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BIM在配筋砌块砌体土木工程结构中的应用
时间:2020-08-10 11:37 | 栏目:土木工程 | 浏览:次
硕士论文网第2020-08-10期，本期硕士论文写作指导老师为大家分享一篇土木工程文章《BIM在配筋砌块砌体土木工程结构中的应用》，供大家在写论文时进行参考。
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随着整个建筑行业对于 BIM 关注程度的不断提升，新技术结合新的建筑结构体系的研究却才刚刚开始。纵观世界关于新型建筑结构体系——配筋砌块砌体建筑结构体系的研究，正处于萌芽发展时期，其研究较少，现阶段诞生的成果也还未得到全面的认可。但是对于配筋砌块砌体建筑结构体系这样一种具有较强市场竞争力与较优建筑结构性能的体系有需要也有必要将建筑信息模型技术应用于建筑全生命周期的管理之中。
第1章 绪 论
本章从整体上对本论文进行介绍，从课题背景及实际问题出发，主要描述课题相关技术的发展与现状，紧接着阐述现阶段与本课题相关的国内外研究现状，并对研究进行总结评价，最后阐述本论文的研究目的及意义、内容、方法以及构架，展现本论文的研究思路。
1.1 课题背景及课题提出
自从“Building Information Modeling” 在 2002 年提出并引进建筑行业以来，已经从初期使用者口中时髦的词汇变成建筑行业现今炙手可热的核心技术之一，广泛涉及并影响建筑设计、工程建造和运营维护的各个方面，贯穿建筑全生命周期[1]。作为合理简化并智能化建筑行业流程的众多非凡技术之一，BIM 将多层次的信息汇总进入建筑构架的三维模型之中。通过在三维模型上原位信息的提取与分析，设计师、工程师得以不断深化建筑设计与控制建设流程。 基于传统砌体结构而诞生的配筋砌块砌体结构作为新兴的建筑结构形式，在近十年以来发展迅速，通过大面积的工程应用，积累了大量的工程经验，总结出六节一环保的应用优势，随着数字化、信息化技术的发展，该优势将进一步扩大，最终其工作效率和市场竞争力将得以全面提升，奠定建设与环境、与自然、与人友好的新型城市的坚实基础。
当传统的土木工程学科与新兴的信息化技术相结合，采用新的研究方式解决现阶段以及未来可能出现的问题，正是本文的意欲所在。 建筑是人类生活的物质环境基础，随着现代社会的发展和人类物质生活水平的提高，建筑行业在政府的相关政策支持下、巨大需求的驱动下和良好的经济势头的带动下飞速发展。但是随着外资建筑企业越来越多的进入中国市场，我国建筑行业竞争必将进一步加剧。建筑业已逐步开始从关系竞争力向技术、服务、能力竞争力转变，新的建设模式必将出现，集约、智能、绿色、低碳、环境友好的新型城镇化道路将成为未来建设的主流路线。
1.2 研究现状及文献综述
近年来在整个世界范围内 BIM 一直都是各国研究的热点，从指定规范到指导应用的研究不一而足。其中美国、新加坡、香港等国家和地区都推出了适合本国或本地区的 BIM 标准规范，用于指导建筑行业 BIM 流程。 “十一五”国家科技支撑计划重点项目“建筑业信息化关键技术研究与应用”就结合我国建筑业生产与管理的现状，研究建筑业企业的协同工作与资源和信息集成技术问题,强化建筑业过程管理、系统集成、协同工作以及集约化管理，促进企业管理和生产技术的创新，提高企业组织实施和管理大型复杂工程项目的能力，培养专业化的建筑业信息化人才，造就一批高水平的建筑业信息化软件开发商和建筑企业，提升行业的信息化水平，推动建筑业技术进步作为整体目标。认为在建筑工程应用软件方面，深入研究目前国际上倍受关注的建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的技术，为开发下一代建筑工程软件系统奠定基础。重点开展了建筑业信息化标准体系及关键标准研究、基于 BIM 技术的下一代建筑工程应用软件研究等 5 个方面的研究与开发工作。国内配筋砌块砌体建筑结构研究与应用始于 20 世纪 80 年，但一直发展缓慢，应用水平较低，使用范围比较窄，混凝土砌块在整个墙体材料总量中所占比例不足 10%。直到进入 21 世纪以来，哈尔滨工业大学与黑龙江省建工集团等单位进行合作，相继建成多栋配筋砌块砌体建筑结构的建筑小区或高层建筑。其中最早完成的哈尔滨阿继科技园商住综合楼作为黑龙江省首例使用该建筑结构体系的高层住宅，经过十多年的风雨洗礼，从未出现任何有关建筑结构体系的问题，实践证明该建筑结构体系具有很强的市场竞争力。此外以大庆市 120 万平米的奥林国际公寓工程（世界最大的采用配筋砌块砌体建筑结构的住宅小区）为代表的一大批实践工程将大庆打造成为全国应用配筋砌块砌体建筑结构最成熟的小区[19]。
