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相比于傳統(tǒng)現(xiàn)澆住宅，工業(yè)化住宅的特點之一就是需要對構件進行拆分，以達到工廠生產(chǎn)，現(xiàn)場組裝的目的，這種特有的建造方式使其尺寸和配筋更加標準、現(xiàn)場濕作業(yè)量減少、人工及材料用量等都大幅度降低。雖然工業(yè)化建筑有諸多優(yōu)點，但是由于目前國內(nèi)對于工業(yè)化結構設計規(guī)范的不完善，各地采用的結構體系、設計手法以及對應的生產(chǎn)施工方式都大相徑庭，沒有統(tǒng)一的指標，使其在應用中存在諸多問題。比如工業(yè)化構件深化設計不合理，預制構件廠區(qū)較遠，產(chǎn)品質(zhì)量精度無法保證，現(xiàn)場堆放無序，安裝工人經(jīng)驗不足等問題，都在一定程度上影響了房屋質(zhì)量，妨礙工業(yè)化住宅在國內(nèi)的接受程度。

傳統(tǒng)的二維設計手法無法在構件拆分階段充分考慮構件的可生產(chǎn)性、可運輸性、可吊裝性以及可安裝性。但在工業(yè)化住宅的設計、生產(chǎn)、運輸、施工、運營維護全流程中，預制構件的拆分設計是第一步，卻也相當于工業(yè)化住宅全流程中的鏈條，拆分設計方式?jīng)Q定后續(xù)各個階段的協(xié)調(diào)性和可操作性，如能實現(xiàn)工業(yè)化住宅結構合理的自動拆分，設計階段將事半功倍。而BIM技術的應用恰恰能解決傳統(tǒng)設計方法的盲點，而且設計周期遠遠小于傳統(tǒng)方式，保證工業(yè)化建造方式多快好省的特點。

BIM技術的應用對工業(yè)化住宅的發(fā)展至關重要，可貫穿設計、生產(chǎn)、運輸、施工、運營維護全流程，基于BIM的可視化、協(xié)同性、模擬性的特點，保證各專業(yè)、各工作成員間都在一個三維可視環(huán)境下的協(xié)同工作，并通過真實地模擬施工過程來預先發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，最大限度減少因設計或施工方面的失誤帶來的遺憾，表明數(shù)據(jù)化的BIM技術應用是實現(xiàn)高效高質(zhì)低能耗建筑的前提。因此，鑒于國內(nèi)當前工業(yè)化住宅產(chǎn)生的種種問題，BIM技術對于工業(yè)化住宅的拆分和組裝的應用迫在眉睫，基于此目的，本課題研究了BIM技術在結構自動拆分和組裝上的應用，將BIM技術優(yōu)勢與結構自動拆分和組裝相結合，在實際工程中體現(xiàn)其應用價值。

1 基于BIM技術對工業(yè)化住宅結構自動拆分技術研究

1.1 BIM技術自動拆分的優(yōu)勢在工業(yè)化住宅結構拆分設計階段，由于工業(yè)化住宅設計協(xié)同難度大、設計質(zhì)量要求高、設計內(nèi)容要求全、對成本管控嚴的特點，傳統(tǒng)設計方式無法滿足工業(yè)化住宅的要求，BIM技術從可視化、協(xié)同化、參數(shù)化三方面使工業(yè)化住宅結構達到自動拆分目的。

1）可視化：利用內(nèi)梅切克的三維可視模型，形象、直觀得表達構件信息，對墻板拆分的合理性、正確性、完整性、一致性進行審核；

2）協(xié)同化：結合土建、裝修、部品設計的要求靈活調(diào)整拆分形式，協(xié)調(diào)各專業(yè)高效開展工作，設計深化、修改實時聯(lián)動更新，很大程度避免了人為溝通不及時帶來的設計錯漏；3）參數(shù)化：利用內(nèi)梅切克的參數(shù)標準化設置對結構進行自動拆分，比如節(jié)點寬度，構件超限設置，拼縫設置等，有效規(guī)避人為拆分可能造成的墻體過短、構件過重等問題，通過軟件提前檢測組裝過程中的鋼筋碰撞等問題。

