基于BIM技术进行ALC外墙深化设计的应用探究与实践

李伟，沈万玉，王从章，刘梦，刘嗣逸 （安徽富煌钢构股份有限公司，安徽 合肥 230786）

1 应用背景

装配式钢结构体系化发展趋势明显，相关的科研院所及头部企业在国家关于更好更快地发展装配式钢结构建筑的政策引导作用下，投入了不少的研发力量，安徽富煌钢构股份有限公司作为钢结构全产业链的相关企业，近年来也大力促进装配式钢结构建筑体系化发展，体系化发展讲究的是全面，也是系统性的。

以往的项目中，以项目实施为主体，通过钢结构主体为主轴，贯穿内墙、外墙的实施。实施中，外墙的深化设计均由构件厂负责实施，会与钢结构主体或其他部分不协调，导致设计偏差，轻则现场重新调整，耽误了建设时间，重则材料作废，需重新进行原材料加工，深度与精度都达不到现场可以快速装配施工的要求，对装配式钢结构的优势形成了不小的削弱。本文的技术建立在项目实践中，结合ALC 外墙的设计要点及BIM 技术手段，一方面把以前独立的业务，通过BIM 技术手段融合起来；另一方面，要想BIM 技术得到落地发展，肯定也要进入到业务当中，因此，在这样的背景下，本文从具体的工程案例出发，把体系化的局部放大，详细阐述在装配式钢结构建筑中使用蒸压加气混凝土条板（简称ALC）时，如何有效地应用BIM 技术手段进行ALC 的深化设计，进而再通过BIM技术下的设计，实现项目成本减少及效益的提高。

2 应用实施

本文依据BIM 技术正向设计流程，通过BIM 中心集成项目实施数据，衔接设计与施工现场，使用Revit 进行ALC外墙深化设计，应用流程如图1所示。

图1 BIM技术进行ALC外墙深化设计的应用流程

2.1 方案编制

BIM 技术主要的优势是借助于其可视化、模拟性等特征，对工程项目进行“提前量”，基于这些可视化的内容、模拟性的成果，进行工程项目设计问题调整及工序工艺优化，实现这一应用目标的前提是进行对应的应用方案的编制，ALC 外墙的方案主要结合对应的国家标准规范的要求、施工要点，甚至于产业化工人的安装习惯，将相应的要求、数据汇总形成ALC 外墙的深化设计技术措施，完成方案的编制工作。

2.2 三维设计

三维设计即依据项目整体装配式技术的方案，对ALC 墙体进行模型搭建、标记的设计过程。本项目作为装配式钢结构示范项目，设计阶段已经进行了三维辅助设计工作，已经形成了可依赖的正向设计的建筑信息模型，基于这一前置要素，针对ALC 外墙孤立的建立是一条设计效率不高的路径，在本项目实施过程中，由方案阶段形成的整体技术要点对墙体类型进行标记划分，一旦明确所采用的外墙技术，会快速形成模型应用流程，增加ALC 外墙的模型发布对象，ALC 外墙深化设计人员接收到发布的专业模型时，应先行进行校核，以确定其满足进行ALC外墙深化设计的条件。

2.3 模型绑定

数据绑定即依托于已经形成的建筑模型链接，并绑定到ALC 专项模型的操作。ALC 外墙深化设计人员在对建筑模型定向发布后，进行接收并予以核检，方可开展数据绑定作业，根据项目级BIM技术应用方案，实施外墙数据绑定，建议在数据绑定之前，应建立项目级别的模型应用标准与方案，以利于标准化的作业需求，这是应用BIM 技术的重中之重，否则，非但无法发挥BIM 技术的优势，反而耗时间、耗精力。项目级的应用方案包括项目样板、标准化族库、共享参数文件等。

2.4 数据标识

为达到统计工程量、出具明细表、计算拆分方案损耗率的应用目标，需要在已经形成的ALC 专项模型进行的特征参数输入进行标记的操作，这就是ALC深化设计的数据标识工作。ALC 外墙深化设计人员在对ALC 专项模型绑定形成之后，应首先对参数进行检查，如缺少应按照方案的要求进行相应参数的添加，本项目添加的参数是在拆分过程中根据各单位的应用需要进行添加，包括用于区分墙体排布方式的“型式”、用于辅助计算损耗率的“墙体高度”“损耗量”等参数，根据项目应用目标，应建立项目级别的模型应用标准与方案，以利于实现批量化、格式化的数据编辑与输入。当前的BIM 技术在应用效率上确实有很多需要强化的地方，模型的交互、数据的批量读写、基于数据的快速分析都是当前BIM 平台软件比较欠缺的，这也是BIM 技术应用难以落地的症结所在，随着行业越来越多的应用需求与市场推动，相关交互、效率与数据应用的问题会逐步得到解决。

