關(guān)于復(fù)合材料論文
摘要:隨著建筑工程項目的生產(chǎn)和建設(shè)要求越來越多樣化和高效化，傳統(tǒng)建筑材料和系統(tǒng)設(shè)計模式已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代建筑工程設(shè)計要求。對新型建筑材料玻璃纖維增強復(fù)合塑料(GFＲP)的性能和在建筑工程節(jié)能中的具體應(yīng)用進行介紹。針對建筑工程多專業(yè)協(xié)同設(shè)計特點，提出BIM技術(shù)協(xié)同設(shè)計及三維建模過程。并使用AutodeskＲevitMEP2013軟件，結(jié)合給排水管道系統(tǒng)設(shè)計要求進行建筑信息模型建模，利用軟件內(nèi)置碰撞檢查功能，對管道系統(tǒng)敷設(shè)方式進行初步優(yōu)化。
關(guān)鍵詞:建筑信息模型;玻璃纖維增強復(fù)合材料;三維仿真;協(xié)同設(shè)計
隨著計算機技術(shù)、電子信息技術(shù)等的發(fā)展，世界已逐漸從工業(yè)時代進入信息時代，信息技術(shù)使航空航天、機械制造、電子科技等各行業(yè)的運作方式發(fā)生了巨大變革，在生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和科技含量等方面均取得大幅度提升［1－2］。而建筑工程作為一個各國生產(chǎn)總值占比極大的行業(yè)，其資源利用率、能源消耗率和生產(chǎn)效率卻沒有達到應(yīng)有的狀態(tài)，據(jù)美國建筑科學(xué)研究院(NIBS)研究結(jié)果顯示，美國2015年建筑工程規(guī)模為21800億美元，其中非增值工作量超過40%，而同年制造產(chǎn)業(yè)非增值工作量為21%，若建筑工程能將非增值工作量與制造產(chǎn)業(yè)持平，則每年可節(jié)約產(chǎn)值約為4000億美元［3］。研究發(fā)現(xiàn)，行業(yè)發(fā)展水平的高低主要依賴于其產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)流程及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用程度，而對于建筑工程行業(yè)而言，一個完整的建筑工程項目在設(shè)計過程中通常被分為建筑、結(jié)構(gòu)、電氣、給水排水系統(tǒng)和供暖幾個獨立的部分進行，由于專業(yè)不同和部門間信息不流通，導(dǎo)致項目信息交互過程容易出現(xiàn)問題，因此工作效率下降［4－5］。建筑信息模型(BIM)技術(shù)是以三維數(shù)字模型文件和計算機集成技術(shù)為基礎(chǔ)，通過建立建筑信息數(shù)據(jù)模型，搭建項目各參與方協(xié)同合作平臺，解決項目中不同部門異構(gòu)性問題，實現(xiàn)對建筑工程各個生命階段的全局信息共享，為建筑工程的設(shè)計、建造等方面提供集成管理環(huán)境，能夠有效提高建筑工程的生產(chǎn)和管理效率［6］。我國的建筑工程目前還主要集中在基礎(chǔ)建設(shè)上，其生產(chǎn)效率和管理水平較低，具有較大的優(yōu)化發(fā)展?jié)摿�。本文提出一種基于BIM技術(shù)的建筑工程協(xié)同設(shè)計方法，并結(jié)合玻璃纖維增強復(fù)合材料，對其在建筑節(jié)能方面進行研究。
1復(fù)合塑料材料在建筑工程節(jié)能中的應(yīng)用
1.1復(fù)合塑料材料性能介紹
