为各专业的工作协同与信息传递,依据工程实际情况拆分整合BIM模型,使各专业模型深度均满足计算机性能要求,且便于协同交流。

　　 选取装配式剪力墙项目,按专业分类逐层拆分各幢楼,以土建BIM模型为例,如图1所示。考虑Revit软件的层级性,层级越高模型所含内容越少,总体模型为包含子项的整体样式,所含细部信息较少,而最深层次的模型包含大量族库信息,可指导生产与施工。

　　 具体模型层次生成方式如下。

　　 1)最深层次的模型为Revit格式文件,包括每个PC构件的族库样式与模型、首层、标准层、屋面层现浇部分、机电排布模型。

　　 2)分2步得到首层、标准层与屋面层的整体Revit模型,第1步链接整合每层现浇部分的模型、机电排布模型,第2步导入轻量化的PC构件模型。

　　 3)完成标准层及屋面层模型后进行组合,构成整体模型,如果模型信息量过大,计算机不能完成操作,也可导成Navisworks模型。

　　 4)全体模型在Revit格式下完成拼装后,整体导入Navisworks格式进行轻量化处理,组成总体Navisworks模型。

　　 预制装配式建筑构件深化设计由2部分组成:(1)基于初始的Revit建筑模型(见图2),完善各部分族库;(2)将Revit建筑模型与水电模型转换成IFC格式,导入Tekla Structures中生成可拆分深化的结构模型。以剪力墙结构标准层为例,依次拆分功能不同的构件:承重构件→外围围护构件→内部隔墙→机电管道→装饰部品。其中承重构件包括剪力墙、楼梯板,外围围护构件包括外墙板等。在Tekla Structures中基于原参数化族库,深化各样式构件,如配筋、设置预留洞口等。

　　 由于拆分与深化阶段的界面暂无硬性标准,依据功能要求对部件深化完毕后,可能出现的碰撞问题如下。其中预制构件深化模型如图3所示,预制构件细部尺寸如图4所示。

　　 1)预制构件内部钢筋设置与预埋件位置冲突钢筋放样基于参数化的软件操作,预埋件的设置可能影响钢筋排布,需调节钢筋位置以避免碰撞。

　　 2)预制构件边界碰撞由于整体拆分的界面不明确,单一构件族设计完成后,组合时可能出现拐角或标高变化处的拼装碰撞。

　　 3)预制构件与机电管道冲突预制构件深化过程中未预留机电管道洞口,导致管道和零件与构件发生冲突,需重新开口以契合。

　　 4)灌浆套筒位置与连接钢筋错位预制墙板通过外露钢筋连接套筒灌浆,可能导致套筒与钢筋位置存在偏差而错位。

　　 5)构件外露钢筋冲突预制墙板交界处通常设置交错钢筋以加强整体性,但独立的参数化配筋可能导致某些钢筋位置发生冲突,需进行微调。

　　 因此,初步完成深化设计后,需将深化构件重新链接进入原模型,对各构件的界面部分进行碰撞检测。

　　 以结构专业深化组为例,深化出图内容,涵盖构件钢筋排布图、保温墙板排布图、吊装埋件分布图等。依据专业重要性将深化设计图纸分为3类:(1)A类图纸PC构件钢筋排布图、生产模板图、吊装埋件分布图与细部尺寸图等;(2)B类图纸保温墙板排布图与墙板连接件布置图;(3)C类图纸部分构件(带饰面砖或饰面板)的排砖图或排板图。其中,审核次序依据分类重要性进行安排,先A类图纸,再B类图纸,最后C类图纸。

　　 与传统建筑的五方责任主体有所区别,本文将BIM咨询单位与构件生产单位列入装配式建筑责任主体中,由于勘察单位对深化设计结果无直接关系,因此暂不考虑深化设计审核中勘察单位的责任。明确装配式建筑六方责任主体的职责,有助于更加协调地处理深化设计阶段的审核与执行问题。本文依据《南京市装配式建筑工程质量安全管理办法》,将深化设计阶段各方的责任梳理如下。

