基于BIM的裝配式建筑一體化協(xié)同設(shè)計(jì)

盧 睿 （安徽城市管理職業(yè)學(xué)院，安徽 合肥 230012）

0 前言

BIM(Building Inform ation M odeling，建筑信息模型)是將現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)行的工程項(xiàng)目利用計(jì)算機(jī)模擬生成的計(jì)算機(jī)模型，通過計(jì)算機(jī)平臺(tái)整合工程項(xiàng)目各個(gè)環(huán)節(jié)的相關(guān)信息，在全建筑生命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)所有相關(guān)數(shù)據(jù)互通，讓所有參與工程項(xiàng)目建設(shè)和后期運(yùn)維人員利用數(shù)據(jù)平臺(tái)充分掌握整個(gè)工程項(xiàng)目的各個(gè)環(huán)節(jié)，并且對(duì)出現(xiàn)的問題采取高效應(yīng)對(duì)，在整個(gè)建設(shè)和運(yùn)營過程中由于各方協(xié)同工作，在節(jié)約成本、縮短工期和提高生產(chǎn)效率等方面發(fā)揮重要作用[1]。裝配式建筑就是建筑的部分或全部構(gòu)件在工廠預(yù)制完成，然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，將預(yù)制的構(gòu)件通過可靠的連接方式組裝而建成的建筑[2]。裝配式建筑是實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化的重要手段，可以促進(jìn)建筑業(yè)加速轉(zhuǎn)型升級(jí)。發(fā)展建筑工業(yè)化，離不開建筑信息化，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和信息化的深度融合，將BIM技術(shù)平臺(tái)與裝配式建筑結(jié)合，最終目的是為了節(jié)約成本，縮短工期，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)建筑的信息化與工業(yè)化[3-5]。同時(shí)，在我國大力發(fā)展綠色環(huán)保建筑的過程中，基于BIM的裝配式建筑低碳環(huán)保，高效節(jié)能，是未來建筑業(yè)發(fā)展的大趨勢。

1 我國裝配式建筑行業(yè)設(shè)計(jì)的主要問題

我國目前仍然處于建筑工業(yè)化的初期階段，隨著人們?nèi)找嬖鲩L的美好生活需要，傳統(tǒng)的建筑行業(yè)建造模式不能適應(yīng)現(xiàn)代化的建造需要，在建筑業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，都不能滿足工業(yè)化建設(shè)所需要達(dá)到的全過程產(chǎn)業(yè)鏈一體化要求。在設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)階段主要存在的問題有：①裝配式建筑設(shè)計(jì)門檻高，不會(huì)做；②專業(yè)間協(xié)調(diào)困難，難以實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)；③深化設(shè)計(jì)工作量大，大量精細(xì)模型處理困難；④詳圖圖紙量太大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，設(shè)計(jì)效率低。對(duì)于開發(fā)商：增量成本高；對(duì)于EPC企業(yè)：各階段系統(tǒng)分離，BIM信息難以在EPC項(xiàng)目全過程應(yīng)用。

2 BIM裝配一體化正向設(shè)計(jì)應(yīng)用

裝配式混凝土設(shè)計(jì)建立在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，在方案階段，研究方案的可行性，確定最終的方案；在施工圖設(shè)計(jì)階段，在確保不改變?cè)瓉斫Y(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，確定構(gòu)件拆分方案和節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)成，確保結(jié)構(gòu)的安全性。裝配式建筑正向一體化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)是將各專業(yè)技術(shù)在同一平臺(tái)上集成，利用平臺(tái)實(shí)現(xiàn)建筑模塊集成，結(jié)構(gòu)體系安全，機(jī)電配套設(shè)施完整，裝修過程一體化協(xié)同的平行設(shè)計(jì)模式，同時(shí)建立各模塊標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)調(diào)，各專業(yè)接口融合，從而避免在設(shè)計(jì)過程中由于信息不對(duì)稱產(chǎn)生的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和設(shè)計(jì)返工。裝配式建筑一體化集成設(shè)計(jì)的平臺(tái)是采用BIM技術(shù)數(shù)字化平臺(tái)。BIM數(shù)字化平臺(tái)改變傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)方式，致力于項(xiàng)目一體化協(xié)同設(shè)計(jì)，主要解決土建與機(jī)電設(shè)計(jì)、預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)、裝修設(shè)計(jì)、部品深化設(shè)計(jì)、施工安裝模擬設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)全過程三維設(shè)計(jì)可視化，包括建筑功能可視化、預(yù)制構(gòu)件裝配可視化、管線綜合可視化。從而避免土建結(jié)構(gòu)之間，鋼筋之間，機(jī)電管線之間出現(xiàn)的碰撞矛盾，達(dá)到提高設(shè)計(jì)精準(zhǔn)度和設(shè)計(jì)效率的目的。

