利用BIM技术进行二次结构深化设计
张树斌 刘伟 范海洋
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张树斌 刘伟 范海洋,. 利用BIM技术进行二次结构深化设计[J]. 中国设计,20252. DOI:10.12721/ccn.2025.157420.
摘要: 应用BIM技术对建筑工程进行建模和施工模拟,利用模型的全面性、准确性、高效性及可预见性,优化建筑施工的过程控制,能够降低成本、缩短工期、提升品质,实现绿色施工。砌体深化排布是建筑工程BIM技术应用的主要子项,应用BIM软件对砌体进行深化排布,以解决传统二维砌体排布出错率高、工作量大、工效低等问题,有效降低施工成本。本文以在建上海海洋大学海洋科技楼为对象,根据Revit软件已建立的海洋科技大楼土建模型,使用广联达软件尝试该工程砌体进行深化排布,导出砌体三维大样图和材料统计表,探索用于直接指导现场施工的可能性。
关键词: BIM;建模;碰撞问题;砌体排砖;二次深化设计
DOI:10.12721/ccn.2025.157420
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排砖是施工过程中必不可少的一部分,在传统的二维砌体排布中,技术员需要在施工前花费大量时间完成排砖图的绘制和用量的统计,不仅工作量大,而且出错率很高;若不提前进行排砖,工人在现场排布时随心所欲直接切割堆砌,砌满为止,导致现场施工费时费工,甚至影响工程质量,大量已切割的砌体砖无法继续使用,工程材料被浪费。

运用BIM技术,在已完成的模型上通过创建二次砌体墙,设置好砖体材料和规格、预留洞口、调整灰缝宽度等等,生成三维砌体排砖图,有效提高了砌体排布效率和准确度。实际应用中每一面墙所需的用砖量、留洞数量、水泥砂浆用量都经过严密的统计,避免了浪费,减少了污染,减轻了工人的工作量。

1国内外研究现状

乔治亚理工学院的数字建筑实验室(DBL)在2013年1月绘制了建筑信息模型(BIM)在整个砌体行业(Gentry2013)的路线图,提出了三个重点项目——砌体单位模型定义项目(MUMD)、BIM-M基准项目和砌体墙定义项目(MWD),提出了砌体域这一概念,为砌体结构参数化建模和规范奠定了基础。

云南农业大学窦法楷,金永超等人对Revit中族这一块进行了分析,他们基于窗族展开了研究,首先通过修改窗族的参数属性、创建出砌体实例,然后整合明细表信息并模拟砌体排布,最后导出得到砌体需用量和排砖图,帮助技术人员和施工人员进行现场精准施工。研究表明基于已有的Revit族创建能够满足实际工程要求的族类型并付诸实践,这是实施精益施工、促进BIM应用全面发展的新方法,不仅提高现场施工效率,还减少了噪音、粉尘对环境的影响。

哈尔滨工业大学杨新聪,王凤来等人以BIM于砌体建筑墙体设计的应用为例,以Revit软件作为平台,开发了新的设计插件,整合了工程量、造价系统的砌块建筑设计。先对楼层标高和墙体类型进行准确筛选,使用内置公式计算选择墙体的砌块用量,设定好工程需要的砌块强度后,可直接完成工程材料价格的初步估计,省略了导入其他的软件的过程,有利于从经济性角度优化设计。

武汉中建三局集团有限公司戴路,武超等人阐述了武汉大学大学生体育活动中心项目利用BIM技术进行砌体工程综合排布实施过程和方法总结。该工程砌体施工与机电管线安装施工同时进行,重点研究如何进行准确的管线洞口、线槽的预留预埋。利用Revit软件进行砌体预留洞口模型的创建,通过插件设置好相关参数,能够快速生成所有的预留洞口,避免了之后的二次开洞、开槽,既提高了工作效率,又节省了费用。

杨文博,朱洁[7]等使用了BIM5D中构件ID查询编辑功能,将楼层中每面二次结构墙设定成单独的个体,其中墙体尺寸、材质、砌块数量和位置坐标等信息集合在二维码中,建立一墙对一码体系,实现了BIM+物联网技术在砌体结构施工中的应用。
3、BIM技术在二次结构施工中的应用