　　 1)建设单位负责管控BIM基础模型的版本,明确各方职责;协调BIM咨询单位、施工单位与部品部件生产单位的联合深化设计工作;督促设计单位与BIM咨询单位复核深化设计模型,并组织设计、咨询、施工、监理、部品部件生产单位进行模型交底;依据BIM深化模型,委托监理单位把控部品部件生产质量。

　　 2)设计单位建立BIM基础模型,配合BIM咨询单位细化模型;将通过审查的施工图设计向部品生产单位、施工单位、监理单位进行交底,并参与专项施工方案论证;协助BIM咨询单位及深化设计部门深化BIM模型;审核最终出具的深化设计图纸,并应明确部品部件的检测要求。

　　 3)施工单位组建深化设计团队,统筹各专业进行本项目深化工作;负责制订深化设计实施方案,将装配式建筑建设范围内的节点进行专业划分,确定BIM应用范围及方案;基于BIM模型,与部品部件生产单位、BIM咨询单位进行连接构造、水电、装修集成等细部的深化设计;深化设计成果需会同建设单位报原设计单位审核,通过后方可安排部品部件的生产。

　　 4)部品部件生产单位配合施工单位、BIM咨询单位,进行土建及其他专业工程的深化设计工作,并向设计单位及建设单位提交复核;依据批准的深化设计图纸和BIM模型,编制部品部件生产方案,经监理单位批准后实施;基于BIM模型,建立可追溯的信息管理系统。

　　 5)监理单位部品部件参与BIM模型与设计文件交底,监督施工单位、生产单位的深化设计工作;深化设计工作完成后,审核相应部品部件的生产方案,并实施全过程驻厂监理。

　　 6)BIM咨询单位与设计单位共同进行BIM模型的初步细化工作,依据基础模型建立各专业BIM模型,参与项目各方的模型交底;会同施工单位与部品部件生产单位进行土建及各专业的BIM模型深化设计,并进行初步审核;向建设单位与设计单位提交碰撞检测报告,并依据反馈优化模型;根据深化设计成果,进行各专业BIM模型的组合与同步更新。

　　 依据项目各方责任,建立基于BIM的深化设计管控流程,如图5所示,工作大致可归为5个步骤。

　　 1)方案设计完成后,与BIM咨询单位进行合作,出具BIM基础模型。

　　 2)利用BIM基础模型,基于各专业BIM软件,完成各部分专业设计,与施工单位、构件生产厂家及监理单位进行初步交底,熟悉项目。

　　 3)初步交底后,施工单位成立各专业深化组,并联合生产单位进行预制构件的深化,在此过程中,设计单位与BIM咨询单位向各深化组提供一定的协助,进行BIM模型的整合工作。

　　 4)完成构件及其他部分深化后,各专业组先进行自检,然后进行各专业边界的碰撞检查,将深化图纸提交给设计单位与建设单位,进行二次审查。

　　 5)确认深化图纸无误,符合施工要求后,进行二次交底,编制构件生产与施工计划。其中,各专业深化设计组的深化过程与出图后的审查是深化设计管控的核心。

　　 基于深化设计管控流程,搭建审查流程框架。审核分2部分:深化文件完整性审核、独立构件的设计质量审核。建立审核流程,如图6,7所示。

　　 审核预制构件深化设计质量,首先应检查深化文件的完整性,检查过程中,汇总及反馈遗漏文件,以保证深化设计成果的完整,主要分3个步骤。

　　 1)提交深化设计审查时,整理汇总提交的整体模型文件种类及数量,数量与格式应依据专业组的设置而确定,并保证整体模型是最新版本。若整体模型缺失或非最新版本,应立即向专业深化组发出书面通知,要求更新或提交整体模型文件。

