BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)踐分析

侯德財(cái)

（華藍(lán)設(shè)計(jì)（集團(tuán)）有限公司）

前言

BIM（建筑信息模型）技術(shù)通常是指對(duì)建筑物功能特性與物理實(shí)體的數(shù)字化表達(dá)，其可以實(shí)現(xiàn)不同部門、不同階段的數(shù)據(jù)傳遞和共享，具有關(guān)聯(lián)性、一致性、完備性的特征。近些年來，隨著裝配式建筑的快速發(fā)展，要求各環(huán)節(jié)、各專業(yè)間實(shí)現(xiàn)高度協(xié)調(diào)配合，并對(duì)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的管理也提出了較高的要求。而BIM技術(shù)能夠?yàn)檠b配式建筑設(shè)計(jì)提供良好的平臺(tái)，其可以確保各個(gè)環(huán)節(jié)的有效銜接，提高設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性，保證后續(xù)施工的順利進(jìn)行。

1 裝配式建筑的概述

1.1 裝配式建筑

其一般是在工地上來對(duì)預(yù)制部品、部件進(jìn)行裝配而構(gòu)成的建筑。通常情況下，裝配式建筑包括裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑、裝配式混凝土建筑、裝配式組合結(jié)構(gòu)建筑及裝配式木結(jié)構(gòu)建筑等。

1.2 裝配式建筑的優(yōu)勢(shì)

①節(jié)約能源和資源。在進(jìn)行裝配式建筑生產(chǎn)過程中，可以降低建筑垃圾量的產(chǎn)生，提高建筑材料的使用效率；②提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率；③減少污染。傳統(tǒng)的建筑工程施工往往會(huì)產(chǎn)生噪音、揚(yáng)塵等污染，影響人們的正常工作、生活和學(xué)習(xí)。而裝配式建筑直接在生產(chǎn)車間完成，然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，大大降低了污染的產(chǎn)生，更好的滿足城市發(fā)展需求；④提高工程質(zhì)量。由于大多數(shù)的構(gòu)件都是在工廠嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)完成，并且在構(gòu)件出廠前委派專業(yè)人員對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行了嚴(yán)格的把關(guān)，從而有效提高裝配式建筑的整體質(zhì)量；⑤可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、信息化的有效結(jié)合；⑥催生一些新型產(chǎn)業(yè)，有效緩解了目前鋼產(chǎn)能過剩的現(xiàn)象。

2 裝配式建筑的發(fā)展現(xiàn)狀

2016年12月份黨中央和國(guó)務(wù)院召開中央城市工作會(huì)議，并頒布了《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》，其中明確提出要在未來10年左右的時(shí)間里，推動(dòng)裝配式建筑的發(fā)展，并使其在新建建筑中占據(jù)的比例達(dá)到30%。2017年3月份李克強(qiáng)總理在《政府工作報(bào)告》中倡導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)和裝配式建筑的大力發(fā)展，以更好的提高建筑技術(shù)水平，確保建筑工程施工的整體質(zhì)量。為了貫徹這些要求，國(guó)務(wù)院制定并通過了《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，并于9月27日印發(fā)執(zhí)行。9月30日國(guó)務(wù)院新聞辦公室舉辦了國(guó)務(wù)院政策例行吹風(fēng)會(huì)，參與會(huì)議的有建筑節(jié)能與科技司司長(zhǎng)蘇蘊(yùn)山和住房城鄉(xiāng)建設(shè)部總工程師陳宜明，他們分別對(duì)裝配式建筑的概念、優(yōu)越性、必要性、實(shí)施步驟、主要任務(wù)、研究解決和需要注意的問題等相關(guān)政策進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和解讀，為推動(dòng)裝配式建筑的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

3 在裝配式建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)的重要性

由于傳統(tǒng)裝配式建筑設(shè)計(jì)過程中要做好預(yù)制構(gòu)件的預(yù)留和預(yù)埋設(shè)計(jì)，各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)工作比較復(fù)雜，而且稍有疏忽就會(huì)誘發(fā)不必要的沖突，從而導(dǎo)致建筑設(shè)計(jì)效率低下，影響裝配式建筑設(shè)計(jì)的整體效果。而將BIM技術(shù)引入其中，裝配式建筑設(shè)計(jì)人員可以把各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)信息傳輸至BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)上，然后借助自動(dòng)糾錯(cuò)與碰撞功能，可以準(zhǔn)確的分析出各專業(yè)之間的設(shè)計(jì)矛盾，并及時(shí)分析出各專業(yè)設(shè)計(jì)之間存在的缺陷和不足，這樣不僅可以有效加強(qiáng)各專業(yè)之間的溝通，而且還可以進(jìn)一步降低設(shè)計(jì)誤差，提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確率，為后續(xù)裝配式建筑施工的進(jìn)行提供保障。

