BIM技術在裝配式建筑中的應用價值研究

■季 楠 Ji Nan

(棗莊科技職業學院，山東滕州 277500）

裝配型結構作為居民住宅產業化的推進模式已經成為當今建筑行業發展的主導趨勢，是圓滿解決建筑領域勞動力嚴重缺乏及環境損害問題的根本性處置路徑。近幾年來，我們國家中有多個省區已經頒布了相應的推進策略，著力驅動裝配型建筑在我國的普及和運用。我們所言的建筑訊息模型（BIM）具備直觀化、數字化、統一化等特點，它的結構效能現在已受到建筑領域的廣泛認可，被建筑行業管理系統視為“建筑走向訊息化的最有效實施路徑”，在我國各大城市的諸多建筑項目中都不同程度地采取了裝配型建筑結構，其中此類工程建設中的深化設計環節是屬于一個關鍵性控制階段，它起到了調配設計與生產施工之間的相互關聯性訊息，推進實現前后有效銜接的重要作用。因為工程設計圖紙并未全面的覆蓋了工程施工中的全過程，而是僅僅涉及了方案規劃中的多種施工技術，并未將施工可能使用的構件及其詳細的制作過程、基層操作信息等納入其中，因此，其應用于裝配型建筑項目的施工過程中，并不能提供全面而貼切的指導，由此來說還需要對施工圖紙進行更加全面和深入的設計，從而更系統的達到建筑工程施工要求。為在最大程度上解決當前我國裝配型建筑施工設計階段所發生的協議雙方協調困難、設計水平偏低、圖紙出錯返工費用很大的一些問題。以我國南方某城市新區裝配型建筑工程項目為實證研究對象，把BIM這一現代化的高新技術深入應用在我國裝配型建筑工程結構體的設計以及建設之中，全面搜集施工技術信息，并將其及時錄入BIM數據模型之內，增進協作雙方的緊密溝通與合作，從而達到優化工程設計質量與施工效率的良好效果。

1 研究工程對象

1.1 項目綜述

本文所研究的是我國南方某城市新區保障房建設項目，其建筑總面積為53萬m2，是由4個地塊25幢住宅樓所構成，其中包含A戶型22棟B戶型3棟，重建筑高度維81～97m，它是屬于該市所建造的第一個裝配型高層建筑工程。

1.2 工程裝配式結構設計方案

對于此建筑工程來說，其架構主要設置的是裝配總體型剪力墻。這一結構類型決定了其施工過程所需要的多種構件，尤其是預制式的三明治墻面板、墻體外表層邊角處的模板、墻體外表層的懸掛壁板以及折疊板等等。根據上述案例介紹可知，該建筑項目主要包含兩大結構，即地下室和樓房，后者主要是指整個建筑的第一層到第六層。根據建筑等級與質量需求，二者的施工方式均選定了水泥現澆法。上述分析構成了該建筑工程的裝配總體式剪力墻施工結構，其預制率已經超過了整個結構的一半。

1.3 建筑項目的BIM技術應用方案

建筑施工項目在正式使用BIM技術前，找準此裝配型建筑在應用BIM技術進行深化施工設計中的操作難點并給出對應的處置方法，這是實現成功運用的前提條件。在實施深化設計的操作環節中，把施工方案與實際的BIM技術操作點進行緊密的結合，達到快捷、協調、嚴細的BIM設計質量。