使用復(fù)合塑料材料作為現(xiàn)有建筑改造及新建建筑施工的構(gòu)件原料，能夠很大程度上降低建筑能耗，節(jié)約資源。其中玻璃纖維增強塑料(GFＲP)是一種由合成樹脂為基體材料，玻璃纖維為增強材料，經(jīng)過多層工藝制成的新型復(fù)合材料［7］。GFＲP作為建筑材料具有以下性能特點:(1)力學(xué)性能優(yōu)異，GFＲP材料質(zhì)輕，同時強度高、抗疲勞性和減振性好，適合作為承力構(gòu)件;(2)設(shè)計性好，GFＲP材料采用注塑成型工藝，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)、尺寸和性能具有較強的可塑性，通過GFＲP材料內(nèi)部纖維含量及分布的變化，可以強化纖維材料作用效果，加強材料性能;(3)耐受性強，GFＲP材料由于表面電阻較大，其耐化學(xué)腐蝕性和耐候性較強，具有更長的使用壽命;(4)隔音效果佳，GFＲP材料阻尼性能較好，能夠起到隔音作用;(5)電性能優(yōu)，GFＲP材料介電性較好，在一定寬度范圍內(nèi)的透波性能優(yōu)良，同時絕緣性較好。
1.2復(fù)合塑料材料在建筑工程節(jié)能中的具體應(yīng)用
GFＲP材料在建筑工程節(jié)能中的具體應(yīng)用包括以下幾個方面:(1)建筑給水排水管道系統(tǒng)，與常用的金屬和鋼筋混凝土材料相比，GFＲP材料由三層結(jié)構(gòu)組成，其中內(nèi)襯層為樹脂材料，摩擦阻力小、能耗低且耐腐蝕性強，在相同半徑或能耗條件下，輸送能力比金屬管高20%以上，結(jié)構(gòu)層為玻璃纖維增強材料，強度和彈性模量大，是結(jié)構(gòu)中的承力作用層，外保護層為其他材料，起二次保護作用。另外，GFＲP材料質(zhì)量輕，施工費、安裝費和材料成本均較低，生產(chǎn)能耗小;(2)建筑門窗，建筑工程中能耗一半以上是通過門窗損失的，因此門窗材料的選擇和施工是建筑節(jié)能的關(guān)鍵。GFＲP材料拉伸強度達360MPa，彎曲強度達270MPa，能夠彌補鋁合金等金屬材料強度差、易變形等缺陷，熱絕緣系數(shù)達9.96m2K/W，具有較好的隔熱、隔音作用，熱變形溫度為200℃，在室內(nèi)外溫差較大時不易產(chǎn)生縫隙。同時優(yōu)質(zhì)GFＲP材料有害物質(zhì)含量在國家規(guī)定的限定范圍內(nèi)，符合綠色建材推廣要求，是建筑門窗材質(zhì)的良好選擇。(3)其他建筑構(gòu)件，包括停車場地板、通風櫥、水箱、屏蔽房、電纜橋架等。
2建筑工程BIM技術(shù)協(xié)同設(shè)計及建模
2.1建筑工程
BIM技術(shù)協(xié)同設(shè)計協(xié)同設(shè)計是指針對工程項目創(chuàng)建信息分享平臺，對不同專業(yè)的信息資源進行整合及文檔歸置，通過軟件將信息數(shù)字化，并賦予各成員不同查看及調(diào)用信息權(quán)限，以達到專業(yè)協(xié)同，信息協(xié)同，設(shè)計、施工及消費者三方協(xié)同，共同完成設(shè)計目標的目的，其最大特點是允許多名參與方對同一項目進行處理，協(xié)同性強［8］。BIM技術(shù)將建筑工程設(shè)計中的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計從二維平面圖紙轉(zhuǎn)向三維仿真，通過軟件技術(shù)支持，將建筑項目參與各方通過BIM模型實現(xiàn)信息集成及實時傳遞共享，具有傳統(tǒng)設(shè)計方案無法比擬的優(yōu)勢。為了更好完成BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計，需要建筑工程項目中各獨立部門相互配合，遵循規(guī)定的工作流程，確保設(shè)計過程順利有序進行。首先應(yīng)建立BIM技術(shù)信息交換平臺，然后確定所需的硬件和軟件，完成BIM模型的構(gòu)建。其中可在三維設(shè)計軟件操作界面中設(shè)計參數(shù)，并將信息共享，不同參與方根據(jù)整體參數(shù)調(diào)整自身專業(yè)設(shè)計，隨時更新和調(diào)取最新模型，使最終設(shè)計能夠滿足實際生產(chǎn)要求，并最大程度提高設(shè)計效率。