基于BIM的装配式建筑构件预埋件设计与管理

基于 BIM的装配式建筑构件预埋件设计与管理

蔡伟

华润置地 (武汉 )有限公司，湖北 武汉 430071

摘要：装配式混凝土建筑中，预制混凝土构件需要依赖预埋件进行运输、安装与施工，而预埋件的选用与定位将直接关系到建筑结构的质量。传统预埋件设计存在设计效率低、易出错、埋件规格繁多，需要工程师查阅大量厂家技术手册等问题，本文主要介绍如何应用BIM技术完成装配式建筑构件的预埋件设计，在设计阶段实现预埋件精确定位，同时基于BIM软件中的库功能，管理市面上常见的装配式预埋件种类及相关参数，提高设计效率。

关键词：装配式混凝土结构；预埋件；混凝土预制构件；库管理

引言

随着我国建筑行业的快速发展，建筑技术体系和建筑施工速度都得到了提升，传统建筑施工技术难以满足建筑行业的发展需求。装配式结构建筑在这样的背景下出现，它是一种将建筑整体结构拆分成多个待组装的结构，然后交由生产厂家对构件进行生产，最后将构件运送到施工现场进行组装的新型施工技术。作为一种新技术，其在设计和施工中仍存在一些不足。BIM技术的应用，可以实现对装配式结构设计思路和方法的优化，降低设计中的误差，保证工程施工的质量。

1装配式建筑与BIM概述

1.1 装配式建筑

装配式建筑是指提前预制部件，在施工场地装配而成的建筑，预制部件一般在工厂内进行制作，再运输到施工工地上进行拼接。该种建筑方式能够提升建筑施工的效率，并且有着节能、环保等优势。装配式建筑有升层升板、盒式、骨架板材、砌块以及板材等五种建筑类型。将建筑与装修进行融合，使形成的模式更具设计多元化、施工装配化、功能现代化以及生产车间化，使传统的建筑行业创新成集成、环保、节省、科技的现代化模式，贯彻科学发展观理念。

1.2 BIM技术

BIM技术指的是建筑信息模型，BIM技术借助数字技术表述某个建筑项目的功能以及物理信息，录入、输出和修正项目信息等操作可以通过BIM技术在项目各个阶段实现，BIM技术具有可视性、协调化、仿真性、改良性以及可出图性。BIM技术使项目信息能够共享以及协同，项目从策划到维护，整个生命周期可以依据BIM技术进行相关决策。

2 装配式混凝土构件预埋件

装配式预制构件上的预埋件，根据其作用可大致分为五类:支模吊装件、结构功能件、水暖电功能件、填充物，以及其他功能件。不同的构件类型的预埋件种类和作用不同，对于装配式混凝土构件预制构件，吊装是结构施工过程中的核心环节，这一阶段安全事故频发。以叠合板为例，从工厂生产后运输到现场进行吊装，需在合理位置放置吊装预埋件，常见的预埋件是吊环，若起吊点设置不合理，预制构件容易在吊装过程中受力不均，对施工人员人身安全造成威胁。对于墙类、柱类预制构件，需要考虑吊件、脱模埋件、支撑埋件的选型，计算不同类型的预埋件在脱模起吊、运输起吊和现场吊装等不同阶段的荷载工况。常见的墙柱预埋件包括吊钉、锚栓、弯钩、PVC管等。除此之外还需考虑灌浆套筒的选型，灌浆套筒可连接预制竖向构件，是结构安全的重要影响因素，而套筒的生产厂家众多，套筒各项性能和参数参差不一，这些因素会影响套筒的受力性能，因此需要对相关参数作统一管理，方便选用。综上，在设计阶段，设计师需要考虑吊装预埋件选型和排布，避免运输、施工时发生安全事故。装配式建筑往往包含大量预埋件，需要对其进行数据的管理，避免重复查阅技术手册等增加工作量。

