基于BIM的裝配式建筑協同設計方法

李尚杰

摘 ? ?要：隨著我國經濟在快速發展，社會在不斷進步，為促進BIM在裝配式建筑設計中的應用，本文對BIM協同設計與傳統設計方法進行比較，基于BIM技術IDM（InformationDeliveryManagement）要求建立PCP協同設計概念模型，確定不同設計階段BIM模型精度，利用參數化設計工具Dynamo和StructuralPrecastforRevit對裝配式建筑進行預制構件拆分、鋼筋配置、結構分析，通過實例驗證基于BIM的建筑協同設計方法的有效性。

關鍵詞：BIM;裝配式建筑;協同設計

1 ?引言

隨著經濟的增長，建筑行業的發展也得到了很大的進步。由于城鎮化以及工業化建設的推進，在無形中也就推動了建筑方面相關技術的發展。在裝配式建筑結構設計中由于涉及到的內容多、周期短、建模軟件缺乏，因此尋求一種能夠有效解決以上問題的技術就顯得十分緊迫。BIM技術的出現可以讓設計人員以更加直觀的方式對建筑模型進行設計，并且能夠對模型中存在的一些問題進行有效的分析和整改，是實現裝配式建筑全生命周期設計的必要條件，最終達到提高建筑結構設計質量的目的。

2 ?BIM技術應用在裝配式建筑設計中的優勢

現階段，裝配式建筑發展存在的困境并非表現在技術層面，而是如何有效整合資源，在資源整合方面需要依賴于現代信息技術，而BIM技術恰恰可以有效解決這一問題。當前，我國裝配式建筑的產業鏈并不完整，各個環節的技術以及管理表現出不均衡的特點，比如設計環節的信息無法準確、高效的傳遞至生產以及裝配環節，這就導致在實際建設環節出現多種問題，極大的限制了裝配式建筑的發展。在裝配式建筑中應用BIM技術的優勢主要體現在其可以實現裝配式建筑全過程的一體化，即從設計、生產到裝配施工以及后期運行維護，各個環節之間可以實現信息共享，進而形成一條完整的產業鏈?；诖?，裝配式建筑可以實現設計標準化、生產數控化、管理信息化、施工集成化，對于裝配式建筑的發展具有極大的促進作用。以往在裝配式建筑設計階段，主要以二維平面圖紙為主，各個環節的信息流轉共享均以此為主，這就導致在信息傳遞過程中易發生信息不對稱問題，進而影響到后續生產以及施工裝配。而在裝配式建筑設計環節采用BIM技術，最終交付結果以三維模型為主，同時各個環節的工作人員可以利用BIM平臺實現信息的傳遞，進而對設計模型進行優化，實現專業信息的共享。此外，還可以使用navisworks軟件做碰撞測試，檢測模型設計中存在的沖突，及時發現其中存在的矛盾。

3 ?基于BIM的裝配式建筑協同設計實現

3.1 ?BIM模型交付標準

協同設計的關鍵工作是各確定模型設計深度和精度。按GB/T 51301—2018《建筑信息模型設計交付標準》裝配式建筑預制構件各專業BIM模型精細度如表2所示。裝配式建筑主設計主要分為四個階段：（1）方案設計。結構工程師介入，模型精細度為LOD200。根據建筑布局初步確定結構形式，進行構件拆分、預拼裝模擬，配合業主和建筑設計師進行方案可行性評估;（2）初步設計。暖通設備工程師介入，模型精細度為LOD300，完成構件的土建、鋼筋、設備、管線布設等信息;（3）施工圖及深化設計。對節點連接等內容進行深化及補充建模，達到LOD400的要求，進行碰撞檢查、施工模擬、施工圖設計優化;（4）施工階段。模型精細度為LOD500，要求模型中包含以實際施工工藝為主的時間、成本、采購、加工及運輸等工程管理內容。

