基于BIM技术的装配式建筑设计应用研究
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作者:秦砚瑶
摘要：装配式建筑设计在现代化发展中，建筑结构的稳定性成为影响其发展的主要因素，为解决这一问题提出基于BIM技术的装配式建筑设计应用研究。通过建立BIM装配式建筑设计构架，获取预制构件数据，从而完成装配式构件结构优化。设计实验，对比BIM与人工条件下，装配式建筑设计稳定性，证明研究的有效性。
关键词：BIM;装配式;建筑;设计
中图分类号：TU201
文献标识码：A
文章编号：1001-5922（2020）07-0112-03
随着建筑行业的发展，传统建筑设计与建筑方式已经无法满足现代工业发展需求，对传统建筑方式的变革成为发展的必然结果。在传统建筑方式改变下，建筑工业化成为未来建筑行于业发展的主要趋势。随着建筑体系与建筑模块等自动化建造方式的出现，建筑工业化被应用于设计、运输、施工等各个建筑环节节。传统建筑方式在能源消耗方面，不仅耗能、耗水、耗材较多，且现场作业机械化程度较低，需要大量人工劳动力，劳动强度较大、劳动效率较低，受到施工环境影响，施工过程中会产生大量建筑垃圾。而工业化建筑不仅节约了建筑能源，且实现了资源循环利用，机械化程度较高，在节约了劳动力的同时提高了整体劳动生产效率。采用机械化施工，施工环境的改善，减少噪声、扬尘与建筑垃圾的产生，实现了建筑整体优化。建筑工业化以标准化设计、机械化施工、信息化管理为目的，使建筑中装配式结构更好满足施工需求，因此提出基于BIM技术的装配式建筑设计应用研究。装配式建筑结构在工厂生产预构件后，在现场进行施工与构造处理，不仅提高了施工效率，更能够将原有密集型现场人工施工转变为产业化施工。通过BIM技术构件各个施工环节信息，实现设计、规划、施工等信息共享，提高装配式建筑结构整体稳定性。
1基于BIM技术的装配式建筑设计应用
1.1BIM装配式建筑设计结构
装配式建筑需要一种可靠的连接方式将设计、生产、装配一系列阶段相连接，实现统一化的标准生产与装配。BIM技术在装配式建筑中的使用，主要借助BIM技术与物联网技术将建筑中材料、设备与人员等管理对象信息实现远程共享。BIM装配式建筑设计通过建立智能分配体系，充分利用信息化与网络技术，将装配式构件全周期信息集合在同一信息平台上，方便装配式建筑各项目能够通过该平台完成项目相关信息分享，了解装配构件实时流转、生产、装配情况，形成统一协调管理平台，最大化发挥装配式建筑工业化优势，其整体构架如图1所示。
基于BIM技术的装配式建筑设计应用主要信息收集、网络数据共享、数据中心以及构件应用等叫。通过三维激光扫描、无线射频技术等，获取装配式建筑构件信息，采用设备及时获取构件生产状态、质量与进度等信息。
1.2BIM装配式结构预制构件数据获取
装配式结构的预制构件想要完成构件的挑选需要对其进行分类与选择。因此以BIM技术为支撑，明确每个构件人库实际信息，使用标识码对各个构件进行区分。预制构件创建编码主要以构件分类为原则，为方便管理人员与计算机识别预制构件，其编码应具备唯一性，即每个构件使用唯一编码，编码应遵循构件分类原则，尽量使用较少字符区分各构件。建筑信息分类编码采用层次分类法，编码一级定义了包括内部结构、基础结构、配套设施等大范围分类。二级与三级编码定义了构件的具体分类。其部分编码，如表1所示。
构件编码主要考虑到构件选择时载荷、跨度等影响因素，忽略一些不必要的因素，对于构件的次要因素主要通过添加信息的形式来进行信息补充。
构件编码主要作用为区分各个构件信息，便于设计与生产过程中完成构件识别。而在建筑设计中，对各个构件的信息需求量与深度不同，考虑到信息接收量与分析难度，因此对构件信息进行深度分级。利用BIM技术区分包括构件几何尺寸、定位信息、材料性能、材料做法等几何与非几何信息。根据不同信息阈值与使用功能，以实用性为原则制定构件信息深度统标准，如表2所示。
根据构件信息深度分类采用最大化理论确定构件信息深度等级：
其中，I为构件几何信息深度，取值范围为1.0～5.0;K为非几何信息深度等级，取值范围为1.0～5.0，两组取值全部为正整数。
根据构件信息深度等级，计算整体建筑中构件深度等级，对装配式建筑合理性进行初步分析。
1.3装配式构件结构优化
对装配式建筑构件进行初步选择后，使用BIM技术对整体结构预先进行仿真模拟。装配式建筑模拟必须具备合理性与有效性，需要对整体模拟结构各项性能进行分析。将BIM模型转化为有限元分析方法，考虑到建筑结构精细化有限元分析中整体结构，计算模拟建筑弹性模量为：
其中，E为钢筋混凝土弹性模量;Ec为混凝土弹性模量;Es为钢筋弹性模量;A。为混凝土截面积;As为钢筋截面积。
根据公式（2）得到设计建筑正截面承载能力：
其中，x为等效矩形应力混凝土受压区高度;b为截面宽度;ho为截面有效高度;a为受压区纵向预应力。
根据计算结果，完成对整体装配式建筑优化设计。
实验
2.1实验准备
为验证基于BIM技术的装配式建筑设计应用成果，设计仿真实验对比BIM技术与人工两种施工方式下，装配式建筑设计效果。实验在仿真环境下进行，设计建筑工程項目为某处工业用地，总建筑34318m'，其中包含地上面积25841m'，与地下面积8477m'。建筑层数为地上建筑6层，地下层数1层，建筑高度为23.1m。主体采用框架式结构。7级抗震，地上建筑耐火等级为2级，地下建筑耐火等级为1级，建筑防水等级为2级。整体建筑工程为半装配式结构，结构柱为现浇结构、楼板为预制预应力叠合板与非预应力叠合板。分别采用BIM技术与人工两种施工方式，对比两组方法整体结构稳定性。
2.2实验结果分析
实验中，两组方法实验结果如表3所示。
通过上表3分析可以看出，人工设计方法的装配式结构扭转效应较为明显，整体结构布置存在不合理情况使结构出现过大扭转效应。在这一作用下，整体结构楼层间最大位移在正常使用条件下会出现水平位移，导致整体结构稳定性较差，整体建筑稳定性有待提升。而BIM设计方法整体结构更为合理，使结构不至于出现过大的扭转效应，结构侧向刚度大于标准值，大于规定要求的整体稳定性数值，从而证明其研究有效性。
3结语
基于BIM技术的装配式建筑设计应用研究中，将BIM技术、止水建造等相关理论应用于装配式建筑设计中，解决了装配式建筑在施工过程中所设计的结构稳定性、施工安全等诸多相关问题，为装配式建筑向着工业化发展提供良好的解决方案。BIM技术主要应用装配式建筑设计、生产与施工等整个项目工程阶段，提出BIM技术实用价值的建筑参数化设计，同时获取预制构件生产、运输与装配信息，合理设计整体结构。装配式建筑作为我国建筑行业工业化发展的主要方向，装配式结构通过多种信息技术的融合，完成智能化装配式建筑设计。
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