BIM技術將傳統(tǒng)的二維構件設計用三維可視化設計替代，保證構件之間的開槽、洞口連貫，并采用標準化的設計族插入模型應用，構件圖設計階段僅需將三維構件圖導出二維圖形，經(jīng)過簡單處理補充，即可完成構件的平、立、剖視圖，大幅度降低了繁瑣的二維設計過程，且能保證各視圖間的一一對應關系。

在完成初步拆分的基礎上，BIM技術對于拆分細節(jié)的控制相對于傳統(tǒng)方式也具有明顯優(yōu)勢，例如，其可視化特性在墻板轉(zhuǎn)角處的拼縫選擇上得到充分體現(xiàn)，不同位置的拼縫可以導致完全不同的立面效果，細節(jié)的把控可以極大提高建筑品質(zhì)。

1.2 BIM技術自動拆分的標準基于BIM技術對疊合板式剪力墻工業(yè)化住宅結構體系的自動拆分，主要體現(xiàn)在墻板、樓板、梁以及陽臺板等結構部件上，通過BIM軟件內(nèi)梅切克的各項標準設定，使其實現(xiàn)預制構件的自動拆分。對于結構墻板，需在依托BIM技術基礎上達到以下一點標準:

1) 預制板厚度：由于疊合板式剪力墻預制板內(nèi)需要放置墻體分布筋并充當現(xiàn)澆模板的作用，因此其厚度會依據(jù)墻板總厚度的變化而變化，厚度較大的墻板（比如地下室外墻）就需要設定更厚的預制層；

2) 預制板內(nèi)外葉板高差：樓板的厚度造就了疊合板式剪力墻內(nèi)外葉預制板的高差，預制板的尺寸標準是自動拆分的必要因素之一；

3) 預制板最大長高值以及重量：自動拆分出的預制墻板是否達標，評判之一來自構件廠生產(chǎn)設備條件，模臺的最大寬度限制了預制板的最大長度或高度，評判之二便是現(xiàn)場的塔吊能否吊起構件，這便限制了預制板的重量；

4) 墻板連接節(jié)點：節(jié)點作為結構拆分的標志，標準節(jié)點可以顯著提高自動拆分效率，即不需要對節(jié)點進行細微二次調(diào)整。

對于結構樓板，其拆分標準如下：

1）預制板厚度：依據(jù)《JGJ1-2014》對于疊合樓板的厚度要求，保證預制最低厚度標準為60mm，但根據(jù)結構樓板總厚度和樓板支撐體系的不同，預制板厚度會隨之變動，因此為結構可以自動拆分，對不同樓板總厚度的結構設定相應厚度標準；

2）預制板寬度：與疊合板式剪力墻相同，其最大寬度受到構件廠生產(chǎn)模臺的最大寬度限制。但是由于預制板之間拼接分為后澆型和密拼型，后澆型預制板寬度不僅僅指混凝土構件面板的寬度，而是面板寬度和外伸錨固鋼筋的長度之和，因此在自動拆分前需提前考慮并設定對應拼接方式的預制板最大寬度標準；

3）預制板重量：根據(jù)現(xiàn)場塔吊噸位和位置，設定預制板最大重量標準；4）預制板間接縫、預制板端部與支承墻板搭接長度：根據(jù)不同的拼接方式，設定不同寬度的接縫，并確保其端部與支承墻板有不小于10mm的搭接長度；

5）預制板拆分數(shù)量：對于雙向板，為了對樓板整體的結構受力又有利，沿預制板次受力方向?qū)㈩A制板拆分為奇數(shù)份。

結構梁構件，單跨梁即為一個完整的預制構件，一般僅在主次預制梁交叉的情況下需要進行構件拆分：

1）預制梁端部與支承剪力墻或柱搭接長度：預制梁端部與支承結構有不小于10mm的搭接長度

2）次梁優(yōu)先主梁進行拆分：結構設計中一般主梁高度大于次梁高度，因此次梁的截斷拆分可使主梁保持底部完整，并給予次梁端部10mm的搭接長度。

陽臺板、空調(diào)板等構件的自動拆分，由于此類構件一般為單獨存在，因為可形成整體預制構件而不需要拆分，唯一需要考慮的是預制構件端部與支承墻板的搭接長度不得小于10mm。

