基于BIM的裝配式設計廠商一體化平臺探討

雷 昕

(西南交通大學土木工程學院，四川成都 610031)

裝配式建筑可以將建筑構件的生產放在工廠進行，緩建現場施工帶來的的資源人力浪費、加快工程進度。隨著建筑信息化的發展，BIM技術對信息直觀化處理的能力使裝配式建筑的設計過程更為直觀快捷，進一步促進了建筑信息化的發展。裝配式建筑發展過程中遇到造價成本相對較高的問題，裝配式建筑設計與廠家制造之間出現的信息斷層是主要原因之一。設計方無從得知預制構件生產廠家的生產特點，難以設計出滿足生產需求的構件。預制構件廠家無法得知預制構件的設計趨勢，難以改進自身工藝特點。將BIM技術貫徹運用于裝配式建筑的設計與制造中，打造基于BIM的裝配式設計廠家一體化平臺將有效打破信息斷層的局面，進一步推進建筑現代化的發展。

1 基于BIM的裝配式建筑

1.1 裝配式建筑

建筑業中，施工現場現澆作業一直是主流的施工方式,帶來的資源浪費與環境破壞的問題一直存在。在裝配式建筑中，大量的建筑構件在工廠加工，并運送到現場進行拼接，大幅度減少原本的現澆作業量，從而減少資源浪費和環境破壞的問題，也加快了施工進度[1]。建設部于2015年發布的《工業化建筑評價標準》中明確推進裝配式建筑的發展，發布的《建筑產業現代化發展綱要》計劃2020年裝配式建筑占新建建筑20 %以上并于2025年達到50 %以上[2]。可見裝配式建筑在未來的建筑業發展中占據關鍵地位。

1.2 基于BIM的裝配式建筑運用

建筑模型信息化(Building Information Modeling，簡稱BIM)是當今建筑業的智能化發展方向。BIM可以將建筑物從設計到后期施工中的信息整合在一起，并直觀的展現建筑物全生命周期的信息[3]。已經有很多研究提出將BIM與裝配式建筑物聯系在一起，在裝配式建筑物的設計階段使用BIM 技術可以大幅度減少設計失誤，使設計更為直觀。在安裝階段使用BIM技術可以減少安裝失誤帶來的不必要的構件損失。在生產階段采用BIM模型可以更為直觀的展現裝配式構件的信息，便于構件的生產施工[4]。BIM技術與裝配式建筑的結合進一步推進了國家的建筑現代化的腳步，從“建筑大國”走向“建筑強國”。

1.3 問題分析

裝配式建筑推行過程中遇到的障礙主要有以下幾種：

(1)裝配式建筑構件的建造精度僅靠傳統的平面標注無法滿足。

(2)我國目前處于裝配式建筑初期，尚未建立起完善的裝配式建筑相關規范體系以及檢查措施體系，使得裝配式建筑的質量難以得到保障。

(3)裝配式建筑的需求量占市場比重較小，生產廠家數量少并沒有完善的建造體系與計量標準[5]。其中第一個障礙隨著BIM技術的發展已經得到了改善，但依然有新問題的產生。預制構件的設計加工需要專業人士參與，構件信息的準確性需要嚴格處理[6]。我國大多數設計單位建立的BIM模型進度不足，無法滿足預制構件深化設計的生產需求。構件的深化設計問題直接影響到預制構件的采購環節。傳統方法是由設計院對預制構件進行深化設計，除去預制構件模型精度不足這一問題，這也會不利于預制構件生產廠商發揮自身的工業特定和優勢。而如果將深化設計交由廠商負責，會使設計環節與深化設計環節脫離，廠家生產出來的產品達不到設計整體需求，帶來資源浪費[7]。這一切起因于設計與制造生產中的信息溝通不暢。設計師無從得知各廠家的生產特點與需求，設計出不利于生產的預制構件。而生產廠家無法得知預制構件的設計發展趨勢，無法具有目的性的改進自身生產技術來迎合市場。這種信息鴻溝加大了裝配式建筑的建造難度進而使得裝配式建筑與預制構件的成本居高不下。讓設計方與廠商對裝配式建筑望而卻步。一個適合廠商與設計方一起協同設計的平臺將有效的減少設計生產之間的信息斷層問題。

2 設計廠商一體化平臺理念

2.1 平臺簡述

裝配式建筑的預制構件設計生產流程一般為：設計師根據整體建筑功能需求，從預制構件設計規范中選取合適的預制構件模板。隨后對構件模板進行深化設計，使其進一步滿足整體建筑的功能需求以及建筑制造過程中的施工安裝需求，最終敲定預制構件的深化設計模型后，交由廠家進行生產。根據該設計生產流程，基于BIM的設計廠商一體化平臺由兩個部分構成：基礎平臺與設計廠商對接平臺。

基礎平臺負責為全平臺提供設計生產基礎，其中包含兩個部分：① 裝配式建筑和預制構件的相關規范。② 基于預制構件設計規范的模型庫。以模型庫為基礎，從中選擇構件進行設計裝配以提高設計生產效率[8]。設計廠商對接平臺用于實現設計方與生產方協同設計，打破信息鴻溝，使預制構件的深化設計更高效的同時滿足設計需求和生產需求。

BIM技術的信息直觀性使裝配式建筑的設計生產到施工安裝更為直觀便利。因此，全平臺以BIM模型作為信息傳遞基礎，預制構件類模型提供三維預覽窗口，方便設計人員和生產人員進行交流設計。