2.1 BIM裝配式正向設(shè)計(jì)應(yīng)用專業(yè)范圍及深度

①可視化設(shè)計(jì)：建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣、工藝全專業(yè)BIM建模。②BIM可持續(xù)設(shè)計(jì)：使用BIM軟件進(jìn)行節(jié)能分析計(jì)算，并提供國家相關(guān)審批部門認(rèn)可的節(jié)能計(jì)算書。③施工圖設(shè)計(jì)：使用BIM軟件輔助施工圖設(shè)計(jì)，出圖圖紙包括建筑平立剖施工圖、建筑墻身底圖、建筑詳圖底圖、建筑門窗表、建筑門窗詳圖、樓梯詳圖、結(jié)構(gòu)平法施工圖底圖、結(jié)構(gòu)平面拆分圖。④算量統(tǒng)計(jì)，使用BIM軟件統(tǒng)計(jì)混凝土工程量。⑤預(yù)制率計(jì)算，使用BIM軟件進(jìn)行預(yù)制率計(jì)算，隨時(shí)可根據(jù)建筑變更計(jì)算實(shí)時(shí)預(yù)制率。⑥構(gòu)件拆分，施工BIM軟件進(jìn)行疊合梁、疊合板、預(yù)制柱、預(yù)制外掛板等構(gòu)件的拆分設(shè)計(jì)。⑦碰撞檢查：利用BIM軟件進(jìn)行設(shè)備管線之間、設(shè)備管線與建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的碰撞檢查；并進(jìn)行關(guān)鍵、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)處的鋼筋碰撞檢查。⑧設(shè)備提資：設(shè)備專業(yè)在BIM軟件中向結(jié)構(gòu)專業(yè)提資，在預(yù)制構(gòu)件上預(yù)留設(shè)備條件。⑨構(gòu)件深化圖紙繪制：在拆分設(shè)計(jì)完成后，由BIM軟件自動(dòng)生成構(gòu)件深化圖紙。⑩管線綜合（路徑優(yōu)化）：使用BIM軟件進(jìn)行設(shè)備專業(yè)間的管線綜合、優(yōu)化管線路徑。室內(nèi)裝修動(dòng)畫制作：利用BIM軟件導(dǎo)出模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)及動(dòng)畫制作。

2.2 BIM正向設(shè)計(jì)方法及流程

BIM設(shè)計(jì)階段工程流程如上圖所示。

BIM設(shè)計(jì)階段工程流程

3 BIM裝配一體化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

①裝配式建筑一體化設(shè)計(jì)需要做到模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化是基礎(chǔ)，模數(shù)化是核心，從而形成“少規(guī)格多組合”的模塊化，便于工廠標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)和建造單位模塊化的施工。

②基于BIM的一體化設(shè)計(jì)解決專業(yè)協(xié)調(diào)問題，基于BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)使得各專業(yè)間數(shù)據(jù)順暢流轉(zhuǎn)，無縫銜接。

③實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。在建筑設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)建筑模塊的標(biāo)準(zhǔn)集成；在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由標(biāo)準(zhǔn)化的梁、板、柱、墻（水平結(jié)構(gòu)、豎向結(jié)構(gòu)）通過規(guī)范的連接方式裝配成結(jié)構(gòu)體系；在機(jī)電設(shè)計(jì)中，由標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備、管道單元組合成機(jī)電模塊，裝配成有機(jī)的機(jī)電系統(tǒng)；在裝修設(shè)中，由標(biāo)準(zhǔn)化的零配件、部品件裝配成地面、廚衛(wèi)、吊頂、內(nèi)隔墻、外立面。

④裝配式建筑工業(yè)產(chǎn)品通過BIM正向一體化系統(tǒng)技術(shù)集成化實(shí)現(xiàn)建筑的高品質(zhì)、高舒適度、高科技、節(jié)能環(huán)保。

⑤在傳統(tǒng)的BIM設(shè)計(jì)中，施工圖設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題后有兩種結(jié)果，一種結(jié)果是BIM設(shè)計(jì)師發(fā)現(xiàn)了問題，之后與對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)師溝通，雙方依次修改設(shè)計(jì)問題，這種情況耗費(fèi)大量人力和時(shí)間，同時(shí)也增加了成本；另外一種結(jié)果是BIM設(shè)計(jì)師未發(fā)現(xiàn)問題，直接導(dǎo)致錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)，造成嚴(yán)重的設(shè)計(jì)失誤，從而引發(fā)后面一系列的工程問題。采用BIM正向一體化設(shè)計(jì)方式，一旦發(fā)現(xiàn)施工圖設(shè)計(jì)有誤，平臺(tái)會(huì)自動(dòng)顯示問題，設(shè)計(jì)師直接發(fā)現(xiàn)問題，之后自行修改，降低設(shè)計(jì)門檻，簡化裝配式建筑設(shè)計(jì)流程，把裝配式設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)融入到軟件流程中，引導(dǎo)沒有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員盡快掌握裝配式設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)一鍵智能化全樓拆分；一鍵生成全部施工圖；一鍵生成送審計(jì)算書，大大的提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

⑥全流程集成應(yīng)用系統(tǒng)，解決EPC項(xiàng)目全過程一體化應(yīng)用。BIM打通設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的數(shù)據(jù)互通，通過BIM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)自動(dòng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工生產(chǎn)。借助構(gòu)件編碼體系和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件可追溯性質(zhì)量管控，構(gòu)件生產(chǎn)過程管理，構(gòu)件全生命周期管理。

4 結(jié)語

綜上所述，相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)后BIM翻模模式。采用BIM數(shù)字化平臺(tái)的正向一體化設(shè)計(jì)，從項(xiàng)目的建設(shè)初期階段開始介入，各個(gè)工種工作人員直接利用BIM數(shù)字化平臺(tái)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，將整個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)展現(xiàn)在平臺(tái)上，減少設(shè)計(jì)失誤，提高工作效率，規(guī)避了傳統(tǒng)方式帶來的一系列問題。BIM正向設(shè)計(jì)應(yīng)用到裝配式建筑項(xiàng)目中，對(duì)提高設(shè)計(jì)生產(chǎn)率，減少設(shè)計(jì)返工，減少工廠生產(chǎn)錯(cuò)誤，保持施工與設(shè)計(jì)意圖一致性乃至提高裝配式建筑建設(shè)的整體水平具有積極的意義。