1. 3 BIM技術自動拆分的流程

在明確BIM技術自動拆分的標準下，運用三維BIM設計軟件內(nèi)梅切克對住宅結構進行工業(yè)化自動拆分，自動拆分流程如下面所示，

圖1基于BIM技術結構自動拆分流程

第一步，根據(jù)全專業(yè)施工圖進行BIM三維建模。根據(jù)建筑及結構施工圖，在BIM軟件內(nèi)設定各樓層結構標高、門窗洞口、剪力墻厚度、樓板厚度等一系列信息數(shù)據(jù)，最后形成BIM信息化建筑結構三維模型。

圖2基于BIM技術三維模型搭建

第二步，明確工業(yè)化住宅結構自動拆分標準，并將此標準BIM數(shù)據(jù)化。針對不同的工業(yè)化住宅，需要根據(jù)章節(jié)2.2.2的標準進行一一確定，例如疊合板式剪力墻由外葉板、內(nèi)葉板以及中間空心層三部分組成，在此就需要確定各個組成部分各自的厚度，使BIM設計軟件依此進行疊合板式剪力墻設計。

第三步，預制構件設計。在各個標準BIM數(shù)據(jù)化以后，實現(xiàn)一鍵完成預制構件建立，包括預制構件的厚度、高度、重量、編號、材質(zhì)等。

第四步，根據(jù)節(jié)點的標準化，完成基于BIM技術工業(yè)化結構自動拆分。在將左右建筑結構部件進行預制化以后，最后一步便是根據(jù)標準的L型、T型以及一字型數(shù)據(jù)化節(jié)點進行自動拆分。

1. 4 BIM技術自動拆分的要點

基于BIM技術的自動拆分技術，需要自動拆分流程各環(huán)節(jié)的明確，不確定的標準是導致結構自動拆分頻頻返工的最重要因素，因此，需要注意如下幾個自動拆分上的要點：

第一點，在全專業(yè)圖紙的匯總環(huán)節(jié)。許多單位由于工程進度的關系，往往會在圖紙不全不確定的情況下急于進行結構自動拆分和深化設計，造成的結果就是施工圖的變更造成自動拆分需要頻繁調(diào)整，無法達到高效的工業(yè)化設計水平。

第二點，BIM三維模型的準確性。完成三維模型的搭建后，需要對此進行反復核查，層高、墻厚、板厚、平面布置等，以免自動拆分后造成預制構件尺寸不對，現(xiàn)場無法組裝的情況。

第三點，節(jié)點的標準化。由于標準節(jié)點的建立必須與結構設計單位協(xié)調(diào)，需要提早制定標準節(jié)點的范圍與方式，確保結構安全性和自動拆分便捷性，否則會拖延施工圖與結構自動拆分的進度。

2 基于BIM技術對工業(yè)化住宅結構組裝技術研究

2. 1 BIM技術組裝的優(yōu)勢在構件的組裝階段，整合預制構件、塔吊布置、現(xiàn)場鋼筋布置等信息的BIM技術對構件的組裝的幫助巨大，BIM技術的鋼筋碰撞檢查可以讓設計及時調(diào)整疊合墻板內(nèi)的外伸筋位置，在三維效果中預先制定施工吊裝、鋼筋綁扎方案，并據(jù)此安排塔吊位置數(shù)量，使圖紙的高質(zhì)量得以保證。結合施工進度模擬，優(yōu)化調(diào)整施工方案，施工單位可將計劃進度與BIM模型加以數(shù)據(jù)集成，通過模擬真實施工進度及狀況，預演施工場景以便分析不同施工方案的優(yōu)劣，并及時做出調(diào)整，以此獲得最佳施工方案。在工業(yè)化住宅中，也可以對項目中的重點或難點部分進行實時可建性模擬，例如組裝工作操作空間、多構件節(jié)點組裝施工順序、設備管線安裝調(diào)試等施工安裝方案進行優(yōu)化。