建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化是推動(dòng)建筑工業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵，其通常是以模數(shù)協(xié)調(diào)為基礎(chǔ)，但是現(xiàn)有裝配式建筑設(shè)計(jì)缺乏與之相匹配的模數(shù)協(xié)調(diào)指導(dǎo)，而BIM技術(shù)的出現(xiàn)能夠確保裝配式建筑信息的開放與共享，從而為裝配式建筑設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化形成和推廣提供信息化平臺(tái)，以確保裝配式建筑的可持續(xù)發(fā)展。通常情況下，裝配式建筑設(shè)計(jì)人員可以把各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方案?jìng)鬏斨罛IM技術(shù)平臺(tái)之上，通過對(duì)相關(guān)尺寸、樣式等信息的有效整合，可以生成裝配式建筑設(shè)計(jì)過程中的各類預(yù)制構(gòu)件，例如門、窗等，并按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，從而得到相應(yīng)的裝配式建筑構(gòu)建，如圖1所示。

4 在裝配式建筑設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐

4.1 埋件布置

圖1 裝配式建筑的門、窗示意圖

在進(jìn)行裝配式建筑設(shè)計(jì)中過程中，一般會(huì)根據(jù)根據(jù)拆分細(xì)則來對(duì)預(yù)制構(gòu)件埋件進(jìn)行針對(duì)性的編輯，該過程中通常可以選擇包含有埋件的內(nèi)嵌族，以提高埋件布置的效率，但是對(duì)于梁、板中的鋼筋吊鉤環(huán)，還需要按照要求來開展吊鉤形狀的設(shè)計(jì)。通常情況下，預(yù)制柱上埋件可以根據(jù)需求構(gòu)建針對(duì)性的預(yù)制柱族布置，并調(diào)整鋼板的高度、預(yù)制柱的墻-柱連接處為實(shí)例參數(shù)，然后對(duì)其實(shí)施參數(shù)化的調(diào)整，該過程可以把參數(shù)關(guān)聯(lián)設(shè)置為全局參數(shù)，并在全局參數(shù)條件下來對(duì)預(yù)制墻板連接件的高度進(jìn)行設(shè)置，這樣就可以對(duì)柱上連接件的高度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。梁上吊鉤可以對(duì)Dynamo中的點(diǎn)進(jìn)行調(diào)用和平移來構(gòu)建吊鉤形狀多段線，從而獲取吊鉤鋼筋，明確吊鉤在梁上的相關(guān)位置參數(shù)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)梁上吊鉤布置。

4.2 鋼筋的創(chuàng)建

在裝配式建筑設(shè)計(jì)階段，可以根據(jù)構(gòu)件中鋼筋的拆分原則和構(gòu)造要求，來完善裝配式建筑構(gòu)件中鋼筋布置的基本流程，然后通過二次開發(fā)的程序調(diào)用，就可以準(zhǔn)確的獲取鋼筋的相關(guān)參數(shù)信息，并按照鋼筋的布置規(guī)則來在預(yù)制構(gòu)件上進(jìn)行鋼筋的布置。本文將會(huì)以預(yù)制梁（圖2）為例來對(duì)鋼筋的布置規(guī)則進(jìn)行分析：①在梁跨中后澆段中按照要求斷開縱筋，并適當(dāng)?shù)乃Τ鲆欢ㄩL(zhǎng)度的后澆段，使其更好的滿足套筒安裝尺寸要求；②在梁端500和1.5h中選擇最大值來劃定箍筋加密區(qū)范圍，而其余的部分屬于非加密區(qū)，這樣一來可以確定箍筋間距和數(shù)量、縱筋斷開位置等參數(shù)，然后對(duì)BIM技術(shù)中的相關(guān)程序進(jìn)行調(diào)用，就可以完成對(duì)梁縱筋和箍筋的創(chuàng)建。