3.2 ?裝配式建筑的前期策劃

在傳統的設計模式里，各專業的深化設計呈線性關系，上游完成了一個階段才會遞進到下游，出現問題時不能及時有效地反饋，各方信息相對閉塞。而各個牽涉到的專業不同側重點也不同，因此最后的落地成果往往也會出現偏差。這就需要在設計前期對整個建筑的設計做好前期統籌策劃，基于裝配式建筑的特點，為凸顯其模塊化特點，節省建造成本，前期項目策劃對預制裝配式建筑的實施起到十分重要的作用，設計單位應在充分了解項目定位、建設規模、產業化目標、成本限額、外部條件等影響因素的情況下，制定合理的技術路線，提高預制構件的標準化程度，并與建設單位共同確定技術實施方案，為后續的設計工作提供設計依據。具體的策劃可以從以下三個角度展開：（1）美學理念，基于裝配式的工藝，構件單元將更復合化與專業化，結構功能、裝飾功能、使用功能得以有機統一。而裝配式建筑的設計美學更多地強調于功能單元的創意式尺寸參數設計和單元間的多樣組合。（2）經濟性思考，裝配式建筑施工的成本構成中，主要包含模具制作、車間加工和調運安裝。而在建筑設計中，細節尺寸的凌亂極易導致上述三項成本的大幅增加。而對于異型建筑，傳統施工方法極難達到理想效果，但運用裝配式技術就完全可以實現。因此，裝配式建筑在方案設計階段，就需要將裝配式建筑特有的模數化及模塊化理念納入設計前期策劃中。（3）專業協同，裝配式建筑的設計難點，在項目方案基本確定后耗時最長的各專業和各方深化設計的過程中，主要在于需要反復進行方案的調整。因為，裝配式建筑是集設計、生產、施工、裝修和管理為一體的集成化建筑，從設計到施工運營的各個階段都需要建筑結構、構件生產、暖通、給排水、機電和裝修等專業設計人員共同配合工作。

3.3 ?精細化設計降低裝配式建筑的設計誤差

因為預制構件結構設計的復雜性，施工圖經常遇到墻、管等情況，以往結構設計方法設計的圖紙，即使是二維圖紙，上面的問題是不容易找出來的。在施工的時候，問題就會暴露出來，結構碰撞發生后，建設單位不得不要調整施工方案，避開碰撞的地方，這樣就會導致使用的建筑材料增多，拖慢了施工進度，最終導致項目不能按時完成。BIM軟件就不會出現這個問題，有了三維模型后，模型會被軟件自動檢測、評審，模型設計中存在的問題歸納為一起，設計人員收到問題信息后對設計方案進行整改、修正。整改、修正完畢，BIM軟件又重新檢測、評審三維模型，并再次提示錯誤，如此反復多次，直到所有問題都得到解決。例如，在預制房屋的結構設計中，經常發生管線布置自身及與結構構件碰撞，這是因為建筑管線種類多，有給排水管、強弱電線等，裝配式構件又具有預制性及模塊性，管道與結構的協調是很難實現的，但BIM軟件可以檢測管道位置是否正確，如果軟件檢測到有碰撞等異常情況時，系統就會有出錯的提示，在監理人員的充分參與下完成分析過程，能夠促使管線更加優化、結構構件更加安全合理，降低裝配式建筑的設計誤差。

4 ?結語

裝配式建筑是建筑業轉型的方向，BIM技術是促進裝配式建筑實施的有效平臺和方法，基于BIM的參數化集成設計方法有助于裝配式建筑設計模塊化、標準化、通用化，參數化設計可以極大提高設計效率，有助于設計方案的優化比選。本文采用的基于Dynamo的構件參數化設計方法，仍屬于弱參數化應用，如何在BIM平臺下以PCP概念模型為切入點，建立不同結構形式的裝配式建筑參數化設計平臺是未來研究的重點。

參考文獻：

[1] 孫少輝，董龍峰，孫巖波等BIM技術在裝配式剪力墻結構施工中的應用[J].建筑技術，2017（8）：826～829.

[2] 林良帆，鄧雪原.建筑協同設計的CAD專業標準應用研究[J].圖學學報，2013（2）：101～107.

[3] 王巧雯，張加萬，牛志斌.基于建筑信息模型的建筑多專業協同設計流程分析[J].同濟大學學報（自然科學版），2018（8）：1155～1160.

[4] 徐峰.集成化建筑設計[M].中國建筑工業出版社，2011.

[5] 程斯茉.基于BIM技術的綠色建筑設計應用研究[D].湖南大學，2013.