2. 2 BIM技術組裝的流程與工業(yè)化住宅結構自動拆分有所不同，結構的組裝需要施工單位協(xié)同設計單位一起，在BIM平臺上研究其應用技術。

第一步，施工場地建模。在施工過程的多個階段使用BIM圖形化的表現(xiàn)永久或臨時現(xiàn)場設施，將模型與施工活動進度表相關聯(lián)以表達空間和排序的要求，并入模型的附加信息包括勞動資源，關聯(lián)的配送材料，設備位置。

圖3基于BIM技術施工場地建模

第二步，住宅模型節(jié)點鋼筋、管線碰撞檢查?；贐IM內(nèi)梅切克三維鋼筋設計，結合施工方案模擬節(jié)點鋼筋，避免各組分構件吊裝時鋼筋碰撞，同時與內(nèi)梅切克數(shù)據(jù)共享的DDS提供全面的機電暖通管線設計，協(xié)同模擬工業(yè)化住宅搭建過程從土建到精裝的碰撞檢查。

圖4基于BIM技術模型碰撞檢查

第三步，將無碰撞的住宅模型融入施工場地模型中，以便整體施工規(guī)劃。第四步，階段規(guī)劃。與現(xiàn)場項目部合作根據(jù)實際施工進度計劃，采用BIM技術施工模擬，使團隊對項目節(jié)點和施工計劃更好的理解，最終輸出施工模擬視頻文件。第五步，BIM施工指導。通過BIM實現(xiàn)很好的可視化效果并對部分節(jié)點做視頻動畫示意達到施工模擬指導的效果。

圖5基于BIM技術施工組裝模擬

2.3 BIM技術組裝的要點與結構自動拆分相同，基于BIM技術的結構組裝也需要考慮其在各環(huán)節(jié)的要點，總結歸納為一下幾點：第一點，碰撞檢查。碰撞檢查是BIM技術應用于結構組裝最明顯也最重要的一點，復雜鋼筋節(jié)點的三維施工模擬，保證每個構件在組裝時順利到位。第二點，清晰的施工指導。施工指導必須淺顯易懂，過于復雜專業(yè)的術語會造成現(xiàn)場工人組裝時似懂非懂，妨礙組裝的順利進行，基于BIM技術的動畫施工模擬，可以更好的傳達指導意義。

3 工程項目分析在當前工業(yè)化住宅的推進階段，各地的工業(yè)化住宅項目數(shù)量龐大，寶業(yè)集團的疊合板式剪力墻體系在多年實踐運用中積累了大量經(jīng)驗，并在國內(nèi)對于工業(yè)化住宅規(guī)范不完善的情況下，通過一系列試驗并結合多年施工經(jīng)驗參與制定了針對疊合板體系的地方標準，使BIM技術的自動拆分在數(shù)據(jù)庫參數(shù)標準化上有了依據(jù)。2014年底，寶業(yè)集團與上海現(xiàn)代建筑設計集團聯(lián)合打造的上海第一幢疊合板體系示范項目樓順利結頂，此項目結構體系為疊合板式混凝土剪力墻結構，由疊合板式剪力墻、疊合樓板、疊合式梁、疊合式陽臺、預制樓梯和預制空調(diào)板，并輔以必要的現(xiàn)澆混凝土剪力墻、邊緣構件、梁等共同形成的剪力墻結構體系。項目創(chuàng)新性的采用大開間設計手法，通過結構優(yōu)化將剪力墻全部布置在建筑外圍，內(nèi)部空間無任何剪力墻與結構柱，用戶可根據(jù)不同需求對室內(nèi)空間進行靈活分割。整個項目流程以BIM信息化技術為平臺，通過模型數(shù)據(jù)的無縫傳遞，鏈接設計與制造環(huán)節(jié)，提高質(zhì)量和效率。

根據(jù)章節(jié)2.2.2的標準設定，將項目的各個標準予以確定，并錄入進BIM系統(tǒng)中，以疊合板式剪力墻為例，具體信息如下：

1）預制板厚度：項目剪力墻厚度為200mm，根據(jù)預制板定義標準將內(nèi)外葉板厚度設定為50mm，中間空心層為100mm，同時根據(jù)結構施工圖確定混凝土材質(zhì)C35。

