BIM技术在钢结构装配式超低能耗建筑中的实践应用

唐山冀东发展燕东建设有限公司

田启明 田旭 李勇

冀东发展集团有限责任公司

田立柱

唐山市热力总公司

张子英

在CAD工程制图时代，二维设计的“错、漏、碰、撞” 以及由此而来的“设计变更”现象常有发生，由此可能引发工期延误、造价上升、质量降低等相关问题。而BIM技 术的应用较好地弥补了二维规划的不足，大大提高了施工质量。BIM+装配式+超低能耗建筑的协同发展，是信息化技术、新型建造方式与超低能耗建筑品质的高效结合，是建筑业未来发展的必然趋势。

1项目概况

金隅超低能耗试验房项目建造于河北省唐山市冀东房屋国家装配式建筑产业基地内，建筑面积257.41m2，单层住宅，建筑高度4.1m，设计使用年限50年，抗震设防烈度八度，抗震设防类别丙类。建筑结构形式为钢框架结构+围护板材，其中墙板采用水泥基纤维增强轻质复合 外墙板（FCL板）及蒸压加气混凝土轻质条板（ALC板）， 楼板采用模板可拆卸式钢桁架楼承板，楼梯采用预制钢梯，内装采用工业化内装体系（全装配式装修）。为保障BIM技术更好的在本项目中应用实施，在项目开工前，对BIM组织框架进行了制定，专业人员涵盖了建筑、结构、水暖电、PC构件等多个专业。并建立企业内部 BIM建模标准，预先解决各专业之间在设计、生产、装配施工过程中的协同及碰撞问题。强有力的推进了BIM技术在本项目中的应用。

2各阶段深化设计应用

2.1 建筑深化设计应用

在装配式建筑的设计阶段，由于需要多专业协同工作，同时精细化程度要求较高，传统的设计方式无法满 足目前装配式建筑的需求，而BIM技术能从可视化模拟、 协同化办公、参数化设计等方面实现装配式建筑构件拆分的要求。根据CAD图纸，利用Revit建立建筑模型（如图1所示），复核图纸构件型号、尺寸标注不清，表高有误等问 题，确保出图的准确性与可行性。同时实现室内家具布局 的合理规划，在项目实施过程中不断更新模型，紧密配合设计团队进行方案优化比选，充分达到了项目试验的目的。

图1项目建筑BIM模型

2.2 结构深化设计应用

由于该工程建设过程中会使用到钢结构，现场施工人员再施工过程中可能因设计错误等问题导致工程返工，这样不但影响后续施工进度，还会增加工程造价。为避免造成此类问题，设计人员提前借助钢结构深化设计软件—Tekla，进行构件碰撞校核，根据校核结构，解决设计失误，减少在施工中产生的问题影响施工进度及造价。
同时采用Tekla软件对主体钢结构及装配式围护板材进行深化设计，优化钢结构节点，对装配式板材进行排版深化，利用三维模型校审二维施工图，同时直接输出二维构件深化图及布置图深化图纸，同时达到指导车间生产及现场装配。提升了构件生产及施工管理的精细化程度。生成构件清单明细报表，指导采购部门进行物资采购。图2为该项目的钢结构深化设计模型。

图2钢结构深化设计模型

2.3 预制构件深化设计应用

装配式建筑是通过将预制构件的生产与安装分离，使得工厂化的生产与管理方式在预制构件生产中得以运用，进而可以实现缩短项目周期、提高建设质量的目的。其中，预制构件生产是装配式建造项目中的关键阶段。结合装配式建筑的建造特点，采用Revit软件对预制 外墙、预制楼梯、预制女儿墙及钢桁架楼承板进行建模深化（如图3、图4所示），指导车间对设备管线在预制构件中的预留预埋，完成构件精准定位，避免现场二次开孔，对构件进行破坏，影响整体性。通过利用BIM技术与数控的结合，实现构件的精准定位，达到预制构件的车间无差错加工及现场零误差安装效果。

图3 （上图） 钢桁架楼承板族模型

图4 （下图） 预制钢梯族模型

2.4 关键节点BIM应用

为了高性能的气密保障措施、可靠的断热桥处理方式及高效的外保温体系等超低能耗关键技术节点，通 过Revit建立参数化三维模型，通过BIM技术的可视化模拟应用，研发出钢结构装配式超低能耗建筑可行节点方 案，为钢结构建筑品质的提升提供了新型技术体系。
对涉及超低能耗关键技术的关键节点，例如无热桥设计、气密性保障措施及保温施工等关键节点，建立Revit 参数化族，利用BIM的可视化应用，能直观的了解施工工艺措施。并整理形成钢结构装配式超低能耗BIM节点数据库及三维图集（如图5所示），为日后项目的开展提供有力的指导作用。

图5可视化节点图集

同时利用BIM技术，对复杂节点进行三维可视化交底，加强了技术沟通效果，节约了沟通成本。通过复杂节点的模拟建造，让施工人员对复杂工艺有了更直观的了解。

2.5 BIM技术在集成化内装中的应用

项目采用工业化内装的全装配装修方式，利用BIM技术将装修与建筑集成设计，实现全模块化可逆装配。利用BIM技术的应用，工业化内装项目中的施工工艺与建造工法可以用三维模型的方式呈现出来，有效的保障了项目的进度及质量。将材料尺寸、工艺做法、组装方式在 Revit模型中以节点的形式表现出来（如图6所示）。通过对平立剖等各类视图的检查，排查各专业之间存在的问题。通过精细化模型对吊顶所需物料进行统计，达到对 物料资金的预控。提取精装修图纸中标高及造型，综合CAD图纸，确定其中各专业管线顺序及层次，绘制三维模型，综合考虑检修空间及施工操作空间等因素后，对部分无法实现设计需求的精装修方案与设计沟通，重新修改设计方案。

图 6工业化内装BIM应用

2.6 BIM技术在管线综合方面的应用

图7为项目暖通BIM模型，图8为项目给排水BIM模型。项目在设计阶段未考虑到机电设备安装管线走向，导 致项目在施工过程中发现梁下净高过低等问题。通过BIM 技术可视化模拟，最终决定采取钢梁上开洞的方式进行管线敷设，同时进行相应的补强措施，既解决了净高的问题，又解决了结构强度的问题。利用BIM对空间和建筑功能进行分析，完成了新风管线与精装修吊顶间的优化。在方案研究过程中，通过采用BIM技术对钢梁补强方案进行模拟，结果显示方管更优于圆管，同时通过BIM技术可视化的应用，对新风在钢梁部位进行管综优化，实现了管线的最优布置，解决了项目困境的同时也最大化提升了净空高度，新风管线从梁中穿过，管线整体上移了250mm，使净空高度提升了200mm。

图7项目暖通BIM模型

图 8项目给排水BIM模型

结语

（1）本项目的初步研究目的在于发展符合北方地区建设需求的多、高层超低能耗建筑，由于北方地区的气候较为寒冷，因此对于结构的保温性、气密性以及断热桥技术都提出了更高的要求。为保障项目建成能够满足设计要求，达到建筑标准，在项目全寿命周期应用BIM 技术建模、模拟，深入了解设计、施工中存在的问题并及时解决，避免了返工等问题，大大提升了工程 质量。

（2）应用BIM+超低能耗技术的协同，可为未来超低能耗建筑的发展开拓更为广阔的前景，BIM在超低能耗领域的应用为推广该技术在不同气候区的应用提供有力的支撑和保障。

本文来源：《混凝土世界》总144期