低结构构件设计难度、提高结构构件设计效率、节约结构构件设计时间以及减少成本支出，最终实现经济效益与社会效益的双重提升。

4 BIM技术下的预制装配式混凝土结构设计方法

4.1 明确设计程序

预制装配式混凝土结构的设计程序一般应分为三个阶段：第一个阶段是方案设计阶段，在此阶段主要是从户型和标准层的设计、构件拆分原则的确定、预制混凝土结构构件的布置方案等入手进行整体建筑的方案设计；第二个阶段是初步设计阶段，在此阶段主要是对预制混凝土结构构件的类型及尺寸等进行合理的选择，确保符合工程的实际情况；第三个阶段是施工图设计阶段，在此阶段主要是对预制混凝土结构构件进行深化设计，并对设计信息进行扩展，以给实际施工工作提供科学合理的依据。

4.2 构建和完善构件库

在预制装配式混凝土结构设计过程中，往往需要运用到很多不同型号和不同尺寸的预制混凝土结构构件，所以只有先保证了这些预制混凝土结构构件的加工质量，才能够保证预制装配式混凝土结构的整体施工质量。但同时，这也给预制混凝土结构构件的加工工作带来了很大的难度，特别是如果想实现构件工厂化、标准化生产的话，必须要采取一些专业措施。而在BIM 技术下，借助于BIM 技术所提供的强大的可视化功能和易拆分功能，可以有效构建和完善构件库，从而大大方便预制混凝土结构构件的加工和生产。应用BIM技术进行设计的优势主要在于，它能够按照预制装配式混凝土结构建筑工程的实际形式、构件适用性以及加工工艺等来合理分类及高效整理预制混凝土结构构件。另外，在实际预制装配式混凝土结构设计过程中，还需要注意尽量优先选择那些通用性较强的构件，并将全部构件均统一纳入到构件库中进行管理，同时不断更新构件库，从而逐渐形成较为完善的预制混凝土结构构件库。

4.3 建立和优化结构模型

在构建完成一个比较完善的预制混凝土结构构件库后，就要开始进入正式的预制装配式混凝土结构设计。在其具体设计过程中，应当要充分利用构件库，根据实际设计需求在构件库中选择既合适而又性价比较高的预制混凝土结构构件，并利用所选构件来数字化模拟预制装配式混凝土结构的整体方案，建立出相应的结构模型。若是没有在构件库中找到比较合适的预制混凝土结构构件，则需要结合实际设计需求而重新设计专门的构件，并记得将新设计的构件也及时补充到构件库当中，从而使构件库中的可选构件素材不断丰富，为以后的设计工作提供更大的便利。再者，为了确保结构设计方案的安全性与可靠性，在应用BIM 技术进行预制装配式混凝土结构设计之时，还应当要全面分析所建立的结构模型，充分利用BIM 技术的可视化功能来不断调整和优化结构模型。需要注意的是，如果在分析结构模型的过程中发现了所选用构件不太合适的情况，则还要重新寻找、选择或者设计构件，直至其适合于本预制装配式混凝土结构工程为止。总的来说，BIM 技术下的预制装配式混凝土结构设计方法可以有效规避各种施工风险、大大降低在施工过程中的问题发生率。

4.4 充分应用结构模型

无论是预制混凝土结构构件的加工、运输还是拼装等环节，均可以利用BIM 技术进行合理的规划。其中，构件拼装是预制装配式混凝土结构施工的最关键环节，在此环节中，BIM技术有着非常重要的应用。利用所建立的结构模型，可以模拟整个预制装配式混凝土结构工程的构件拼装过程，以便于对工程建设进度和建设质量进行更精准的把握。其次，借助于结构模型，能够在工程建设前及时发现各种潜在的问题和风险，从而及时解决问题、提前规避风险，以确保预制装配式混凝土结构施工工作的顺利开展。再者，依托于结构模型，还可以对预制装配式混凝土结构施工过程中的基础设施和材料堆放区域、器械设备摆放区域等进行合理的规划，从而更有效的保证施工质量和施工安全。

4.5 优化构件拆分

构件拆分是预制装配式混凝土结构设计中的一项关键环节，可以应用BIM 技术及一些相关插件（例如Structural Precast for Revit插件）对预制构件进行拆分进行优化。在实际构件拆分过程中，应根据拆分原则设定的拆分条件，对结构楼板、基础底板、结构墙体等进行有效分割，从而实现对预制混凝土结构构件的分块设计。另外，在构件拆分过程中还应当要综合考虑预制装配式混凝土结构工程的实际情况。

4.6 开展碰撞检测

通过碰撞检测，可以明确预制装配式混凝土结构工程中各管线、各部件之间存在的冲突，以指导设计方案的改进。在利用BIM 技术构建出预制装配式混凝土结构模型后，再通过软件自带的自动化碰撞检测功能即可直接开展碰撞检测，并得到相应的异常问题报告。

5 结语

综上所述，在预制装配式混凝土结构设计中，通过运用BIM技术，可以大大提高设计方案的科学性与合理性，并简化设计过程。在实际设计过程中，首先要明晰设计思想，然后把握好相关设计方法要点，包括明确设计程序、构建和完善构件库、建立和优化结构模型、充分应用结构模型、优化构件拆分以及进行碰撞检测等，这样才能够保证设计效果。