BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)與建設(shè)中的應(yīng)用研究

周 承

（南通裝配式建筑與智能結(jié)構(gòu)研究院，江蘇 南通 226000）

裝配式建設(shè)因具備綠色、節(jié)約、低碳、環(huán)保、快捷等優(yōu)點(diǎn)，已成為中國(guó)當(dāng)前建筑業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的趨勢(shì)與主要方向。在國(guó)家政策的支持下，通過(guò)裝配式施工和BIM技術(shù)的融合與發(fā)展，體現(xiàn)了中國(guó)智慧制造業(yè)的創(chuàng)新模式，把數(shù)字化技術(shù)運(yùn)用到傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，必將給中國(guó)傳統(tǒng)建筑業(yè)注入新的動(dòng)力。

1 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

BIM技術(shù)具有數(shù)字化、全周期、動(dòng)態(tài)化、可視化、建模、協(xié)調(diào)等方面的優(yōu)勢(shì)，近些年來(lái)，BIM技術(shù)在我國(guó)的建筑行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在結(jié)構(gòu)、建筑、水電、暖通設(shè)計(jì)等多個(gè)方面，正在不斷完善。BIM技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類、綜合與應(yīng)用，并通過(guò)數(shù)字化形式和具體信息表示項(xiàng)目?jī)?nèi)容的主要技術(shù)手段。它在有效整合項(xiàng)目各方面工作、進(jìn)一步系統(tǒng)化項(xiàng)目的管理內(nèi)容、完善決策過(guò)程以及明確各職能部門職責(zé)等方面，起到了不可分割的關(guān)鍵功能。至于BIM技術(shù)的主要特點(diǎn)，這也是一個(gè)值得研究的課題，BIM技術(shù)最重要的特點(diǎn)包括可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性。而對(duì)于顯示可視化的模式，基本上可描述為，利用計(jì)算機(jī)二維圖樣等的綜合參數(shù)信息，關(guān)聯(lián)企業(yè)內(nèi)部信息，展示出具體的技術(shù)結(jié)構(gòu)可視化模式，使得企業(yè)運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)關(guān)鍵的技術(shù)進(jìn)行還原，裝配式工程項(xiàng)目的管理者及時(shí)掌握工程項(xiàng)目的實(shí)際狀況，并對(duì)各類情況做出及時(shí)反應(yīng)。在整個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃中和施工之前，雙方都有投資方投標(biāo)、融資等關(guān)鍵過(guò)程，而因?yàn)槔嫦嚓P(guān)者很多，所以各方也各有各的觀點(diǎn)和看法，難免會(huì)產(chǎn)生分歧或在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中出現(xiàn)其他問(wèn)題，這是不可避免的，但是，如果能早于工程設(shè)計(jì)和施工之前就使用BIM技術(shù)，就可以將相關(guān)工程施工的內(nèi)容和參數(shù)提前可視化，大大促進(jìn)各方的協(xié)調(diào)，對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和施工的正常進(jìn)行產(chǎn)生良好的影響。BIM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)以及其獨(dú)特的屬性，或多或少地對(duì)建筑工程的各個(gè)方面產(chǎn)生了重要的影響（如圖1）。

