BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式輕鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

  1.1 預(yù)制裝配式建筑

  預(yù)制裝配式建筑（Prefabricated Concrete，簡稱PC）始于17世紀(jì)，在20世紀(jì)初引起行業(yè)內(nèi)的關(guān)注，其建造方式如汽車制造過程，指建筑的構(gòu)配件采用工業(yè)化方法生產(chǎn)，在施工現(xiàn)場進(jìn)行安裝，是工業(yè)化建筑的主要方式。采用預(yù)制裝配式建造的建筑具有以下主要特點(diǎn)：生產(chǎn)效率高，建造速度快，現(xiàn)場濕作業(yè)少，施工受季度影響小。

  1.2 輕鋼結(jié)構(gòu)

  輕鋼結(jié)構(gòu)是指圍護(hù)結(jié)構(gòu)自重輕，承重結(jié)構(gòu)截面小，標(biāo)準(zhǔn)化、自動化、機(jī)械化快速制作安裝，采用新結(jié)構(gòu)鋼材的新結(jié)構(gòu)體系。輕鋼結(jié)構(gòu)主要體系有：門式鋼架結(jié)構(gòu)體系、多層框架結(jié)構(gòu)體系、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)體系、薄壁褶皺拱橋屋面體系、空間和張拉結(jié)構(gòu)體系。

  與傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)相比，輕鋼結(jié)構(gòu)對環(huán)境污染少，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，因此也被譽(yù)為“生態(tài)建筑體系”。我國大面積應(yīng)用輕鋼結(jié)構(gòu)是從20世紀(jì)80年代初開始，30多年來國內(nèi)逐漸形成了具有一定規(guī)模的輕鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)廠家。目前國內(nèi)輕鋼結(jié)構(gòu)多數(shù)用于工業(yè)及商業(yè)建筑，相比同類建筑體系，其建筑物重量減輕30%，使用面積可提高5%左右，且能有效提高勞動生產(chǎn)率，其崛起將給住宅建筑業(yè)帶來一次產(chǎn)業(yè)革命。

  1.3 建筑信息模型

  隨著建筑業(yè)信息技術(shù)的發(fā)展，建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）的相關(guān)研究及應(yīng)用取得了突破性進(jìn)展。BIM從某種意義上講源于制造業(yè)的產(chǎn)品全生命周期管理理論（Product Data Management，簡稱PDM）是以三維技術(shù)為基礎(chǔ)，信息管理為手段，建筑全生命周期為主線，將建筑產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)起來并集成項目相關(guān)信息的數(shù)據(jù)模型。BIM作為一種革命性技術(shù)，能夠利用所得信息，從全壽命周期角度對項目進(jìn)行分析、計算及模擬等工作，從而提高產(chǎn)業(yè)效率、降低成本并減少信息丟失。

  2. BIM與預(yù)制裝配式輕鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)合

  2.1 結(jié)合方式

  對于制造業(yè)的PDM，管理的基本單位為單個“零件”。傳統(tǒng)建造方式中其“零件”的概念不是很清晰，但在預(yù)制裝配式建造方式中，預(yù)制的柱、梁、板等構(gòu)配件實質(zhì)就是建筑物被“零件化了”，所以BIM技術(shù)在此建造方式中具有天然的應(yīng)用優(yōu)勢。

  預(yù)制裝配式輕鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件對工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化程度要求較高。BIM與其結(jié)合，可以較容易實現(xiàn)模塊化設(shè)計及構(gòu)件的零件庫。另外基于全壽命周期的信息管理可以對其生產(chǎn)運(yùn)輸及施工過程進(jìn)行合理計劃，從而實現(xiàn)構(gòu)配件的零庫存管理。

  BIM與預(yù)制裝配式輕鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)合亮點(diǎn)包括：

  2.1.1實現(xiàn)裝配式建筑在全壽命周期中各個階段的集成，協(xié)調(diào)各個階段的關(guān)系，減少變更

  預(yù)制裝配式建筑項目傳統(tǒng)的建設(shè)模式是設(shè)計→工廠制造→現(xiàn)場安裝，相較于設(shè)計→現(xiàn)場施工模式來說，已經(jīng)節(jié)約了時間，但這種模式推廣起來仍有困難，從技術(shù)和管理層面來看，一方面是因為設(shè)計、工廠制造、現(xiàn)場安裝三個階段相分離，設(shè)計成果可能不合理，在安裝過程才發(fā)現(xiàn)不能用或者不經(jīng)濟(jì)，造成變更和浪費(fèi)，甚至影響質(zhì)量；另一方面，工廠統(tǒng)一加工的產(chǎn)品比較死板，缺乏多樣性，不能滿足不同客戶的需求。

