基于BIM技术的装配式建筑设计

（一）整体结构设计

1.传统的建筑工程结构设计

为了保障施工的需要和完好地进行，需要绘制结构施工规划图，对图纸的设计要严格的审核，这是施工的前提。在传统形势下的建筑结构设计中，首先根据建筑设计的要求确定一个结构体系，结构体系中涉及的内容有很多，例如，砌体结构、框架结构、钢结构、木结构、框架核心结构等。结构体系一经确认后，根据结构体系对构件的截面进行估算，如墙面和楼板等。形成了构件的截面后就可以对构件加载应承担的外部荷载、对整个结构体系进行划分，为的是保证结构体系中的各构件在外部荷载作用下，保持内力的平衡。在内力平衡的条件下对构件进行承载力计算，确保构件符合承载力的要求，且安全系数也达到了一定的标准程度。

PKPM系列软件是由中国建筑科学研究院开发的，整体性结构设计是通过计算机辅助得以实现和完成，是将三维建模、内力分析、承载力计算、计算机成图等几个方面当作一个整体，其实这种模式早在1992年就已经广泛应用于国内。现在结构设计都要采用计算机软件来实现，手工计算或是人脑计算已经无法满足需求。当下，国内各大设计院通常都采用PKFM系列软件来进行建筑结构的设计。

2.装配式建筑结构设计

当装配式建筑结构整体设计达到设计要求后，通常情况下都不是按照传统的方法进行最后的施工的，依照构件设计要求绘制构件施工图，最终确定的构件施工图被送往工厂，并且开始大批量的生产。装配式建筑的结构设计与传统的建筑结构设计在本质上存有相当大的区别。传统建筑结构设计的图纸是为施工单位准备的，装配式建筑的结构设计的图纸是针对工厂设计的。为了构件的设计达到生产的要求，装配式建筑的结构设计被定在了BIM平台上进行。设计流程和步骤也都是在BIM平台上进行的，利用已经建立并且完善的建筑三维模型，用BIM中结构设计模块对装配式建筑进行整体结构设计。在对结构进行设计时，要充分考虑到结构优化，还可以对构件的截面大小以及混凝土的强度做出调整。在结构体系的内力平衡以及构件的强度达到装配式建筑结构设计的要求时，建筑设计也会发生改变，但建筑设计不用再做出相应的调整，这就是BIM技术优势的体现。

（二）构件结构设计

最近这些年，混凝土预制构件在城市轨道交通方面应用较为广泛，在住宅和房屋建造上的使用及需求量也有所增加，行业的发展趋势以及前景都非常的可观，虽然混凝土的优点有很多，但仍然存有弊端，现下发展中主要存在以下三个问题：其一，产品技术水平低下、产品质量差；其二，总体产能过剩；其三，沙、石、粉煤灰等原料稀缺、供应不足。这和发达国家相差甚远，这种现象的产生与生产模式有非常大的关系，与经济秩序也有其必然的联系，虽然构件厂已具备相应的技术条件，但就是因为设计、施工单位联系不够紧密，管理模式还有待完善，致使经济效益还没有特别可观的收入，也限制了生产结构一体化的实现。但不可否认的是装配式建筑构件的优点，它不仅是建筑施工工业化的标志，同时也为降低成本、节能减排做出不少贡献。

大部分的构件厂还没有进一步深化设计的能力，科学技术的涉猎也只是微乎其微，新产品研发的速度缓慢，所以经常不能按时、按质地满足设计单位的定制需要。事实上，混凝土预制构件设计体系主要分为两种：一是设计单位从构件厂已生产的预制构件中挑选出满足条件的产品来使用；二是设计单位根据需求向构件厂定制混凝土构件。这两种常用的方法中都存有弊端，构件厂与设计单位不能够进行直接沟通，相互交流中存有障碍，联系不够密切。国内大部分设计师设计时并没有充分考虑预制构件的因素，所以设计出来的预制装配式建筑作品都不是特别的尽如人意，也没能充分地利用生产构件类型，从需求程度上来讲也限制了构件的生产。

应用BIM技术，不仅是全新的技术，也是一种全新的工作理念，还能够全面的解决装配式建筑的构件设计问题。BIM模型可以应用在很多方面，如分析物理性能、经济参数等，在不同种专业的设计中都做出了多方面的分析和研究，共享模型数据，就避免了重复指定参数。BIM模型可以用于结构体系的分析、工程量的分析。虽然说当下BIM的应用，在国内依然是以设计为主，BIM自身最大的价值在于可以应用于构件的设计、生产、运营的整个周期中，从而起到优化和整合的作用。装配式建筑构件结构设计主要包括以下几方面内容。

（1）构件配筋。将软件计算及人为分析干预计算后的配筋结果进行后浇混凝土连接。钢筋等量代换，作为装配式混凝土预制构件的配筋依据。(www.xing528.com)

（2）节点连接。剪力墙与填充墙之间采用现浇构件进行连接剪力墙纵向钢筋采用“套筒灌浆连接”，一级接头。预制叠合板与墙采用后浇混凝土连接。

（3）建立构件模型。有单向叠合板、双向叠合板、三明治剪力墙外墙板、三明治外墙填充板、内墙板、叠合梁、楼梯、外墙转角、空调板9种类型的预制板。

（4）建立族库。根据预制构件所采用的钢筋型号、各类辅助件具体设计参数，建立各类钢筋和预埋件族库，方便建模时插入使用。例如钢筋连接套筒、三明治板连接件、吊顶、内螺旋、线盒等。

（5）构件设计。遵循国家标准GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》、GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》、JGJ 1—2014《装配式混凝土结构技术规程》的要求。参考15365、150366等标准图集的规定要求。

（6）构件设计根据建筑结构的模数要求，对结构进行逐段分割。其中外墙围护结构划分出由“T…一…L”节点连接的外墙板节段；内墙分隔结构划分出由“T”“一”节点连接的内墙板节段，其中走廊顶设置过梁、卫生间阳台采用降板现浇设计。装配式结构设计规划完成后，对原建筑外形重新进行修正，使建筑图符合结构分割需要。

装配式建筑的构件设计是在结构整体设计的基础上，基于这个标准，再对内力进行分析以及对强度进行计算，这样一来，各结构的构件就有了相互搭配而成的新结果，可以送到工厂进行生产。

住宅式的房屋建设，为了装配式建筑在组装时能够快速且方便，可以先将构件进行分类组合成为零散的部件，在工厂进行生产，床就可以拆散来做成零散的部件。

构件的节点设计有相当重要的作用，不仅要确保构件的精准定位，还要保证构件之间连接的强度。装配式的建筑构件生产完毕以后，在规定的场所进行组装。构件节点设计的主要作用就是为了保证建筑的精度和构件连接的强度。所以，构件的节点设计不仅要有定位孔，还要有构件相互连接的钢筋。

对构件进行设计时，还需要考虑到其他类型的工种，其中包括通信设备、电气装饰等。装配式建筑的结构设计在进行整体结构的内力分析和关于强度的整体性计算后，就可以进行构件设计。在完成集成化设计后，最后一个步骤就是工厂进行生产。