3.1设计方案的优化

利用BIM软件可以集合业主要求、现场环境、经济条件、艺术需求等多方面信息,建立三维模型,并通过BIM的虚拟技术对建筑空间进行可视性规划,完成室内空间的虚拟布置;可融合结构设计师、给排水设计师、电气设计师、设备设计师的设计信息,减少设计失误,提高工作效率。装配式二次结构建筑构件种类、数量较多,构件之间的设计与连接是设计与施工过程的难点,利用BIM的三维模型可以对结构各部分功能构件进行可视化碰撞检查,进一步优化设计方案和施工方案。

3.2优化节点设计和杆件布置

设计院提供的施工图仅给出节点原则性的构造要求:所有杆件采用等强节点连接,施工中自行根据构件空间位置进行深化设计。大屋盖中所有杆件均采用不同截面高度的H型钢,同一节点处最多有11根杆件相交。原则简单,但具体到每个节点中却可能造成加工焊接难度大,甚至无法实施的程度。通过BIM软件多角度观看、剖切观察,结合实体样板节点检验设计的可施工性,最后会同设计院、专家,根据受力重要程度合理简化修改多余节点的连接及构造,减少节点焊接量,既保证结构安全、又降低施工难度、方便加工和安装、同时减少焊接及节点内应力,使节点受力更合理。

3.3构件的预制与生产

在建筑工程的施工过程中,厂商需要根据工程的进度与需求结合实际情况进行各个部位所对应的构件的生产与加工,在满足运输与储存的条件下,对于预制构件生产清单的更新就显得尤为重要。通过BIM技术的实际应用,结合相关方面的专业软件,通过对建筑施工的三维模型实时导出2D图纸,能够及时地对预制构件生产清单进行更新,并且能同时导出所需生产的构件尺寸。材料与安装方面的数据信息,从而提高了预制构件的生产效率,确保了预制构件在生产过程中的质量与品质。

3.4进度规划合理化

二次结构由于其本身的原因,运输和吊装均不方便。大多数钢构件多以现场拼接为主,钢构件拼接点的选择需要考虑的因素较多,为后期的安装带来诸多麻烦。建立的BIM模型可以根据施工阶段的实际情况进行仿真模拟,对吊装、拼接等多项工作进行仿真处理,及时发现问题并调整施工方案。同时,BIM模型融合了各部分施工工序,可以对各分项工作进行整合处理和整个施工流程的模拟处理,根据模拟效果编制施工方案,优化施工进度安排,监控施工质量,有效控制建设成本。

3.5施工阶段应用

在二次结构施工中,项目的成本控制、施工质量和施工进度等方面都还存在一些问题,由于工程的变更而引发造价波动,或者其安装工艺使用不当会导致工程延期等,以及由于安全意识薄弱,而导致安全事故的发生等。这些问题都不利于保证工程建设效率和质量安全。应用BIM技术,通过参与管理其3D模型中构件,并关联3D模型和时间轴,然后进行4D模拟施工,并模拟其施工场地布置等,从而实现施工前对施工计划的审查确保安装工艺的合理性,避免工序间出现冲突,以及埋下安全隐患等,及时纠正存在偏差,才能更好地确保施工目标的实现。

结束语

综上所述,在二次结构建筑优势逐渐明显,得到建筑行业认可的同时,加强BIM技术的成熟与应用便成为我国建筑行业未来发展的主要趋势。BIM技术的应用能够将二次结构的设计、制造以及安装进行进一步的优化,有效解决异型二次结构的建模等问题,推动我国建筑行业又好又快发展。

参考文献

[1]郭占锋.BIM技术在二次结构工程建设阶段的应用[J].建材与装饰,2018(48):84-85.

[2]嵇蕾.BIM技术在二次结构工程建设阶段的应用分析[J].居舍,2018(33):50.

[3]熊维.新时期BIM技术在二次结构工程中的应用探讨[J].现代物业(中旬刊),2018(11):53.