2.2 基礎平臺

裝配式建筑缺少規范指導是阻礙裝配式建筑發展的困難之一。這一問題現在已經得到了改善，國家發布的《裝配式混凝土結構表示方法及示例(剪力墻結構)》《裝配式混凝土結構連接節點構造 》《預制混凝土剪力墻外墻板》等一系列預制構件圖集為預制構件提供了設計生產的依據。這些規范依據可以作為基礎設計平臺的基礎模型依據。由于規范中涉及到的構件標準模板均用平法標注等傳統的標注方法進行展示，不利于預制構件的信息傳達，基礎平臺內附規范中涉及的預制構件BIM模型，并提供三維展示與構件的詳細信息(圖1)。在提高預制構件的信息傳遞效率的同時，減少設計生產人員在重復建模上消耗的時間與精力。

圖1 網頁概念圖：構件模型及信息

設計生產人員進行深化設計時通過兩種途徑獲得預制構件的BIM模型。第一種，從規范鏈接獲得。基礎平臺內相關規范重新編排成網頁的形式，方便用戶進行直接瀏覽。在規范每一種構件基礎模板頁面內，基礎平臺會放上相應的BIM模型網頁鏈接(圖2)。用戶可以在查閱規范的過程中直接進入預制構件的模型頁面進行瀏覽下載。節省反復查找的時間。第二種，通過模型檢索獲得。 直接在平臺內搜索預制構件名稱進入相關模型頁面進行瀏覽下載(圖3)。

圖2 網頁概念圖：規范下載頁面

圖3 網頁概念圖：檢索頁

2.3 設計廠商平臺

裝配式建筑中預制構件的深化設計環節需設計和廠商共同協商設計，保障一個設計既滿足整體結構需求也滿足生產需求。設計人員從基礎平臺選擇合適的預制構件模型后，結合整體結構需求對其進行深化設計。設計人員完成設計后上傳模型，平臺可以通過自動審圖插件列出與基礎模型的差別，節省對照原圖尋找更改項目的時間(圖4)。構件的深化設計模型以及需求量后續發布在廠家的接單平臺，各廠商可以根據自生的生產特色選擇合作項目。平臺可以統計出設計師對基礎模型最常見的修改方式，廠商可以根據平臺的大數據統計獲得近期的設計趨勢，以此改進自身的工藝。通過大數據了解生產瓶頸，避免設計生產脫節。對于生產方而言，不同生產廠商有不同的生產工業特色，將這些工業特色通過BIM技術展示在平臺，可以方便設計師進一步了解廠商并主動選擇適合的廠商進行合作。通過設計廠商對接平臺以彌補設計生產的信息缺口，促進設計與生產共同進步。

圖4 網頁概念圖：模型上傳區

3 相關技術分析

3.1 BIM企業式族庫

我國BIM技術發展至今，很多企業意識到BIM技術帶來的優勢并主動投入BIM技術的發展中。企業在BIM技術的初步發展中已經發現BIM模型具有一定的重復性，并著手建立企業專屬的BIM族庫。陜西建工安裝集團有限公司在寶雞式高新區的某總裝廠房施工中采用了BIM技術，并建立了管道、通風、設備與電氣的族庫用于后期整體模型建立。中通服咨詢設計研究院有限公司與江蘇省建筑設計研究院有限公司建立了基于GB/T 51212-2016《建筑信息模型應用統一標準》、GB/T 51301-2018《建筑信息模型設計交付標準》、GB/T 51269-2017《建筑信息模型分類和編碼標準》、DGJ 32TJ210-2016《江蘇省民用建筑信息模型設計應用標準》等相關標準的室外管綜BIM族庫，提高室外綜合管廊BIM模型建設效率與質量[9]。東莞市建筑科學研究所與深圳市鵬城建筑集團有限公司建立了針對裝配式建筑的預制構件BIM族庫，并對預制構件模型進行深化設計、碰撞檢測、施工安裝與出圖等后續操作[10]。中國建筑第八工程局有限公司建立了完整的企業級別的BIM族庫，并對現有族庫的審查與檢索效率、安全性等方便進行優化，以提高BIM的工作效率[11]。綜合上述案例可看出企業式族庫的種類繁多，發展層次參差不齊并且沒有一個恒定標準作為參考。BIM族庫作為BIM模型的基礎，關系到后期工程量計算與安裝出圖等環節的質量問題。建立一個規范化權威性的BIM族庫在發展BIM技術中必不可缺。企業化BIM族庫雖然可以滿足企業的自生需求，但在規范和權威認定方面有所欠缺，在后期使用BIM模型進行如造價運算等工作中缺少保障，容易引起信任危機，帶來多方重復核對與磨合的不必要的資源浪費。

3.2 BIM設計平臺

建筑信息化發展至今，出現了很多與BIM相關的線上平臺，為BIM從業者帶來便利。主流的BIM設計平臺主要有中國BIM構件庫、構件塢、EABIM的族廣場與BIM數據庫。它們各自的特點如表1所示。

表1 主流的BIM設計平臺及各自的特點匯總

從幾個線上BIM設計平臺可以歸納出：目前線上平臺的發展處在起步階段，許多預制構件相關族的模型與信息不完善。部分信息完善的族模型無法確定建模流程的規范性，在后續造價計算、施工安裝、出圖等工作中的結果準確性有待考證。縱觀以上幾個主流平臺可以發現，各平臺現價段主要功能集中在設計階段，與廠家聯合方面基本為零基礎，這一點在未來有待改進。

4 結束語

建筑信息化與裝配式建筑的結合共同促進國家的建筑現代化發展，發展中出現的阻礙主要來源于設計與生產之間的信息隔閡。設計人員無法根據廠商的生產特點設計出適合生產的預制構件。廠商也無法系統的了解預制構件的設計趨勢，來有目的性的提高生產水平。因此，應用基于BIM的設計廠商一體化平臺理念可以有效的打破設計與生產之間的信息隔閡，為裝配式建筑的未來發展打好基礎。