3 基于BIM的吊装用埋件设计

预制构件的吊点位置关系到吊装运输的安全性，设计师在设计吊装埋件时，吊装施工验算是装配式混凝土构件设计必不可少的一步。吊装验算涉及到的施工、设计规范数量较多，例如《混凝土结构工程施工规范》、《装配式混凝土结构技术规程》等，无标准验算规则和计算方法，需要设计师具有丰富经验，非常了解吊装。工程项目中预制构件数量较多，设计师一般只进行个别构件验算，若对每块叠合板进行短暂工况验算，计算量大更容易出现错漏，存在安全隐患。BIM设计软件可依靠强大的计算能力，根据标准的验算规则，迭代计算出合理的吊点定位。以叠合板为例，在PKPM－PC中建立三维模型，选取吊件类型后，选中拆分后的叠合板，可批量设计吊点的位置。程序提供了智能化设计工具，将规范算法内置到程序中，提供自动布置逻辑，批量设计了预制板吊点的合理位置，设计师可以通过相关功能，无死角查看所有叠合板的构件验算结果，节省设计师大量验算的时间，能大大加快设计的速度，同时保证预制构件施工吊装运输的安全性。完成预制构件吊点布置的同时，软件提供了详细短暂工况计算书，展示了详细的计算公式与相关规范，方便设计师进行校对审核，在保证设计质量的同时，降低劳动强度。若吊件验算不通过，可通过验算书定位问题，调整吊件的位置或者规格。相较于传统手绘图纸中变更后可能存在的定位错误等问题，BIM软件可根据变更后的三维模型，直接生成工程图和统计表，实现“模型等于图纸”的目标，大大减少了设计变更后的工作量。

4 基于BIM的预埋件管理

装配式项目中包含大量的预埋件种类和规格，且不同厂家制造的预埋件工艺做法，技术参数各不相同，部分预埋件技术参数直接关系到结构连接的可靠性、施工吊装等阶段的安全性。为实现快速设计装配式预埋件，可将各类预埋件参数化后存入埋件库中，方便预埋件技术参数查阅、预埋件设计和选型。本文以灌浆套筒为例，阐述BIM软件中的附件库在预制柱套筒设计中应用点。预制构件的竖向连接是决定结构安全性的重要因素。预制柱常用的连接方式为套筒连接，连接强度已经试验证明安全可靠。但在进行套筒选择时，设计师们面临以下问题：灌浆套筒的有效钢筋连接长度是影响节点连接强度的主要因素，然而不同品牌的灌浆套筒，各项技术参数不同，设计师进行设计选用时，常常需要查阅不同厂家的技术手册，人工翻阅不仅增加重复的工作量，而且易出错，错误的钢筋连接长度不仅造成钢筋量统计错误，更会影响灌浆套筒接头的承载力，造成结构安全隐患。基于PKPM－PC软件的附件库管理功能，可及时查看品牌、规格、材质、几何参数等，使得预埋件信息查阅便捷，一目了然。

结束语

在预埋件设计时，传统的设计方式需要花费设计师大量时间和精力，进行吊装验算分析、查阅预埋件参数、输出工程图以及算量统计，存在设计效率低且易错误的问题，影响装配式建筑的安全性。本文通过分析当前二维软件进行预埋件设计存在的问题，提出应用BIM设计软件进行预埋件的智能化设计与预埋件信息入库管理的方法。应用BIM的信息完备性、可视性、图模关联性和一致性等特点，可大大减少预埋件设计工作量，提升标准化设计程度，同时在构件预埋件设计阶段，提前考虑生产运输、施工安装可能存在的风险，提高结构的安全性。

参考文献

［1］刘志明，雷春梅．装配式构件生产线和生产工艺研究［J］．混凝土与水泥制品，2018，263(3):81－83．

［2］肖辉．装配式建筑深化设计问题探讨［J］．产业与科技论坛，2019，18(10):85－86．

［3］杜林宝，黄学良，王彦伟，等．工业建筑预埋件三维快速装配设计方法［J］．图学学报，2012，33(3):90－96．

［4］于慧．高层装配式建筑墙板吊装的应用研究［D］．合肥:安徽理工大学，2017．