BIM技术在装配式混凝土结构深化设计中的应用

为使BIM技术与装配式混凝土结构深化设计有效结合，提高装配式混凝土结构设计精度，从而进一步提升装配式混凝土结构施工质量和效率。本文以实际工程为例，对BIM技术应用在装配式混凝土结构深化设计中的四个方面进行深入研究，并对BIM技术应用于深化设计中的优势进行分析。为BIM技术在装配式混凝土结构深化设计阶段中的应用提供了借鉴。

01

工程概况

本工程为沈阳某住宅项目，本工程一期共6栋装配式住宅，采用剪力墙结构体系，其中单栋装配式混凝土结构建筑高度92.15m，层数为31层，建筑面积为13533.7㎡。主要装配式构件为预制墙、预制楼板与预制楼梯。标准层预制墙52块，预制楼板34块，预制楼梯4块。

02

BIM 技术在钢筋深化设计中

的应用

钢筋排布

利用BIM技术对混凝土预制件进行钢筋排布时，需创建混凝土预制件三维模型，根据设计图纸的要求对构件中钢筋进行布设。本工程对叠合板中钢筋进行深化设计时，首先构建预制板形状模型，该预制叠合板构件尺寸为3830×2475mm，厚度为60mm，材质为C30混凝土。为连接叠合板预制层与现浇层混凝土，使构件达到在运输、安装及使用过程中防止构件开裂的刚度要求。该叠合板布置5根桁架钢筋，间距为500mm，桁架钢筋露出叠合板外37mm。桁架上弦筋规格为C10，桁架腹杆钢筋规格为A6，桁架下弦筋规格为C10，间距100mm，桁架钢筋焊接成型。利用Revit软件创建预制叠合板深化设计三维模型，对叠合板钢筋位置进行排布，检查钢筋排布是否合理，有无交叉。

图1 预制板中钢筋明细表

图2 预制叠合板三维模型

钢筋碰撞检查

建筑工程中钢筋数量多，形状各异，钢筋的排布形式密集交错，难免会出现“钢筋打架”的地方。尤其在对预制构件中的钢筋进行排布时，就会容易忽略预制构件与现浇部分连接节点钢筋位置是否会发生碰撞。因此，利用BIM软件进行建筑、钢筋模型构建后，可通过Tekla Structures中的自带碰撞校核管理器来检查钢筋，碰撞检查完成后，管理器对话框便会将所有碰撞的位置全部列出，便可根据碰撞检查结果进行检查修改。利用BIM软件检查出预制墙中水平筋与现浇部分竖向钢筋碰撞如图3所示。

图3 预制墙与现浇部分钢筋节点BIM 模型

03

BIM 技术在预留预埋深化设计中的应用

管道预留孔洞

管道预留孔洞主要集中于厨房卫生间位置预制叠合板中，为了防止因管道穿过楼板引起的现场二次开凿，本工程在预制叠合板给排水预留孔洞深化设计时，结合给排水管道施工图，考虑管道布设位置、管径、出管方式等因素，利用Revit软件建立工程三维模型，将创建好的土建、钢筋、机电模型在BIM软件中进行整合，采用三维开洞技术，确定孔洞布设位置及孔洞直径，还可导出图表明确表达出每个预制构件的开孔情况如图4所示。

图4 预制板预留洞口

图5为某预制板中管道预留孔洞深化设计前后对比图，预制板中管道预留孔洞与钢筋排布位置发生了冲突，深化设计时修改钢筋形状对管道预留孔洞进行避让，避免施工时管道安装与钢筋发生碰撞。

图5 预制板中管道预留孔洞深化设计

预埋件

由于混凝土预制件本身截面尺寸的限制，使混凝土预制件中预埋件的深化设计要求更为精确，一旦设计完成加工制作，预埋件位置便已确定，不可随意变动。故对于预埋线盒，高度及预埋深度应合理布置，避免预制层覆盖线盒进出线口导致后期无法进行线缆穿设。深化设计时还需根据机电设计图纸及装饰装修深化图纸进行定位确定预埋线盒敷设位置，实现电气管线后续施工的接驳。本工程某个预制内墙中预埋螺母、预留穿孔、预埋线盒及预埋管槽布设位置三维模型如图6、图7所示。

图6 预制墙中预留槽与钢筋位置深化图

图7 预制墙预埋件布置三维模型

在二维图纸中不能直观反映斜撑与埋件连接情况，若预制墙中斜撑套筒位置与平面布置图中斜撑埋件中位置出现偏差，现场施工时斜撑套筒与斜撑埋件便无法连接。利用BIM软件绘制三维模型，可以检查斜撑与埋件位置是否能够对应，出现偏差时调整斜撑位置，便于施工安装。基于BIM 模型的斜撑连接位置图如图8所示。