2010 年国内首栋应用 290 型混凝土小型空心砌块的建筑在哈尔滨拔地而起，哈尔滨动力公安分局办公楼，与此同时平稳完成了配筋砌块砌体建筑结构体系从住宅建筑向公共建筑的过渡。2013 年国内首栋采用混合砌块类型的配筋砌块砌体建筑结构体系的超高层建筑在哈尔滨结构封顶，高 98.8 米的科盛科技大厦突破了配筋砌块砌体建筑结构体系规范的高度限制瓶颈，标志着配筋砌块砌体建筑结构体系的重大突破，成为砌体建筑结构中一座具有里程碑式意义的超高层公共建筑（见图 1-7）。
传统或国外的配筋砌块砌体建筑结构体系，该体系是哈尔滨工业大学科研团队经过近 20 年的科学研究与试验，对大面积工程实践以及专家经验的长期总结后，逐步完善发展形成的，其块形设计、组合砌筑的方法、灌注灌芯混凝土等要求均具有严格的规定，区别与一般的配筋砌块砌体建筑结构形式，并将进一步结合工厂化预制加工的趋势，完善装配化建筑结构设计，将形成施工更加方便简易，工程质量更加可靠有保证，智能化、绿色化的新型建筑结构体系。
第2章 配筋砌块砌体建筑结构体系建筑信息模型构成
为解决在出现工程中的模型架构问题，本章将从建筑工程全生命周期的角度和建筑各相关参与方的角度对整个配筋砌块砌体建筑结构体系的建筑信息模型的流动进行分析，并将时间与空间结合，深入剖析配筋砌块砌体建筑结构体系的信息需求。接着根据需求总结配筋砌块砌体建筑结构体系中使用的建筑信息模型类型，并对其分类归并，最后根据以上信息提出适合于配筋砌块砌体建筑结构体系
使用的信息模型架构。
2.1 配筋砌块砌体建筑结构体系的信息需求
建筑，不同于一般的工业产品，虽然也属人造产品，但具有其自身的特性：建筑体量巨大，往往一栋建筑物占地及建筑面积从百到上万平方米不等，对于公共建筑而言，其提供的内部开敞空间甚至可以成为大型的人群聚集场所；建筑持续时间漫长，我国一般的建筑设计基准期为 50 年，不少重要建筑的设计基准期达到 100 年，即使除去漫长的建筑使用过程，建筑形成的过程少则半年，多则数年；建筑多样性明显，位于不同地区不同位置的建筑，由于其功能需求、地理位置限制、设计与工程师的思维想法不同，最终的建筑产品不尽相同，基本不会出现两栋完全一样的建筑；建筑形成不可逆，当一栋建筑开始进行建设时，该建筑未来的功能与空间安排都提前被预知了，根据起初设计要求进行的建设很难进行全面的更改，因此当建筑形成后，其具体功能和空间划分都以固定位置的方式而存在，不可肆意修改；建筑整个生命周期涉及的人数众多，其中包括工程业主、设计师、结构工程师、水暖工程师、电气工程师、造价工程师、施工承包商、项目经理、工程监理、招投标组织者、分项承包商、采购商、供货商、工厂预制厂商等且不仅限于此。
除了自身的特性外，建筑还具有对周围影响的特性：建筑建成将影响周围环境的物理属性，从一个角度来看建筑是独立存在的实体，不管周围环境如何，建筑这个实体都是可以独立存在的，而从另一个角度来看建筑与周围环境又密不可分，建筑的使用者需要在周围的环境中进行各项活动，因此建筑必须要和周围的环境进行协调，但是所有的一切都基于设计假设，在建筑形成后必然对周围的环境造成包括空气气流、湿热环境等在内的影响，且不论该影响积极或消极，该影响必定存在并将一直存在；建筑还将影响环境的人文属性，本身环境是不含人文属性的，但当建筑建筑其间时，建筑将人为因素带入周围自然环境，并进行融合，例如世界文化遗产等。
2.2 配筋砌块砌体建筑结构体系的模型类型