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  BIM技術(shù)的引入可以有效解決以上問題，它將設(shè)計方案、制造需求、安裝需求集成在BIM模型中，在實際建造前統(tǒng)籌考慮設(shè)計、制造、安裝的各種要求，把實際制造、安裝過程中可能產(chǎn)生的問題提前消滅。

  2.1.2實現(xiàn)裝配式建筑在全壽命周期中信息的集成利用，減少信息流失，并將信息進(jìn)行加工處理，指導(dǎo)制造、運(yùn)輸和安裝

  在建模過程中，將項目主體鋼結(jié)構(gòu)各個零件、部件、主材等信息輸入到模型中，并進(jìn)行統(tǒng)一分類和編碼。制定項目制造、運(yùn)輸、安裝計劃，輸入BIM模型，協(xié)調(diào)制造方、運(yùn)輸方、安裝方的時間，實施更新變更，減少庫存。分析、總結(jié)指導(dǎo)項目各階段需要的信息，導(dǎo)出信息發(fā)送給負(fù)責(zé)人，精確指導(dǎo)制造、運(yùn)輸、安裝過程。

  2.2 BIM的應(yīng)用過程

  在整個項目全壽命周期過程中應(yīng)特別注意信息的收集及實時更新，以形成動態(tài)的、準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù)流。

  2.2.1設(shè)計階段

  將傳統(tǒng)的2D抽象圖紙進(jìn)化到3D交互方式，對構(gòu)配件進(jìn)行數(shù)據(jù)及信息收集，利用BIM進(jìn)行建模及計算，同時規(guī)范校核，通過三維可視化對設(shè)計圖紙進(jìn)行深化設(shè)計，進(jìn)而指導(dǎo)工廠生產(chǎn)加工，實現(xiàn)了部品件的生產(chǎn)工廠化。

  2.2.2生產(chǎn)階段

  根據(jù)設(shè)計階段已完成工作，分析相關(guān)構(gòu)配件已實現(xiàn)的參數(shù)化及模數(shù)化程度，對其進(jìn)行相應(yīng)的修整，以形成標(biāo)準(zhǔn)化的零件庫。另外，利用BIM技術(shù)中的三維可視化功能對構(gòu)配件進(jìn)行運(yùn)輸及施工模擬，制定合理的運(yùn)輸及裝配計劃。

  2.2.3運(yùn)輸階段

  基于前一段的工作，將BIM引入建筑產(chǎn)品的流通供配體系，根據(jù)已做的運(yùn)輸與裝配計劃，合理計劃構(gòu)配件的生產(chǎn)、運(yùn)輸與進(jìn)場裝修，實現(xiàn)“零庫存”。

  2.2.4裝配階段

  對項目裝配過程進(jìn)行施工進(jìn)度模擬，直觀展示項目的進(jìn)度安排。另外，進(jìn)行項目關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)鏈接、部件搭接等的虛擬模擬，以形象的指導(dǎo)施工安裝工作的開展。

  2.2.5竣工階段

  對前序階段的信息進(jìn)行集成整合，總結(jié)各個階段的計劃與實際差別的原因，分析歸納出現(xiàn)的問題并找出解決方法，從而形成基于產(chǎn)業(yè)鏈的信息數(shù)據(jù)庫，為以后工程項目的開展提供參考。

  3 結(jié)語

  BIM技術(shù)的使用已經(jīng)成為建筑業(yè)不可抵擋之勢，它為整個行業(yè)帶來的高效率及高效益是有目共睹的。而作為生態(tài)建材的輕鋼結(jié)構(gòu)及綠色建造方式的預(yù)制裝配式，其研究、應(yīng)用前景也為行業(yè)看好。通過本文中已述方法，可實現(xiàn)BIM與預(yù)制裝配式輕鋼結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新結(jié)合，體現(xiàn)當(dāng)前行業(yè)內(nèi)的又一研究創(chuàng)新點(diǎn)，為相關(guān)各方提供了一個實用研究方法。

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