图8 基于BIM 模型的斜撑连接位置图

04

BIM 技术在构件连接节点深化设计中的应用

预制楼梯连接节点

本工程预制梯段与梯梁之间的连接节点采用高端支承为固定铰支座，低端支承为滑动铰支座的连接形式，楼梯梯段应设有预留孔预留C级螺栓与梯梁连接，在螺栓下端设钢筋锚固板，并设置孔边加强筋，梯段与梯梁水平缝隙之间铺设水泥砂浆，高端梯段与梯梁垂直缝隙之间进行聚苯板填充，低端梯段与梯梁垂直缝隙之间不填充材料。预制楼梯连接节点深化设计如图9、图10所示。

图9 预制梯段与梯梁高端连接节点

图10 预制梯段与梯梁低端连接节点

剪力墙与叠合板连接节点

剪力墙与叠合板节点连接有多种形式，本文重点介绍本工程预制板无外伸板底纵筋的中间层剪力墙中间支座的预制板与墙体的连接节点。预制构件连接时需添加直径为A8的通长构造钢筋，间距为300mm，并设置板底连接纵筋与水平后浇带纵向钢筋，其剪力墙中竖向钢筋采用的连接形式为钢筋套筒灌浆连接。剪力墙与叠合板连接节点深化设计如图11所示。

图11 剪力墙预制叠合板连接节点

05

BIM 技术在安装模拟中的应用

利用BIM技术进行混凝土预制件吊装模拟施工，在BIM软件中进行场景渲染布置和吊装动画模拟，创建接近真实的施工环境，实现不同吊装施工方案仿真模拟，施工单位可以根据模拟结果选取最优施工组织方案，还可利用BIM可视化更好地使现场施工工人了解吊装工序，避免施工时出现吊装顺序错乱的问题。基于BIM的虚拟施工流程图如图12所示。

图12 基于BIM 的虚拟施工流程图

预制板吊装模拟

为保证工程施工安装顺利进行，利用BIM软件模拟混凝土预制件吊装施工顺序。叠合板起吊时，要尽可能减小在非预应力方向因自重产生的弯矩，进行吊装时吊点应均匀受力，保证构件平稳吊装，在距吊装位置1.5m时，调整叠合板的位置。预制板吊装模拟施工如图13所示。

图13 预制板吊装模拟施工

预制墙吊装模拟

预制墙的吊装模拟，采用Revit软件对模型进行拼装完成后。在距板1m时，缓慢下降，注意连接钢筋与外墙板下放孔洞是否对齐，对准后将预制外墙缓慢下降直至完全就位。创建斜支撑动画集，以板就位的时间点为斜支撑出现的起点制作动画。预制墙板吊装模拟施工如图14所示。

图14 预制楼梯吊装模拟施工

06

基于BIM 技术的深化设计与传统深化设计对比优势分析

传统装配式混凝土结构深化设计只能在二维图纸上进行，设计单位对预制构件进行深化设计时都会存在钢筋位置与线盒埋件的碰撞、与构件生产、施工工艺不符等状况。如果这些问题在构件施工安装时才会被发现，便要导致重新修改设计，重新生产安装的问题。但基于BIM 技术的装配式混凝土结构深化设计利用BIM技术的可视化、协同化、模拟性等优势便可解决传统深化设计所面临的问题，进一步降低设计误差，提高设计的准确率，为后续混凝土预制件的生产及装配式建筑施工提供质量保障。

图16 基于BIM 技术的装配式混凝土结构深化设计

07

结语

本文通过对BIM技术在装配式混凝土结构深化设计中的具体应用与实际案例结合进行分析，得出以下结论：

1.基于BIM技术的装配式混凝土结构深化设计，利用BIM技术可视化、模拟性及碰撞检测等优势，摆脱了二维平面绘图的弊端可实现快捷、高效、精准的深化设计。

2.装配式混凝土结构深化设计工作在整个装配式建筑全生命周期中起着承上启下的作用，将BIM技术应用于深化设计阶段可避免构件在施工时在发现因设计失误而产生的问题，缩短设计周期。

3.BIM技术在装配式混凝土结构深化设计中的应用仍存在欠缺，如BIM软件出图样式不标准，装配式建筑BIM标准不成熟等问题。BIM 技术在装配式混凝土结构深化设计中的应用仍需进一步探索和研究。

（责任编辑：奚雅青）

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