2）預制內(nèi)外葉板高差：根據(jù)項目樓板厚度140mm，設定疊合板式剪力墻內(nèi)外葉板高差為140mm，即0.14m。

3）預制板最大尺寸及重量：通過協(xié)同構件廠生產(chǎn)設備模臺寬度，以此確定預制板的兩條邊長不可同時超過3m，并根據(jù)項目標準層總體的剪力墻布置，確定預制板重量控制在不超過3.0t，滿足構件自動拆分和塔吊噸位的要求。

4）連接節(jié)點：在滿足建筑開窗、結構計算，方便現(xiàn)場施工、結構拆分的考慮下，將L型節(jié)點現(xiàn)澆區(qū)域開口定位300mm和400mm，一字型為400mm。

3.2 基于BIM技術結構自動拆分

項目首層的結構自動拆分之前，首先需要通過BIM設計軟件將所有三維建筑墻體自動轉(zhuǎn)化為預制構件，根據(jù)之前設置的結構拆分標準，將剪力墻轉(zhuǎn)化為內(nèi)外葉板厚50mm，高差140mm，以及尺寸邊長不同時大于3m，重量不超過3噸的疊合板式剪力墻，如下圖兩個單元所示，

圖6三維建筑剪力墻

圖7三維疊合板式剪力墻

其次，通過標準化節(jié)點實現(xiàn)結構自動拆分，將疊合板式剪力墻連接處自動生成L型或者一字型標準節(jié)點，如下圖所示，其中紫色區(qū)域為標準化拆分節(jié)點。

圖8三維疊合板式剪力墻自動拆分

3.3 基于BIM技術結構組裝首先BIM技術在結構組裝中的體現(xiàn)在碰撞檢查上，根據(jù)BIM軟件內(nèi)梅切克的構件深化設計，對節(jié)點組裝施工模擬，如下圖所示，

同時進行整體施工場地模型搭建，包括運輸車輛、塔吊布置等信息，并將住宅模型整合進施工場地，如下圖所示，

4D階段規(guī)劃，在項目建造過程中合理制定施工計劃、精確掌握施工進度，優(yōu)化使用施工資源以及科學的進行場地布置。接著根據(jù)BIM施工指導進行現(xiàn)場預制構件的組裝工作，并對一些安全注意事項予以警示。

3.4 工程項目總結根據(jù)寶業(yè)集團對于該示范工程從設計、生產(chǎn)、運輸?shù)浆F(xiàn)場施工全流程的實施總結，并結合寶業(yè)集團在工業(yè)化住宅領域多年的研發(fā)、施工經(jīng)驗，基于BIM技術工業(yè)化住宅的結構自動拆分與組裝中應具備以下特點：1）BIM可視化設計：可視化設計是實現(xiàn)結構自動拆分的基礎，也是BIM技術應用于工業(yè)化住宅最直觀的特點；2）構件設計參數(shù)標準化：構件設計參數(shù)的標準，是實現(xiàn)預制構件一鍵生成的關鍵，也極大方便了后期結構自動拆分；3）拆分節(jié)點標準化：只有節(jié)點標準化了，才可以利用BIM技術根據(jù)標準化節(jié)點數(shù)據(jù)實現(xiàn)拆分標準化；4）拆分大板化：在符合現(xiàn)行規(guī)范的條件下，盡量采用大板形式，以此減少自動拆分節(jié)點，更容易實現(xiàn)標準化節(jié)點。

4 結語隨著工業(yè)化工程項目的迅速發(fā)展，基本的結構拆分已不是難點，但是信息化時代所必須具備的是如何從結構拆分上升為結構自動拆分，其中的問題需要通過深入研究及大量工程實踐來探討解決,而通過BIM技術將結構自動拆分所需要數(shù)據(jù)進行集成是必經(jīng)之路，因此，工業(yè)化住宅的結構設計、制造、運輸、安裝數(shù)據(jù)傳遞技術是接下來迫切需要研究解決的課題。希望通過本研究基于BIM技術對結構自動拆分和組裝的理解和應用示例，能給業(yè)內(nèi)人士新的思路，一起推動工業(yè)化住宅向信息化、智能化的演變。