圖2 預(yù)制梁鋼筋

4.3 BIM構(gòu)件的拆分設(shè)計(jì)

在施工圖階段，由于BIM模型中的墻體、樓板等模型構(gòu)件屬于一個(gè)統(tǒng)一的整體，在對(duì)其進(jìn)行深度設(shè)計(jì)過程中，最好按照要求把連續(xù)的模型構(gòu)件拆分為各個(gè)工廠可以生產(chǎn)的獨(dú)立構(gòu)件（圖3），然后按照設(shè)計(jì)圖紙對(duì)其進(jìn)行加工。在BIM技術(shù)中，構(gòu)件拆分需要嚴(yán)格按照工廠的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)要求來進(jìn)行，以滿足“多組合、少規(guī)格”的要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的種類的有效控制，以完成在工廠的有效生產(chǎn)，并在裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行裝配。在明確了BIM構(gòu)件的拆分設(shè)計(jì)原則后，可以在施工圖BIM模型上直接構(gòu)建深化模型，并把一個(gè)完整的構(gòu)建按照一定的要求拆分成各個(gè)工廠可以直接加工的預(yù)制構(gòu)件，從而有效完成預(yù)制構(gòu)件連接構(gòu)造和預(yù)制構(gòu)件配筋設(shè)計(jì)等工作。借助三維BIM技術(shù)模型來進(jìn)行構(gòu)建的拆分設(shè)計(jì)，能夠?qū)Ω鳂?gòu)件間的連接關(guān)系給予直觀的呈現(xiàn)，其不僅可以拆分設(shè)計(jì)進(jìn)行有效的完善，而且還可以有效降低二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過程中所存在的設(shè)計(jì)盲點(diǎn)，降低設(shè)計(jì)誤差的出現(xiàn)，同時(shí)該模型也可以避免數(shù)據(jù)的丟失，從而確保了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的有效傳遞。

5 在裝配式建筑設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用效果

5.1 實(shí)現(xiàn)裝配式建筑設(shè)計(jì)的信息共享

在裝配式建筑設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)用BIM技術(shù)可以有效連接各個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)孤島，并借助BIM技術(shù)還可以是各階段的信息有效銜接在一起，通過BIM技術(shù)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)建筑信息的共享與集成，確保上下游信息的有效傳遞，其可以有效解決裝配式建筑施工中多組織、多環(huán)節(jié)、資源信息共享問題，使裝配式建筑設(shè)計(jì)得到了進(jìn)一步完善。

圖3 構(gòu)件的拆分設(shè)計(jì)

5.2 減少施工損耗，節(jié)約建筑成本

在裝配式建筑設(shè)計(jì)階段，引入BIM技術(shù)不僅可以降低對(duì)能源和資源的損耗，而且還可以實(shí)現(xiàn)無紙化加工建造，具有可視化建造管理、可視化模擬的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也可以根據(jù)整體規(guī)劃情況或場(chǎng)地使用情況來實(shí)現(xiàn)建筑量化，使裝配式建筑設(shè)計(jì)和管理階段的成本投入得到有效的控制，降低施工各個(gè)環(huán)節(jié)由于設(shè)計(jì)偏差而誘發(fā)的設(shè)計(jì)或施工變更，從而達(dá)到節(jié)約建筑成本的目的。

5.3 提高專業(yè)人員的工作效率

以BIM技術(shù)平臺(tái)來開展裝配式建筑設(shè)計(jì)工作，可以在一個(gè)虛擬的建筑中來完成對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的有效修改和完善，并從BIM技術(shù)模型中可以直接生成相關(guān)的圖紙，這樣不僅可以避免設(shè)計(jì)階段專業(yè)人員可能出現(xiàn)的矛盾與沖突，而且還可以有效提高專業(yè)人員的工作效率。同時(shí)，從BIM建筑模型，專業(yè)人員也可以直接獲取構(gòu)件的相關(guān)幾何信息，并實(shí)現(xiàn)與施工單位的有效交流與溝通，以更好的了解和掌握裝配式建筑設(shè)計(jì)的基本情況，提高裝配式建筑設(shè)計(jì)的工作效率和質(zhì)量。

6 結(jié)束語

綜上所述，在進(jìn)行裝配式建筑設(shè)計(jì)過程中，為了更好的提高其設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，將BIM引入到埋件布置、鋼筋的創(chuàng)建、構(gòu)件的拆分設(shè)計(jì)之中，這樣不僅可以提高模型拆分和深化設(shè)計(jì)的效率，而且還可以提高預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量，為建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

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