BIM技術(shù)在建筑設(shè)計過程中的應(yīng)用優(yōu)勢包括:(1)能夠?qū)⒔ㄖこ痰膶嶋H信息轉(zhuǎn)化為參數(shù)設(shè)置，進行編輯、修改和建模，同時信息內(nèi)容含量增大，由二維圖像幾何信息轉(zhuǎn)變成覆蓋材料類型、物理特性等三維非幾何信息;(2)BIM模型的使用貫穿于整個建筑工程的生命周期中，能夠跟進項目進度，使各參與方均能及時了解項目的最新信息，設(shè)計成果能直接在協(xié)同設(shè)計平臺分享，提高建筑工程項目的決策質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
2.2建筑工程
BIM技術(shù)設(shè)計三維建模過程本文選用Autodesk公司的AutodeskＲevit系列軟件作為三維參數(shù)設(shè)計平臺，該系列軟件具有智能設(shè)計、能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)化管理和提供溝通平臺的設(shè)計優(yōu)勢，不僅能在可視化條件下實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計，還能夠在設(shè)計及施工過程中及時針對出現(xiàn)的問題調(diào)整參數(shù)，提高施工質(zhì)量及效率。AutodeskＲevit系列包括三種主要軟件類型:ＲevitArchitecture，即針對建筑設(shè)計，能夠進行建筑物參數(shù)化建模，通過軟件內(nèi)部良好的數(shù)據(jù)驅(qū)動功能，將建筑物體不同功能構(gòu)件的參數(shù)設(shè)計信息進行輸入及儲存至數(shù)據(jù)庫，并直接生成設(shè)計圖紙，方便用戶進行成本預(yù)算估計;ＲevitStructure，即針對結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠提供結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)據(jù)庫滿足設(shè)計需要;ＲevitMEP，即針對設(shè)備、電氣及給排水管道等的設(shè)計，包含管道線路系統(tǒng)位置參數(shù)、材料參數(shù)等所有相關(guān)信息，能夠根據(jù)建筑配套設(shè)備的管道線路系統(tǒng)設(shè)計特點進行建模，使其綜合排布和空間構(gòu)造更加合理，另外還能和Navisworks軟件共同用于完成不同管道布置的防碰撞問題。ＲevitArchitecture軟件新建項目中均以項目樣板為單位，可直接在其中添加、修改參數(shù)信息，同時軟件內(nèi)置數(shù)據(jù)庫中包含項目樣板初始參數(shù)，可簡化BIM建模中參數(shù)設(shè)計過程，提高設(shè)計效率。ＲevitArchi-tecture軟件中BIM模型構(gòu)建工具包括視圖控制工具，即根據(jù)不同要求控制顯示BIM模型的不同截面、投影，如三維視圖、俯視圖、剖面圖等，同時可在不同視圖間實現(xiàn)隨時切換、縮放、平移等操作，還可以對視圖拉取信息列表進行參數(shù)及屬性查看;原圖修改編輯工具，即用于對原圖進行修改、編輯等操作。BIM建模準備工作包括建立工作集，即各專業(yè)根據(jù)設(shè)計需求建立工作集并設(shè)置權(quán)限，方便進行內(nèi)容管理;創(chuàng)建標高和軸網(wǎng)，即繪制通過標高及軸網(wǎng)獲取空間定位信息，建立構(gòu)件間的相對空間關(guān)系;載入族文件，即通過系統(tǒng)族及可載入族兩種族文件形式，創(chuàng)建項目模型及注釋等基本圖元。BIM建模具體過程為:第一步利用系統(tǒng)族文件和系統(tǒng)工具創(chuàng)建建筑工程的主要墻體三維模型，定義墻體類型及參數(shù)，完成墻體和結(jié)構(gòu)柱在二維平面及三維立體視圖中的布設(shè)顯示及基本構(gòu)件的創(chuàng)建;第二步添加其他構(gòu)件，Ｒevit系列軟件內(nèi)置大量不同種類構(gòu)件族文件樣板，可供用戶直接調(diào)用和創(chuàng)建，建模完成。
