BIM在裝配式建筑設(shè)計中的應(yīng)用

于佩瑤

摘 要：裝配式建筑具有新型建筑工業(yè)化的五大特點：標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工業(yè)化生產(chǎn)、裝配式施工、一體化裝修和信息化管理。裝配式建筑核心為集成，建筑信息模型（Building Information Model）可以將設(shè)計、生產(chǎn)、施工、裝修和信息化管理串聯(lián)起來，服務(wù)于設(shè)計、建設(shè)、運維、拆除的建筑全生命周期。建筑信息模型技術(shù)可以整合建筑全產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)項目全過程，全方位的信息化集成。

關(guān)鍵詞：BIM；裝配式；設(shè)計

1 裝配式建筑中BIM應(yīng)用現(xiàn)狀

據(jù)《上海建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展報告》201

8版中指出，截止2017年12月31日，在報建項目中，實施裝配式的建設(shè)項目共637個，其中應(yīng)用BIM技術(shù)的裝配式項目共413個，裝配式建筑BIM應(yīng)用率達(dá)到65%，413個實施裝配式的BIM應(yīng)用項目類型涵蓋房屋建筑、市政基礎(chǔ)設(shè)施等類型（如圖1所示）。

上海重點要求推進(jìn)BIM技術(shù)在裝配式項目中的應(yīng)用；實現(xiàn)建筑構(gòu)件生產(chǎn)管理信息化；推進(jìn)裝配式建筑要素信息集成化。

2 工程概況

寶山區(qū)顧村鎮(zhèn)某項目，建設(shè)單位為上海某房地產(chǎn)有限公司，建設(shè)地點在上海市寶山區(qū)，總建筑面積為4萬平方米。本工程為裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)，高度均低于50m，預(yù)制構(gòu)件類型包括：預(yù)制疊合板、預(yù)制樓梯、預(yù)制疊合梁、預(yù)制柱，預(yù)制梁達(dá)到40.86%，此外本項目為建筑裝修一體化設(shè)計，包括地面，墻面，吊頂?shù)炔课坏难b修，裝修預(yù)埋管線均與預(yù)制構(gòu)件設(shè)計配合完成。

3 應(yīng)用情況

正向BIM協(xié)同設(shè)計中，設(shè)計核心的相關(guān)工作是在BIM的工作框架下完成，以BIM的思維和工作方式進(jìn)行設(shè)計工作，尤其是專業(yè)內(nèi)協(xié)同和專業(yè)間的協(xié)同，設(shè)計相關(guān)信息通過BIM模型承載，通過模型來實現(xiàn)本項目中設(shè)計階段的相關(guān)應(yīng)用。

在項目開始之前，通過業(yè)主方推動，建立BIM正向設(shè)計的工作體系，包括項目整體的BIM人員框架，對各參建方均提出了BIM相關(guān)技術(shù)要求，具有扎實的BIM應(yīng)用能力，認(rèn)可BIM正向設(shè)計的相關(guān)成果。同時，在我們設(shè)計團(tuán)隊內(nèi)部，也建立與二維設(shè)計相同的三維正向設(shè)計團(tuán)隊，該團(tuán)隊成員需具備專業(yè)技術(shù)能力。

通過項目應(yīng)用與傳統(tǒng)二維設(shè)計項目對比，我們可以得出，BIM是一個體系，包含多軟件協(xié)同工作，由于結(jié)構(gòu)專業(yè)的特殊性，本項目中我們將結(jié)構(gòu)分析模型作為工作的基本模型進(jìn)行交互，包括性能分析等，通過BIM軟件與分析軟件的API接口可以將結(jié)構(gòu)計算分析模型傳遞到BIM模型中，再傳遞到其他分析軟件中避免二次建模甚至更多，在相關(guān)分析軟件中，如果進(jìn)行調(diào)整，可以實時反饋到原始模型，目前已實現(xiàn)多款軟件間的雙向交互。

在BIM正向設(shè)計過程中，專業(yè)間的協(xié)調(diào)是即時的，當(dāng)某一專業(yè)鏈接另外專業(yè)文件工作的時候，打開監(jiān)視功能時，會即時收到相關(guān)修改信息，并可選擇性的定位到修改位置，避免了提資缺漏延時情況。

通過總結(jié)，在裝配式項目中，采用BIM正向設(shè)計與二維傳統(tǒng)設(shè)計相比有以下幾點優(yōu)勢。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)化的BIM預(yù)制構(gòu)件庫

標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制構(gòu)件是裝配式建筑的典型特征，在傳統(tǒng)的二維設(shè)計中，是通過預(yù)制構(gòu)件的加工圖來表達(dá)預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計，其平立剖圖紙是傳統(tǒng)的二維表達(dá)方式，在本項目中，通過BIM模擬工廠加工的方式，以預(yù)制件模型的方式來表達(dá)，需要提前與加工廠溝通，確認(rèn)構(gòu)件模數(shù)，建立齊全的項目級預(yù)制件族庫（如圖2）。

3.2 可視化設(shè)計

裝配式建筑構(gòu)件深化設(shè)計之前，需將結(jié)構(gòu)構(gòu)件按照相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拆分，將預(yù)制件深化為可供加工廠生產(chǎn)及現(xiàn)場安裝的預(yù)制構(gòu)件，這是裝配式建筑設(shè)計中結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計之后的深化設(shè)計工作；基于三維可視化設(shè)計，可以對整個項目中所有預(yù)制構(gòu)件的幾何屬性進(jìn)行可視化分析（如圖3），對預(yù)制構(gòu)件的類型和數(shù)量進(jìn)行歸并優(yōu)化，增加標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件的類型和數(shù)量。