2.5 专项模型重构

ALC 外墙深化设计专项模型应独立为一个专项模型，对该模型的重构主要包括切槽、转孔、放置连接件等。进行ALC 外墙模型的重构，这里有几个要点需要注意，首先应当明确外墙的具体做法，当前装配式建筑技术处于一个发展阶段，新的体系层出不穷，同时规范、图集对有些作法并没有明确表示，因此专项模型重构时，务必应在已经固化并形成的方案基础上，将做法落实到专项模型当中，本项目所采用的ALC 做法如图2所示。

图2 ALC外墙做法模型示意图

明确了具体的连接做法，应根据方案的表述执行，否则，重构的模型就很难做到统一，在应用效果上也会事倍功半。同时，还应当注意有钢柱的位置应预留缝隙，该缝隙大小也应与钢柱防火、防腐等做法相一致，同时结合ALC 外墙的安装空间，要求进行墙体的裁切与预留。最后，在门窗洞口处做法明确的基础上，应注意协调设计，对局部门窗洞口的位置与尺寸进行整体优化，在满足设计的基础上实现更多的整板。应当注意重构的ALC 专项模型还应与主体模型保持联动，即与建筑模型实现联动，与结构模型、机电模型、钢结构深化设计模型实现协同，后期的方案变更、碰撞检查都要基于此。同时，这也是一个保持模型动态与数据继承性的工作机制。

2.6 全专业碰撞检测

ALC 外墙专项模型重构完毕后，应及时进行全专业的模型碰撞检测，基于链接的结构模型、机电模型进行深化设计，完成对应的ALC 深化设计模型，预期是无碰撞进行全专业的碰撞检测，查看是否有遗漏的设计墙体。同时，在ALC 外墙深化设计过程中，项目可能会发生一些变更，模型也会得到更新，包括钢结构深化设计的模型可以作为参照模型一并进行检测，设计人员可以使用Revit 完成一个快捷的碰撞校核，对应的审核人员应当使用Navisworks 完成更加丰富灵活的检测，出现碰撞问题应进行原因核查，涉及多专业的应由各专业设计师基于具体问题分析讨论，形成解决方案，并经过再次碰撞检测，无误后进行下一个事项。

2.7 三维拆分设计

ALC 外墙重构的模型经全专业碰撞检测无误后，进行ALC 墙体的拆分作业，依据方案中预先确立的拆分原则进行墙体拆分，既要满足国家相应的规范要求，又要最大化地利用整板、节省材料、降低损耗率。拆分时遵循先切后割、先竖后横的顺序，优先把墙体上下的切口进行切除，然后附加连接角铁，之后再进行墙体的拆分设计，拆分墙体时，门窗洞口等处受力较弱且使用频率高，应保证门窗洞口处为整板的原则，借助于BIM 技术三维可视与多窗口联动的设计优势，可以直观快速地完成ALC 墙体的定距离、定尺寸的拆分，拆分模型如图3所示。

图3 重构模型到三维拆分模型

2.8 全专业碰撞检测

三维拆分设计完毕后，完成了ALC墙体由整墙轮廓到单个构件的转变。首先，作为后续出图工作的基础模型，应确保其正确性；其次，防止在拆分过程中的模型更新，应进行全专业二次碰撞检测，以系统性地消除拆分模型中的碰撞问题以及遗漏拆分的问题，核检无误后，即可进行出图流程。

2.9 施工与安装图纸出具

由构件厂出具的图纸一般较为粗糙，同时，图纸与现场实际应用情况有差异，又无法动态跟踪项目的变更情况，对下料、现场切割与安装均造成了工期成本与技术障碍；本项目图纸出具过程中，不仅与构件厂进行了沟通，以更好地满足生产的需要。同时，也和一线的产业化安装工人进行沟通，以更便利地满足现场安装的需要。因此，在三维拆分模型的基础上，发挥BIM 技术的可出图性特征，有足够的优势进行需求成果的契合，为满足生产与安装需求，进行平面布置图、立面布置图、轴侧安装图的出具（如图4 所示），借助于Revit 软件丰富的视图设置与参数化，进行构件明细表创建，包含各型号条板的数量、方量。在轴侧安装图中，进行整板区分，产业化工人在安装ALC 外墙时，可以较大地提高安装的效率。

图4 基于Revit三维设计模型进行平面布置图、立面布置图、轴侧安装图与明细表出具

3 应用总结

为保证ALC 板材的性能与工序要求，本项目依托BIM 技术，构建了三维设计、数据绑定、专业模型重构、协同碰撞检查、安装布置图出具等一整套的应用流程，同时结合对应ALC 板材方案进行可视化施工交底，既实现了ALC 板材整体技术的可行性、先进性，又借助于三维可视化的BIM 模型，让产业工人图文并茂地了解ALC 板材与工序，进而保证技术交底、安装得以顺利进行。经过该项目实践，也正在开展BIM 技术应用工作的更多业务中，将传统业务使用BIM技术手段完成，不仅仅是对产业的一次结合，也是对建筑业本身一次从局部到整体的数字化革新，BIM 技术完善业务，业务又推动着BIM 技术向前发展，随着BIM 技术的逐步推行并落地，将会为我国装配式建筑发展赋能，完成装配式建筑的跨越式发展。