圖1 技術(shù)模型圖

2 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的現(xiàn)狀

與傳統(tǒng)模式相比，裝配式建筑的裝配式構(gòu)件生產(chǎn)流程更多，需要更精準(zhǔn)、更高效率、更好協(xié)同、更深層次、更少誤差的設(shè)計(jì)。隨著BIM技術(shù)的融合和進(jìn)步，裝配式建筑的詳細(xì)設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高了工作效率，但是即便如此，項(xiàng)目實(shí)施時(shí)難免還存在問(wèn)題。在詳細(xì)的BIM設(shè)計(jì)中，需要傳遞、協(xié)調(diào)和接收的信息很多，溝通程度高。這些信息主要來(lái)自業(yè)主、設(shè)計(jì)院、制造商和建筑部門。BIM技術(shù)將這些信息導(dǎo)入 3D 模型并執(zhí)行沖突檢測(cè)、進(jìn)展建模和協(xié)作優(yōu)化，數(shù)據(jù)和信息的輸入需要單一的流程和原則，否則隨著設(shè)計(jì)的深入，每個(gè)參與方都會(huì)不斷地輸入各自領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，造成信息混亂，無(wú)法順利工作。目前國(guó)外軟件Autodesk的Revit是國(guó)內(nèi)主流的BIM軟件，經(jīng)過(guò)在中國(guó)的大量工程實(shí)踐和軟件公司的努力，Revit也在不斷調(diào)整，以更適合中國(guó)本地化，目前Revit在建模方面相對(duì)成熟，但在制圖方面與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)仍有一定差距，缺乏相關(guān)的族庫(kù)和模板文件，軟件底層數(shù)據(jù)無(wú)法適配中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。在詳細(xì)規(guī)劃之初，對(duì)裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件數(shù)量進(jìn)行分類，減少重復(fù)工作。在所有項(xiàng)目利益相關(guān)者的充分參與下，預(yù)制構(gòu)件可以在相同設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上得到更多形狀相似但尺寸不同的產(chǎn)品。當(dāng)這些組件使用BIM技術(shù)手動(dòng)建模和繪制時(shí)，會(huì)導(dǎo)致大量的重復(fù)和機(jī)械工作。BIM技術(shù)創(chuàng)建模型平臺(tái)后，需要基于模型傳遞和整合信息和數(shù)據(jù)，以促進(jìn)不同學(xué)科在深度設(shè)計(jì)中的協(xié)作。但是，目前主流的BIM設(shè)計(jì)軟件仍然存在一定的信息傳遞問(wèn)題，單個(gè)模型的信息傳遞和集成效率高，不同模型的信息不能高效傳遞。特別是在裝配式建筑中，需要在總裝模型中將多個(gè)預(yù)制構(gòu)件模型進(jìn)行連接組裝，而BIM技術(shù)不擅長(zhǎng)提取這種組裝關(guān)系信息。

3 將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

3.1 降低模擬性

隨著裝配式建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)繪制圖紙的方式，利用新技術(shù)工具發(fā)展信息化技術(shù)，減少因繪制方式造成的物理誤差，型式與尺寸的變更也會(huì)變得更容易。關(guān)于項(xiàng)目施工過(guò)程中的施工質(zhì)量，可以詳細(xì)分析施工動(dòng)態(tài)，使施工過(guò)程更加具體和易懂。同時(shí)，也方便了分步構(gòu)建過(guò)程，避免了實(shí)施錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，它將比傳統(tǒng)建筑過(guò)去依賴的繪畫技術(shù)更加科學(xué)和細(xì)致。在施工過(guò)程中，設(shè)計(jì)師與施工團(tuán)隊(duì)的溝通變得更加便捷，利用BIM技術(shù)可以模擬施工前的施工過(guò)程，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中存在的問(wèn)題。根據(jù)新出現(xiàn)的問(wèn)題，調(diào)整和準(zhǔn)備適當(dāng)?shù)男迯?fù)措施，從施工現(xiàn)場(chǎng)的施工質(zhì)量提高項(xiàng)目的可制造性、耐久性和安全性。仿真的存在將為施工團(tuán)隊(duì)明確施工過(guò)程中容易出現(xiàn)問(wèn)題的區(qū)域，同時(shí)提高施工團(tuán)隊(duì)成員的勤奮工作態(tài)度，這顯然賦予了BIM技術(shù)很大的優(yōu)勢(shì)

3.2 全方位記錄信息

可以全方位獲取項(xiàng)目信息，BIM技術(shù)是在計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因此在施工過(guò)程中可以有詳細(xì)而完整的信息收集。無(wú)論是設(shè)備信息還是質(zhì)量管理，都可以保證全面信息的可用性。關(guān)于施工質(zhì)量管理，相關(guān)信息是非常零散的，例如，一個(gè)建筑工地可能有成百上千的建筑材料，而施工隊(duì)成員的最新信息也是一個(gè)龐大的信息庫(kù)，BIM技術(shù)的加入在管理信息數(shù)據(jù)和防止信息丟失方面提供了綜合優(yōu)勢(shì)。BIM技術(shù)可以根據(jù)施工情況提前準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，節(jié)省大量準(zhǔn)備時(shí)間，科學(xué)信息比人工信息更準(zhǔn)確。前期準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集，對(duì)于后期的施工過(guò)程，會(huì)起到非常重要的作用，才能最大化整個(gè)施工過(guò)程的整體價(jià)值，這一點(diǎn)不需要質(zhì)疑，也是非常重要的一點(diǎn)。