　　 2)整体模型文件提交齐全后,检查预制构件的拆分图纸与目录信息。若某部分存在缺失,应向该深化组提出补全文件的要求。

　　 3)依据拆分图纸,汇总深化构件的种类与数量,对提交的构件深化图纸进行检查,若某部分存在缺失,向该深化组提出补全文件的要求。

　　 审查完深化设计文件的完整性后,按构件类型分类并汇总拆分与深化图纸,每类构件建立相对独立的质量审查流程。该流程可分6个步骤:(1)提取深化的构件族库信息,形成独立的构件BIM模型;(2)在独立构件模型的基础上,检查构件内部分布筋的设置,若存在问题,标出缺失或多余的钢筋,形成修改意见报告,返回至深化设计人员修改,若无问题,则进行下步;(3)检查完钢筋后,检查构件内部及有关的预埋件,若存在问题,出具修改意见报告,返回至深化设计人员修改;(4)检查独立构件的起吊点、支撑点与现浇模板固定点的位置、数量,出具修改意见报告,步骤(2)～(4)可同时独立完成;(5)完成以上检查后,在独立构件族库信息完整的条件下,修改深化构件的格式,链接进入原BIM整体模型(以结构BIM模型为例,轻量化处理Tekla Structures中的深化构件模型,链接至Revit原模型中),对深化构件的边界与钢筋预埋设置进行碰撞检查,出具修改报告;(6)完成构件审查,统计并汇总构件信息至部品部件生产厂家,安排生产计划。

　　 1)结构配筋设计审查对已完成结构配筋设计的预制构件进行钢筋检查是深化设计审查的重要一环,依据工程结构类型与构件功能,审核预制构件内部已完成的配筋设计,要求满足当地抗震设防烈度,符合GBT 51231—2016《装配式混凝土建筑技术标准》、GB50100—2010《混凝土结构设计规范》、GB50011—2010《建筑抗震设计规范》等标准。以装配式框架结构的叠合梁箍筋配置为例,抗震等级为一、二级的叠合梁梁端箍筋加密区宜采用整体封闭箍筋;当叠合梁受扭时宜采用整体封闭箍筋,且整体封闭箍筋的搭接部分宜设置在预制部分,如图8所示。

　　 2)预埋件数量及位置各类型构件功能与位置不同,所设预埋件的类型与数量有差别,因此应对不同族库类型构件建立对应的预埋件对照表。深化过程中,对该类型构件的预埋件进行汇总。预埋件的设置应依据GBT 51231—2016《装配式混凝土建筑技术标准》,以预制夹心保温外墙板为例,预埋件的种类有预埋钢板、预埋管、电线盒、电线管、预埋螺栓螺母、预留洞口、灌浆套筒、连接钢筋等。预埋件的位置偏差范围有相应规定,但在技术标准中主要以生产过程中的模具控制为主。深化设计审核过程中,应基于构件模型本身的内部尺寸,按比例确定预埋件的位置是否存在偏差。

　　 1)施工吊装起吊点位置及起吊方式选择:(1)起吊点的设置必须位于构件重心,避免构件因受力不平衡而旋转;(2)施工与脱模各自起吊点的设置应依据构件姿态而定,若安装状态与生产状态一致,则可合并;(3)若施工起吊点与脱模起吊点不可合并,脱模起吊点将在安装后被移除,则应设置于隐蔽处,并减少移除困难;(4)起吊点可使用预埋螺母以保证构件外观,吊装成功后封堵孔洞;(5)构件吊装与安装受力情况可能存在差异,损坏构件,应提前考虑安装情况,加固构件以减少损失。

　　 2)构件支撑PC构件吊装完成后进行套筒灌浆工作,由于灌浆后需定型养护以增强整体性,在构件上应预留支撑件。支撑件的设置应满足:(1)不得设置于构件受力薄弱部位;(2)支撑件个数应依据构件尺寸设置,间距不得过小,如必要应设置上、下部2组支撑件;(3)若属于围护构件,预留支撑件不得破坏构件中的保温或防水构造。

