装配式混凝土结构的BIM应用

孙伟宾 王哲

【摘要】随着国家绿色建筑的不断推进，装配式混凝土结构作为一种绿色、环保的结构形式得到了大力推广。BIM模型三维、信息化的特点，特别适合应用于装配式混凝土结构的设计和施工，从而一直受到各界的关注。本文主要介绍了，笔者这些年从事装配式混凝土结构BIM辅助设计的一些经验，以及由此引起的思考和展望。

【关键词】BIM;Revit;结构;预制PC

1、前言

装配式混凝土结构是由预制混凝土构件通过可靠的连接方式装配而成的混凝土结构，预制混凝土英文名precast concrete，简称PC。

相比现浇混凝土结构，装配式混凝土结构需要进行深化设计：进行构件拆分、布置钢筋与各类埋件、准确统计钢筋规格与长度、埋件型号与数量等。目前市场上，应用比较成熟的依然是CAD平台，本文重点讨论的是BIM平台在装配式混凝土结构辅助设计中的应用。Revit软件是目前市场中应用最为广泛的一款BIM軟件，涵盖建筑、结构、机电等各专业，因此文中如未特殊指明，BIM应用均特指Revit平台应用。

2、装配式混凝土结构BIM应用的实践

2.1钢筋模型搭建方案的比较

钢筋模型的构建，是装配式混凝土结构BIM应用的关键。钢筋模型属于高精度BIM模型，达到了LOD400以上的要求，主要需要解决的问题是建模效率和模型运行效率。在实际工程中，曾经尝试过以下几种方式（见表1）：

比较下来，方案1虽然是程序默认的方式，但过于追求自动化和智能化，实际的搭建和编辑效率都很差，而且模型极不稳定，不推荐在实际项目中使用。方案2类似于市场上许多“一键操作”的自动化软件，一键生成速度很快，但编辑功能相对较弱。方案3和方案4类似，区别只是预制砼部分和钢筋部份是否分离。提出方案3是为了降低预制族的复杂度，在实际使用过程中，发现复杂度降低有限，却需要花费精力协调预制砼和钢筋的一致性。实际使用过程中，从方案3转到方案4，工作效率提高了至少一倍。

确定了方案4后，各类预制构件模型如下图1：

2.2模型参数的管理

由于需要控制构件内各类钢筋、埋件的尺寸和位置，预制构件的参数极其复杂，往往需要几十个。仔细分析这些参数，可以将其分为以下几类（见表2）：

某种程度上讲，这些参数也代表了预制PC深化图的工作量。传统方法（例如：CAD）深化设计中，差不多有80%以上的精力，都用于搭建和维护参数类型1和2代表的内容中，留给类型3的精力也就是剩下的20%不到。我们知道，在类型3中，纵筋位置代表的是钢筋碰撞问题（预制结构绝大部分工地现场问题，都集中在节点区的纵筋位置）;建筑机电提资的预埋件和预留孔等，代表的是结构与建筑机电专业的协调，这些内容恰恰是深化设计中最重要或者最容易出问题的区域。

根据参数的特点，我们将类型1和2参数定义为类型参数，将类型3参数定义为实例参数。这样，实际工程中，根据单体中的预制构件尺寸和配筋定义少许构件类型，即可轻松解决这80%的工作量，而且这些构件类型在文件内复制和文件间传递非常方便。剩下的主要精力，都可以放在类型3参数相关的内容上。为了进一步提高工作效率，部门又制作了专门的预制构件标记族，专用于调整纵筋位置，避免了预制构件参数繁多的麻烦。

2.3模型的输出

预制构件的BIM模型，全面整合了预制构件的装配方向、键槽、钢筋、套筒、机电预埋等信息，利用部件的功能，可以很方面地生成：构件各方向的立面和剖面，钢筋和预埋件型号和数量的统计信息，构件自身的体积与重量等，如图2。BIM深化图后期阶段，只要补充相关的尺寸和标记即可，尺寸和标记都是BIM模型信息的映射，不存在图模不一致的问题。如果后期，出现建筑布置或者生产工艺的变化，只要调整相关布置或者构造参数即可。相比CAD平台，BIM深化图修改的效率更高。

2.4预制构件的优化

装配式混凝土结构的模型建立后，可以利用BIM统计功能的优势，做如下优化工作：

（1）利用明细表的尺寸排列功能，检索预制构件的尺寸种类，通过调整构件预制段的长度，减少预制构件的模板种类。

（2）利用明细表的配筋排列功能，检索预制构件的配筋种类，通过调整钢筋的直径、根数和位置，减少钢筋制作的种类。

3、工程应用

莘庄工业区租赁住房项目一、二、三街坊，位于上海市闵行区莘庄工业区，总建筑面积为225908平方米，地上建筑面积为170186平方米，结构体系为装配整体式剪力墙结构和装配整体式框架剪力墙结构。受业主委托，采用BIM技术对该项目的装配深化设计进行验证。

应用难点：项目体量大，模型精度要求高。

经过精细的布置，和多方面优化，搭建起了该项目全钢筋预制结构模型，如右图，对该项目预制构件的安装方向和拼接位置、预制构件与现浇部分的关系、预制构件外伸钢筋之间的关系、以及预制构件与机电管道的关系等，进行了全方位的检测。

从工作效率上讲：用时2个月，满足工程进度的要求。考虑到是初次大规模建立钢筋BIM模型，边工作边探索，如果提前建立在成熟的方法和流程中，这个效率还可以进一步提高。从模型效率上讲：如此体量的全钢筋预制结构模型，在运行过程中基本不存在卡顿现象，完全满足正常的模型浏览、检测、编辑等工作，如右图3。

4、总结与展望

4.1总结

（1）采用BIM技术进行装配式混凝土结构深化设计和钢筋级碰撞检测，技术上是可行的。

（2）采用BIM技术进行钢筋模型建模和编辑，钢筋和预埋件全部内置在预制构件内，采用参数控制，是目前效率最高的方式。

（3）采用BIM技术进行装配式混凝土结构深化设计，可以将大量的基本构造和规则在族内建立，从而解放设计师，可以将更多的精力放在更有价值的钢筋优化和专业间协调等工作上面。

（4）利用BIM技术的协同优势，装配式混凝土结构深化设计图，可以避免大量的图面不一致问题。

（5）相比传统CAD技术，BIM平台的修改效率更高。

4.2展望

（1）采用BIM技术实现装配式混凝土结构钢筋级别的建模，为进一步实现预制结构钢筋和预埋件工程量计算，解决了最主要的困难。

（2）采用BIM技术可以进一步补充预制结构临时固定措施模型，补充施工顺序、施工工艺、编码等信息，可以更直观地进行施工模拟的应用，优化施工方案。

参考文献：

[1]上海市住房和城乡建设管理委员会：上海市建筑信息模型技术应用指南.

作者简介：

孙伟宾，硕士，一级注册结构工程师。