3BIM技術(shù)建筑節(jié)能復(fù)合材料的應(yīng)用實例研究
3.1BIM技術(shù)和給排水專業(yè)協(xié)同設(shè)計
本文采用AutodeskＲevitMEP軟件結(jié)合建筑工程中的給排水管道系統(tǒng)進行BIM技術(shù)協(xié)同設(shè)計。具體過程為:(1)創(chuàng)建項目，打開AutodeskＲevitMEP2013軟件操作界面，新建MEP中心項目文件，選擇樣板文件，設(shè)置構(gòu)件相關(guān)信息，使用監(jiān)視功能監(jiān)控文件中關(guān)鍵圖元信息，創(chuàng)建建筑工程給排水管道系統(tǒng)BIM模型;(2)創(chuàng)建視圖，以建筑樓層為基礎(chǔ)，對每個樓層給排水管道進行繪制，繪制完成后，將其連接成整體，形成建筑工程給排水管道系統(tǒng)平面視圖及三維視圖，軟件具有過濾器功能，用于隱藏對當前編輯視圖造成影響的其他圖元，便于圖像編輯;(3)創(chuàng)建中心文件，用于存儲不同參與方設(shè)計的所有內(nèi)容，中心文件可根據(jù)部門劃分為不同工作集，通過權(quán)限設(shè)置協(xié)同文件調(diào)用規(guī)范性。
3.2給排水管道系統(tǒng)模型建立
給排水管道系統(tǒng)模型建立過程包括:(1)基本設(shè)置，將給排水管道系統(tǒng)構(gòu)件加載至MEP軟件實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置，通過“機械設(shè)置”對話框界面編輯參數(shù);(2)管道敷設(shè)，可將給排水管道系統(tǒng)CAD二維平面圖紙鏈接至中心文件中，作為創(chuàng)建BIM模型的空間相對位置定位參考，在軟件標準件數(shù)據(jù)庫中調(diào)用設(shè)備型號，根據(jù)實際施工需要選擇合適的GFＲP材料，載入族文件，設(shè)置管道構(gòu)件類型及屬性，然后對管道系統(tǒng)進行鋪設(shè)，打開“常用”選項卡，根據(jù)“機械設(shè)置”中設(shè)定的要求選擇繪制管道類型，最后將管道和設(shè)備通過管線連接，在合適位置放置管路附件;(3)管道防碰撞檢查，在完成給排水管道系統(tǒng)BIM模型建立后，需根據(jù)管道與設(shè)備間的三維構(gòu)圖，利用ＲevitMEP軟件“協(xié)作”運行功能區(qū)的“碰撞檢查”功能對話框，對設(shè)計中是否存在碰撞問題進行初步考量并調(diào)整。
4結(jié)語
我國作為能源消耗大國，其中建筑工程能耗占我國能源消耗總量的30%以上，因此建筑節(jié)能是建筑工程主要研究方向之一。GFＲP材料以其優(yōu)異的理化和節(jié)能性能，成為目前市場前景良好的新型建筑材料。本文對GFＲP材料性能和在建筑工程節(jié)能中的具體應(yīng)用進行介紹，并提出建筑工程BIM技術(shù)協(xié)同設(shè)計及三維建模過程，以給排水管道系統(tǒng)BIM建模為例，對其建模過程進行說明，為未來建筑工程BIM技術(shù)多專業(yè)協(xié)同設(shè)計的研究提供基礎(chǔ)。
【復(fù)合材料論文】相關(guān)文章：
金屬基復(fù)合材料論文10-27
復(fù)合材料的發(fā)展和應(yīng)用論文08-25
復(fù)合材料在汽車上的運用研究論文07-07
建筑節(jié)能復(fù)合材料應(yīng)用論文10-31
淺析PPTAFPSA復(fù)合材料制備及其性能論文08-07