2 裝配型建筑結構BIM深化技術設計中的操作難點和處置方案

2.1 裝配型建筑結構BIM深化技術設計中的操作難點分析

①對于建筑工程的具體建設過程而言，BIM設計與傳統的建設方案規劃、施工企業以及承包單位的聯系內容多，訊息極其耦合。BIM型深化技術設計必須全面整合和處置來自多方面的工程訊息，其中涵蓋建設方、施工設計、生產企業、施工單位、配件制作單位等的相關訊息，且把此類彼此密切關聯甚至還可能是互相抵觸的工程訊息統一匯集到后續的深化設計當中。倘若不具備完整的操作流程及訊息優先化準則，必然在訊息持續導入的強化BIM設計環節中造成相關訊息的重合及雜亂。②BIM模型軟件制圖款式和國家基準不相符。現階段我們國內比較常用的BIM模型軟件是Revit，此軟件在構建訊息模型方面較為完善，然而其在制圖規格方面和國家內部頒布的制圖標準存在著很大的差別性，原因之一是未建立完整的參數庫和建筑樣板設計的信息系統，之二則歸咎于該設計程序內的各項信息數據較為復雜，并不能嚴格按照國家標準予以調整。對于我國來說，BIM在建筑工程施工中的應用仍存在較大的弱點，即制圖。③對于預制型建筑工程構件來說，其需求量高、操作流程十分復雜，甚至存在較大的重復性。與其他工程相比，裝配型建筑具有著獨特的特點，即組成構件的技術參數的規范化、基準化，在開展工程的深化設計初始階段應最大限度地把所有預制構件的品類實施匯總，在滿足工程需求的基礎上盡量減少構建的使用數量。然而，由于機電設計、生產企業及施工團隊的整體介入，極易導致在一類預制構件技術指標條件下衍生出多個形態一樣然而存在著細微差別的施工構件[1]。倘若借助于人工手段對此類相近卻也存在一定區別的工程構件實施BIM建模及制圖過程，會發生很多的重復性勞動過程，其對人力資源的利用效率很低。

■圖1 裝配式建筑深化設計樣圖

■圖2 預制構件深化設計流程

■圖3 單幢樓BIM整體模型

2.2 裝配式建筑項目BIM技術標準擬定

建筑項目設計與施工的復雜性決定了其過程必需充分調動技術人員并做好職責分工，這也是BIM制圖標準得以形成的關鍵性基礎。就重合度高的裝配型建筑工程而言其深化技術設計工作具有很大的必要性。嚴謹求實的BIM技術標準，有助于推進團隊合作及優化操作品質。

2.2.1 模型拆分操作基準

為滿足建筑項目的設計需求，技術人員可嚴格根據專業標準對BIM信息模型進行有效的拆分與整合，這有利于實現多方協調和工程訊息的規范化傳導，應當依照建筑項目具體施工狀況擬定滿足專業化分工、電腦操作標準、能夠增強多個主體之間的相互配合度的BIM模型拆分與整合計劃。選取實踐中存在的建筑工程為案例，將裝配型剪力墻構件嚴格根據大樓以及各個樓層的建設工藝的模式展開逐層拆分過程。顧及到電腦工作性能，模型中所收集的訊息，順著層級越向上越簡化，最底部一層的訊息模型則成為涵蓋豐富訊息量的Revit模型，整個模型即為只涵蓋各子項形態和重點訊息的輕體式模型[2]。

2.2.2 BIM信息模型深度確定

BIM技術的應用效果與實施質量在一定程度上取決于訊息模型所能夠達到的深度。需要指出的是，這一深度指標應根據施工階段的不同而呈現出不同的狀態，只有如此，方能切實滿足不同施工環節中的具體要求。對于裝配型建筑結構設計而言，必須整體顧及建筑特性、結構特征、機電配置、生產加工、施工操作等方面的訊息，故此其模型深度超過平時常遇到的施工結構設計中的模型深度，應當對生產操作訊息做出充分的展示。BIM深化施工技術設計的總體模型深度是在相關的《居民建筑訊息模型技術設計規范》中所要求的工程圖模型深度條件下做出的新增內容。

2.2.3 協同檢查內容調整

正如上文所述，裝配型建筑工程的設計環節是一個包含諸多內容、涉及諸多主體的復雜工作，其需要不同主體的緊密協調，在大量訊息持續涌入的狀態下，必然會導致各類碰撞問題的發生，其重點涵蓋：①預制性構件的現場組裝。在預制性構件的外形結構設計完成之后，在進行組裝時極易發生構件體自身的拼接不合或不匹配等相關問題，尤其是在一些拐角處、標高轉換部位極易發生。②施工中預制型構件鋼筋及其埋件的置入。預制性構件設置時其埋件的安裝至關重要，一旦安裝不當或不符合要求，就可能對鋼筋體本身的設置形成消極作用，影響其設置的精準性與規范性，因此，技術人員應針對性的改變鋼筋或埋件設置方位，以嚴格禁止發生不同物質間的相互碰撞。