3.3 具備海量材料

不同年代的巖土工程設(shè)計(jì)和不同年代的建筑風(fēng)格都會(huì)影響建筑物的質(zhì)量。因此，首先有必要對(duì)不同地區(qū)的巖土進(jìn)行具體分析，分析這些巖土的形成年齡、成因和成分，以便更好地進(jìn)行裝配式房屋的設(shè)計(jì)。Bim技術(shù)的特點(diǎn)之一是可以存儲(chǔ)大量的個(gè)性化材料。因此，在施工過(guò)程中，可以充分分析不同時(shí)期的工程地質(zhì)條件及其形成的原因，針對(duì)各種工程和地質(zhì)條件開發(fā)獨(dú)特的建筑解決方案，可以大大提高裝配式建筑的工作效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，這一點(diǎn)非常重要。

3.4 加快設(shè)計(jì)圖紙的速度

BIM技術(shù)可以有效加快圖紙的建設(shè)。眾所周知，BIM技術(shù)的發(fā)展給建筑業(yè)帶來(lái)了前所未有的變化。過(guò)去，裝配式建筑規(guī)劃的另一個(gè)重要步驟，是根據(jù)實(shí)際研究結(jié)果繪制建筑圖則。在傳統(tǒng)的裝配式房屋設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員首先要改變?cè)O(shè)計(jì)模型，然后改變平面圖、剖面圖、詳圖等支撐圖。在畫畫的過(guò)程中浪費(fèi)了大量的時(shí)間和精力。然而，在應(yīng)用BIM技術(shù)后，設(shè)計(jì)視圖、平面圖、剖面圖和詳圖變得相互關(guān)聯(lián)和復(fù)雜。設(shè)計(jì)人員只需對(duì)模型進(jìn)行修改，就可以同時(shí)獲得修改后的圖紙，這在很大程度上節(jié)省了設(shè)計(jì)人員的時(shí)間，提高了預(yù)制房屋設(shè)計(jì)工作和設(shè)計(jì)過(guò)程的整體效率。如果負(fù)責(zé)人能夠有效地關(guān)注到這項(xiàng)技術(shù)，那么裝配式建筑的設(shè)計(jì)工作肯定可以更快更好地進(jìn)行。

4 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用

4.1 BIM技術(shù)在可行性研究階段的應(yīng)用

裝配式建筑設(shè)計(jì)的第一階段是工程項(xiàng)目的可行性階段，是確保工程質(zhì)量的基礎(chǔ)。對(duì)裝配式建筑的自然環(huán)境需要進(jìn)行大量的分析和科學(xué)研究。BIM技術(shù)允許裝配式建筑模型使用數(shù)據(jù)可視化創(chuàng)建設(shè)計(jì)方案。通過(guò)該物理模型，投資者可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目投資消耗可能存在的問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行糾正，從而大大控制成本，提高建設(shè)質(zhì)量，避免因管理決策的變更而增加成本，盡快對(duì)規(guī)劃結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理，使設(shè)計(jì)決策集中在整個(gè)項(xiàng)目上。

4.2 BIM技術(shù)在裝配式建筑模型上的應(yīng)用

BIM設(shè)計(jì)方案的選擇不但能夠解決建筑斜面分層的復(fù)雜定位，而且還能夠使用BIM技術(shù)研發(fā)出高度一致的3D設(shè)計(jì)方案，從而便于裝配式施工建筑的規(guī)范施工以及機(jī)構(gòu)間靈活運(yùn)轉(zhuǎn)的維護(hù)。在裝配式施工住宅規(guī)劃行業(yè)，裝配式施工建筑模塊制作材料是指一個(gè)能夠提高裝配式施工房屋規(guī)模以及施工團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)理念的建筑材料。在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，預(yù)制裝配式建筑物模型的制作有著很大的實(shí)用性，其中不僅涉及裝配式建筑物房屋規(guī)劃設(shè)計(jì)的各種課程和基本概念。而且預(yù)制裝配式建筑物理模型的構(gòu)建，首先需要確立相應(yīng)的預(yù)制裝配式建筑物理規(guī)范，確定設(shè)計(jì)原則，并補(bǔ)充基本概念，進(jìn)而逐步明確預(yù)制裝配式建筑的實(shí)際狀況與特征，并對(duì)預(yù)制裝配式建筑的內(nèi)在和對(duì)外特征加以多維度剖析，從而證明了預(yù)制裝配式建筑的合理性。