　　 3)施工支模要求吊装后预制构件间的连接主要以现浇方式为主,构件深化时,应考虑安装后的模板搭设问题,在构件的合适位置预留支模洞口或预埋螺母,方便架设铝模或木模。连接相邻预制构件时,由于模板与预制构件直接相连,构件精度要求较高,应严格把控构件在加工过程。

　　 由于分工不同,各专业深化时若沟通不到位,必然出现碰撞问题,因此初步深化完成后,需将构件模型再次链接到整体Revit模型中,进行碰撞检查。深化设计过程中,协调校验能较好解决碰撞问题,但构件出图前,应再次碰撞复验不同分类的构件,以排除疏漏,且碰撞复验人员应不同于原深化设计中的碰撞检查人员,以防重复。碰撞复验的过程以界面审查为主,构件边界、各专业交叉部分均为复验重点,如图9所示。

　　 深化设计作为设计与生产施工间的介质,目的是指导构件生产与现场施工,而深化设计质量的高低最终体现在构件间施工的契合度上,即使经过再完备的审核校验与三维模拟施工,也难以避免构件生产装配期间的误差。因此各方图纸交底后,批量生产前搭建单位装配式样板房的目的是基于构件种类相对全面的最小装配式组合单元,发现生产与施工存在的问题,如果出现偏差,可能不仅因为深化设计文件,也可能生产过程中模具不匹配、车床磨损等,因此需设立质量检验反馈流程,精确找出故障点并修正,进而提高深化设计与生产质量,避免大规模生产与吊装时出现严重的质量问题。质量检验反馈流程如图10所示。

　　 依据重点要素设计审查表,汇总审查出的问题,以便深化人员对审查结果作出反馈,进一步提高深化设计质量。审查表设计应包含8个部分:(1)构件编号代表构件编码;(2)构件类型包括预制梁、预制楼梯、预制外墙板等;(3)构件位置该构件的使用位置,如首层、标准层、顶层、地下室等;(4)内部配筋检查包括情况说明与修改意见;(5)预埋件检查同上;(6)施工点位检查同上;(7)碰撞检查同上;(8)汇总说明。审查表的前3部分是构件信息,后5部分是审核情况说明,最后附审核人签名。

　　 项目前期的深化设计工作是构件生产的基础,施工过程中,现场条件出现变化导致构件需调整的情况较多,因此本文将设计修改机制分为施工前与施工过程中2部分。施工前主要以深化设计审核结果为修改依据,施工过程中,设计修改更偏向于设计变更。

　　 1)施工前的深化设计修改深化设计审核完成后,总设计师检查构件审查结果,分类并汇总审查中发现的问题,修改任务落实到每个深化组,完成全部修改后,再进行技术交底。

　　 2)施工过程中的深化设计修改一般工程的建造过程主要由现浇与砌筑组成,设计变更的实现相对容易。但在装配式建筑构件的深化设计中,现场条件与构件冲突引起的设计变更一般会引起构件的变化,因此应更加谨慎。现场施工方提出不可避免的深化设计变更时,设计单位及建设单位应统筹安排变更工作,满足以下要求:(1)开工前明确设计变更流程,确认各方设计变更中的职责;(2)在保证大批量构件不废弃的前提下,综合分析变更的可行性;(3)设计变更的工作必须保持各方消息通达,满足要求即可,以在可控范围内实现损失最小的变更;(4)构件变更完成后出具详细报告,并将变更录入BIM模型族库中,保证模型的信息完整度。

　　 装配式建筑是国家大力推行建筑工业化、产业现代化的载体之一,保证装配式建筑的质量安全是全面推广的基础。预制构件的深化设计质量密切影响整体建筑质量,因此本文从装配式预制构件的深化设计出发,阐述基于BIM应用的构件深化内容与协同检验目标,梳理各参与方在构件深化中的责任,提出深化设计管控流程与方法,为保证设计阶段的构件质量提供切实的路径。通过基于BIM技术的深化设计管控方法,审核BIM模型与图纸、出具碰撞检验报告与优化方法,对审图单位进行构件深化图的再审核,保证构件深化设计的质量。