本文上一节阐述了配筋砌块砌体建筑结构体系建筑信息模型的信息流的需求，随着时间空间的变化，各个构件的模型信息一直在不断地补全、深化，直到能够直接进行施工。根据既有建筑工程的实践应用，本文总结出相应的建筑信息模型，并根据假设的规则对其分类，最终确定各个信息的类别和属性。 本章主要提出解决新型建筑结构体系“信息流动缺乏完善体系”的问题——创建适用于配筋砌块砌体建筑结构体系的建筑信息模型架构。 从建筑生命全周期的各阶段与建筑各相关参与方两个角度的需求出发，基于一般建筑演绎推导新型建筑结构体系，完成配筋砌块砌体建筑结构体系综合时空的信息需求的架构。将配筋砌块砌体建筑结构体系中的五种建筑信息模型进行分类与划分，分别对绘制的详细程度与时间属性的分类标准进行分析与研究，从材料、构件、结构三个级别进行建筑信息模型架构关联，展示其中相关元素的复杂关系，并以配筋砌块砌体建筑结构体系墙体为例提出针对新型建筑结构体系的建筑信息模型架构，原创性地结论与实质性的成果如下：
原创性地提出了针对配筋砌块砌体建筑结构体系的建筑信息模型构架，为新型建筑结构体应用建筑信息模型技术提供可供参考的范例； 从建筑生命周期的时间属性与建筑各相关参与方的空间属性两个角度出发，综合时空，充分体现了时间与空间对建筑信息模型中各项建筑构件与各相关专业模型的影响；
新型建筑应用体系应用建筑信息模型中，由于存在有别于一般建筑的材料、构件和结构的相关关系，故需要在新的建筑信息模型框架下完成各新模型与信息的补充与录入； 随着建筑行业工业化进程的不断加快与建筑构件与材料回收技术的不断提高，建筑构件的生命周期正在延长，甚至可能比所在的建筑生命周期更长。同时预制构件的加工与设计基础信息将参与到建筑建设初期专业的各项设计之中，以提高建筑设计效率与工程建设质量。
第 3 章 BIM 平台构筑配筋砌块砌体建筑结构体系的建筑信息模型研究
3.1 BIM 软件平台的对比分析
3.2 Revit 砌体建筑信息模型架构
3.3 建设 Revit 砌体建筑模型族库
3.4 本章小结
第 4 章 Revit 配筋砌块砌体建筑结构体系建筑信息模型二次开发
4.1 Revit API 二次开发接口与环境
4.2 Revit API 对象的继承、访问与开发流程
4.3 配筋砌块砌体建筑结构工程量统计开发
4.4 配筋砌块砌体建筑结构装配化检验开发
4.5 配筋砌块砌体建筑结构施工平面图绘制开发
4.6 本章小结
第 5 章 配筋砌块砌体建筑结构体系建筑信息模型的实践应用效果评估
5.1 工程案例应用与分析
5.2 BIM 应用效果的评估与分析
5.3 本章小结
结 论
本文围绕解决新型建筑结构体系——配筋砌块砌体建筑结构体系信息化的四个难题“信息创建缺乏基础数据”“信息流动缺乏完善体系”“实体模型创建费时费力”“平面加工图纸转换困难”，将目前正在稳步发展的 BIM 技术应用在新型建筑结构体系之中，进行了应用的探索与实践的研究，获得的原创性结论与实质性成果如下：
1、在国内首次将 BIM 技术应用于配筋砌块砌体建筑结构体系之中，通过从建筑生命全周期的角度与建筑相关参与方的角度，原创性地针对该新型建筑结构体系提出与其相应的建筑信息模型架构，完成了建筑信息模型从一般建筑到新型建筑结构体系的规则演绎，为新型建筑结构体系的 BIM 应用提供可供参考的构建思路及依据；
2、首次使用 Revit 平台构建配筋砌块砌体建筑结构体系的建筑信息模型，原创性地通过模块化的墙体划分模式组建参数化的配筋砌块砌体建筑结构体系墙体，原创性地在Revit平台上完成基于参数化的配筋砌块砌体建筑结构体系二维详图构件的创建，完成基于 BIM 平台新型建筑结构体系的建筑信息模型框架实践，推动设计师、工程师在实践中对新技术、新体系的应用；
3、首次针对配筋砌块砌体建筑结构体系进行 BIM 平台上的二次开发，原创性地在 BIM 平台上完成分类别砌块数量的工程量统计与造价计算，装配化吊装检验与施工平面排块图的算法。完成将建筑建设后期工作向前延伸，在设计阶段考虑建筑生命全周期管理需求的尝试，将建筑结构的经济性、可装配性难入设计考虑范畴；
4、通过一般 BIM 应用评估框架对新型建筑结构体系中的 BIM 应用进行演绎，成为首次对于配筋砌块砌体建筑结构体系体系中 BIM 应用进行评估的尝试，完成对于特定建筑技术应用 BIM 技术的评估实践，为建筑结构技术与 BIM 的协同发展建立良好的基础。
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