基于BIM的正向設(shè)計，還可以提高裝配式設(shè)計協(xié)同效率，各專業(yè)在認(rèn)可的模型中，統(tǒng)一協(xié)同工作，將建筑各類信息集成于BIM模型，保證設(shè)計內(nèi)容的完整性，從而提升設(shè)計質(zhì)量，同時構(gòu)件信息可與加工機器直接對接，用于生產(chǎn)，減少了二維設(shè)計中大量翻圖工作。

基于BIM的正向設(shè)計，還可以對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行拆分與組裝分析，協(xié)調(diào)各專業(yè)進(jìn)行碰撞檢查。如預(yù)制件內(nèi)部鋼筋等組成部分的碰撞檢查、設(shè)備預(yù)留預(yù)埋的碰撞檢查等。本項目中運用BIM可視化檢測，在1300張預(yù)制構(gòu)件圖中，檢測出63處節(jié)點硬碰撞，減少加工廠及現(xiàn)場返工。

3.3 可視化裝配

通過BIM技術(shù)，可以將復(fù)雜節(jié)點以三維形式向施工班組交底，提高施工準(zhǔn)確性，預(yù)制構(gòu)件施工方案優(yōu)化。結(jié)合項目PC結(jié)構(gòu)特點，針對PC構(gòu)件現(xiàn)澆核心區(qū)，利用BIM進(jìn)行方案模擬優(yōu)化；針對預(yù)制件連接部位的縫隙做出相應(yīng)的施工方案，確認(rèn)最優(yōu)工序，提高施工效率。

3.4 延伸價值

基于BIM的正向設(shè)計中，模型匯總包含了構(gòu)件的幾何信息。材料信息。設(shè)備信息和成本信息等，通過讀取模型中這類信息，可以快速得到預(yù)制件與現(xiàn)澆構(gòu)件的工程量，用于項目造價參考。在模型建立前，還可以統(tǒng)籌各應(yīng)用點使模型具有更多的延伸應(yīng)用功能，比如性能化分析，后期運維等功能。

3.5 參數(shù)化設(shè)計

基于Dynamo的參數(shù)化編程，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)要求，快速實現(xiàn)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中的各類預(yù)制構(gòu)件的生成，通過輸入幾何尺寸、鋼筋配置的參數(shù)和預(yù)埋件的布置參數(shù)，實現(xiàn)三維預(yù)制構(gòu)件的快速建模、構(gòu)配件定位和鋼筋配置，從而生成六視裝配構(gòu)件施工圖和配筋圖，減少裝配式混凝土結(jié)構(gòu)分設(shè)計的工作量，提高設(shè)計效率（如圖4）。

在如今BIM逐漸被各方重視起來，傳統(tǒng)簡單檢測碰撞的BIM應(yīng)用已經(jīng)落后了，其本身存在很多風(fēng)險，翻模成果與設(shè)計本意不一致的情況時有發(fā)生，且容易造成重復(fù)建模，過度建模，綜上，BIM正向設(shè)計是明顯優(yōu)于傳統(tǒng)二維設(shè)計的，尤其在裝配式建筑設(shè)計項目中，其前提是項目人員應(yīng)有專業(yè)設(shè)計能力，且能合理理解運用BIM，明確的知道自己的設(shè)計意圖。在BIM正向設(shè)計中，在于其工作模式的更高層面的協(xié)同，不僅是項目參建方之間的協(xié)同，專業(yè)間的協(xié)同，更是設(shè)計過程中的各應(yīng)用與任務(wù)節(jié)點的協(xié)同，將設(shè)計充分引入到BIM體系，利用可視化建造，將更多工作提前考慮，提前布置，通過“預(yù)建造”，可以充分發(fā)揮BIM在裝配式建筑設(shè)計的應(yīng)用價值。

4 前景展望

BIM正向設(shè)計的推廣相對于BIM本身的發(fā)展來看還是很緩慢的，行業(yè)整體的BIM應(yīng)用水平還處在較低層面，建設(shè)方不愿意額外承擔(dān)一筆不菲的設(shè)計費，設(shè)計院也不愿意無本推廣應(yīng)用，在劉行項目中，BIM正向設(shè)計的推廣也并不是很順利，參建方具有一定的BIM應(yīng)用能力之外，審圖機構(gòu)，專項顧問，專項分包等因為種種原因，在BIM正向設(shè)計的交付成果中存在一定的溝通障礙，目前大部分審圖機構(gòu)還不具備對BIM成果的審核能力，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也沒有明確相對應(yīng)的合理深度劃分，加工廠的生產(chǎn)水平也沒有都達(dá)到接入模型數(shù)據(jù)快速生產(chǎn)的程度。相信在以后幾年，行業(yè)內(nèi)的各方水平都會提升，二維到三維的設(shè)計轉(zhuǎn)變趨勢不可逆，在三維成果上進(jìn)行更深一步的應(yīng)用展望已經(jīng)可以嘗試了，如基于數(shù)字化、參數(shù)化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的預(yù)制構(gòu)件自動優(yōu)化拆分；裝配式施工的模擬建造；3D打印模擬安裝；基于BIM模型的裝配式建筑的數(shù)字化施工管理后期運維等。

參考文獻(xiàn)：

[1] 上海市建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展報告.