2.2.4 BIM深化設計制圖基準

依照國家建筑基準設計圖冊及工程建設需求，針對性的繪制形成BIM技術下的建筑初級圖紙（圖1）。建筑施工圖紙所采用的種類和覆蓋的主體內容都給出了具體的限定[3]。

這里以預制三明治型外墻板為研究目標，其中預制每1個構件最低需要繪制出三類圖紙。①模板結構視圖側重展示預制構件與輔助構件的結構、形狀以及大小、實際的設置方位等信息，最重要的包括建筑工程構件結構的各種視圖，如主視圖、后視圖、左視圖以及俯視圖等，必要的話還需展示出構件的立體圖。通常情況下，建筑工程構件信息表應包含其名稱、尺寸大小、本體重量、輔件類別及需要數量等相關訊息[4]。②配筋結構圖。側重展示預制性構件結構中配筋方面的具體訊息。其涵蓋構件配筋結構圖（后視），剖面結構視圖，鋼筋體三維結構圖、鋼筋配置附表（涵蓋鋼筋類別編號、尺寸規格、消耗數量、用料配圖等）。③保溫型連接體視圖側重展示的是預制三明治墻板中能夠達到維護溫度固定不變的相關配件，展示信息包含了其具體解耦股、大小以及安放位置。重點包含溫度保持型配置件結構圖（后視）、截面圖、保溫配置件匯總表。

3 BIM裝配型建筑深化技術設計的內容

3.1 構件體結構的深化設計

在具體的深化設計環節中，依托和施工團隊的緊密配合，融入生產作業訊息（圖2），編制出能符合生產作業需求的BIM訊息模型[5-6]。

3.2 實體模型調制

依照模型的拆分準則，構建出A戶型整裝結構模型及B戶型整裝結構模型。對圖3中A戶型來說，開始依托多種施工模型的綜合組合，具體涉及到預制構件、機電以及水泥澆注模型，最終形成標準化的單層總裝結構；隨后通過運用上述模型和標準層模型，設計出該案例中的A戶型（圖3）[7]。項目中相異層次的模型各自具備與之相對應的BIM應用特點。①預制性構件BIM結構模型。單體構件技術設計的制圖，輕體化后可用到拼構整體模型。②土建水泥澆注模型，機電結構模型拼構整體模型。③標準類整體結構模型碰撞試驗，預制型構件體平面布置圖繪制[8-9]。

4 結語

依托標準構件及軟件研發，能夠減弱BIM技術在建筑工程應用中的主要不足，優化應用質量。①編制了裝配型建筑項目規劃中的BIM使用規范，對BIM信息模型拆分、制圖基等準確立了定義，推進協調工作及設計品質的提升。②立足于Revit程序深入分析了裝配型建筑設計中的技術系統，包含制圖、模型調配和批量處理等。

（責任編輯：張 楊）

[1]靳鳴,李錦磊,王曉強.成都金融城項目設計施工一體化BIM應用[J].施工技術,2013,(02):107-109.

[2]侯本才,馬文文,郭瑞峰.建筑工業化深化設計與工程實踐[J].施工技術,2016,45(10):38-41.

[3]姜鈺蒙,田朋朋,孟濱.環境藝術設計視角下舊工業建筑的更新再利用研究[J].家具與室內裝飾,2017,(11):124-126.

[4]黃連涵.BIM,室內設計的機遇和挑戰[J].家具與室內裝飾,2017,(10):98-99.

[5]熊誠.BIM技術在PC住宅產業化中的應用[J].住宅產業,2012,(06):17-20．

[6]中國建筑標準設計研究院.預制混凝土剪力墻外墻板:15G365-1[S].2015.

[7]張德海,陳娜,韓進宇.基于BIM的模塊化設計方法在裝配式建筑中的應用[J].土木建筑工程信息技術,2014,(06):81-85.

[8]成都市城鄉建設委員會.成都市民用建筑信息模型設計技術規定(160830)[S].2016.

[9]許黎明.裝配式建筑的發展及其對家居行業的影響[J].家具與室內裝飾,2017,(12):54-55.