4.3 BIM技術(shù)在建設(shè)施工階段的應(yīng)用

裝配式建筑的建設(shè)是規(guī)劃項(xiàng)目的實(shí)施。傳統(tǒng)平面設(shè)計(jì)采用二維工程圖紙，導(dǎo)致項(xiàng)目施工可行性研究不完善，施工時(shí)間不確定，施工效率低，嚴(yán)重降低了裝配式建筑的質(zhì)量，這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)BIM技術(shù)智能的避免。BIM 技術(shù)還可以解決現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)和施工方法之間的設(shè)計(jì)缺陷或不一致問(wèn)題，它將跨學(xué)科的信息內(nèi)容鏈接起來(lái)，以防止設(shè)計(jì)沖突、減少施工時(shí)間并協(xié)調(diào)不同工程和施工方法之間的差異。借助BIM技術(shù)，可以計(jì)算出項(xiàng)目施工方案中的關(guān)鍵點(diǎn)，立即改進(jìn)方案設(shè)計(jì)，相應(yīng)降低項(xiàng)目投資成本，提高施工質(zhì)量。

4.4 BIM技術(shù)在運(yùn)行維護(hù)階段的應(yīng)用

BIM技術(shù)能夠保存各個(gè)建設(shè)項(xiàng)目中施工環(huán)節(jié)的重要內(nèi)容，社區(qū)業(yè)主也能夠按照要求查詢各個(gè)環(huán)節(jié)的具體內(nèi)容。而一旦建設(shè)需求發(fā)生了變化，BIM實(shí)體模型的主要參數(shù)也同步改變，從而提高了整個(gè)實(shí)體模型。BIM技術(shù)還能夠?qū)こ探Y(jié)構(gòu)進(jìn)行信息分類，從而掌握工程中預(yù)制或裝配式建筑物的結(jié)構(gòu)特征、容量、應(yīng)用狀況等基礎(chǔ)信息，并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀況展示更適宜的施工方法。綜上所述，將BIM技術(shù)用來(lái)管理裝配式建筑物的后期運(yùn)維，將有助于提升工程項(xiàng)目品質(zhì)。

5 裝配式建筑設(shè)計(jì)與建設(shè)中的BIM技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

BIM技術(shù)不僅僅是信息技術(shù)的物理模型，因?yàn)槲锢砟Ｐ褪紫仁窃谛畔⒌膸椭陆⒌摹Ｒ虼耍軌蛑悄堋⒖焖俚仨憫?yīng)建筑內(nèi)容的變化，這也是許多設(shè)計(jì)人員在預(yù)制構(gòu)件的規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中采用的一種新方法。在為非常復(fù)雜的預(yù)制裝配式工程創(chuàng)建設(shè)計(jì)方案的情形下，可以通過(guò)3D參數(shù)化設(shè)計(jì)模型軟件對(duì)方案進(jìn)行修改，并可智能地控制裝配式施工建筑物的外形。參數(shù)化設(shè)計(jì)模型的關(guān)鍵功能是在修改參數(shù)后，對(duì)預(yù)制裝配式施工建筑物的形狀做出必要的參數(shù)修改，在完成了設(shè)計(jì)方案和實(shí)際性能指標(biāo)的對(duì)比分析任務(wù)，以及現(xiàn)成建筑的布局后，設(shè)計(jì)人員可以選擇更有效的方案對(duì)其進(jìn)行改造，因此，利用BIM可以改變裝配式房屋工程建設(shè)的主要參數(shù)，進(jìn)一步提高裝配式房屋的規(guī)劃和管理質(zhì)量。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下，企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。對(duì)于工程建設(shè)單位，想保證自己的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，拓展自己的市場(chǎng)份額，裝配式的設(shè)計(jì)及施工理念不僅可以減少施工時(shí)間，還可以最大限度地降低施工成本。為了更好地實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，非常有必要使用BIM技術(shù)支持的預(yù)制方案。BIM技術(shù)可以利用數(shù)據(jù)對(duì)具體的施工效果進(jìn)行建模，而預(yù)制方式可以進(jìn)一步縮短施工時(shí)間。將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式施工方式，可以進(jìn)一步提高施工效率，降低施工成本，減少施工失誤，讓企業(yè)積累自身的施工經(jīng)驗(yàn)和施工優(yōu)勢(shì)，從而提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。