BIM在裝配式建筑設(shè)計中的應(yīng)用分析

李正浩 滕州市善源建筑設(shè)計咨詢有限公司

1 前言

裝配式建筑核心工藝就是按照構(gòu)件詳圖進行采購，通過優(yōu)化設(shè)計方案實現(xiàn)對建筑的組裝。BIM技術(shù)可確認現(xiàn)場實際施工狀況與設(shè)計意圖的一致性。在裝配式建筑設(shè)計環(huán)節(jié)，工作人員應(yīng)該充分了解BIM技術(shù)的應(yīng)用方案，通過各種信息進行建模分析，從而促進建筑工程施工能與建筑設(shè)計的步調(diào)相一致。建筑企業(yè)應(yīng)該結(jié)合當前裝配式建筑項目運行情況，將BIM技術(shù)貫穿各個環(huán)節(jié)，使其與工程有效銜接，充分發(fā)揮技術(shù)的作用及價值。

2 裝配式建筑與BIM概述

2.1 裝配式建筑

裝配式建筑，是指一種建筑施工技術(shù)手段，將建筑構(gòu)件在工廠中通過流水化作業(yè)的方式生產(chǎn)預制出來，然后直接運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行裝配建筑。相比較傳統(tǒng)建筑施工而言，裝配式建筑建造需要經(jīng)歷設(shè)計、采購、生產(chǎn)構(gòu)件、施工吊裝等多個環(huán)節(jié)，通過有效、合理、科學的管理方式進行全過程的管理。

我國最早引進裝配式建筑是在20 世紀中葉，但是由于形式比較單一，造價過高，因此并未投入使用。到了20世紀80年代，國內(nèi)住宅在改革開放形勢下進行市場化改革，這為裝配式建筑的研究和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。近些年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，建筑行業(yè)呈現(xiàn)出蓬勃的發(fā)展態(tài)勢，建筑工業(yè)化不斷創(chuàng)新和發(fā)展，再加之國家綠色生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展理念的深入，裝配式建筑受到各級政府和建筑行業(yè)從業(yè)者的關(guān)注。

首先，隨著城市化建設(shè)的發(fā)展，高樓林立已成為現(xiàn)今社會的直觀展現(xiàn)。高層建筑的施工建設(shè)包含高空作業(yè)，這在一定程度上為建筑工程施工帶來了安全隱患。而裝配式建筑在構(gòu)件預制環(huán)節(jié)便遵循相關(guān)控制標準，有利于確保構(gòu)件的精密度與質(zhì)量，以及構(gòu)件安裝結(jié)構(gòu)的緊密性，從而提高建筑安裝的穩(wěn)定性。同時，相關(guān)工作人員多數(shù)依靠現(xiàn)代化、專業(yè)化、機械化的機械設(shè)備協(xié)同完成安裝工作，這樣大大降低了安全風險系數(shù)，進一步提高了建筑施工的安全性。

其次，裝配式建筑預制構(gòu)件的生產(chǎn)標準要求較高，確保了建筑構(gòu)件的質(zhì)量標準。另外，建筑的組裝環(huán)節(jié)需要高質(zhì)量、高素質(zhì)的施工隊伍，對建筑方案的設(shè)計要求也明顯提高，進一步保障了裝配式建筑的安全性與穩(wěn)定性。

最后，裝配式建筑在預制構(gòu)件的環(huán)節(jié)可實現(xiàn)相關(guān)資源的重復利用，有效減少施工現(xiàn)場的污染影響，如減輕垃圾污染、降低噪聲污染、減少廢水污染、規(guī)避粉塵污染及有毒有害廢棄物污染等，從而深入落實綠色發(fā)展的科學理念。

2.2 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)全稱建筑信息模型，是指在建筑領(lǐng)域工程項目中，用信息數(shù)字代表相關(guān)建筑的物理特征、功能特點等，并建立信息數(shù)據(jù)模型的一項科學技術(shù)。在建筑工程各階段科學運用BIM技術(shù)方法，合理實現(xiàn)項目信息的登記錄入、輸出優(yōu)化、數(shù)據(jù)更新、模型修正等操作，可在一定程度上為建筑項目的有效決策提供基礎(chǔ)保障。

BIM技術(shù)特點主要包括：能夠展現(xiàn)出可視化的模型、實時動態(tài)模擬、兼顧多方面協(xié)調(diào)、優(yōu)化設(shè)計方案等。對于能夠展現(xiàn)出可視化的模型，主要可表現(xiàn)為，通過相關(guān)設(shè)計師理論設(shè)計，基于二維圖紙等的參數(shù)信息通過電子計算機加以整合，為相關(guān)企業(yè)或部門展示出一個具體可視化的結(jié)構(gòu)模型，能夠最大程度還原工程結(jié)構(gòu)和相關(guān)技術(shù)要點。

根據(jù)這一特點，在化工工程建設(shè)方面，經(jīng)常會遇到各種各樣的不可視工程盲點，此刻運用BIM技術(shù)就能夠有效解決這一問題，實現(xiàn)裝配式建筑工程建設(shè)人員更好地把握工程進度和情況，進而做出更好的管理和應(yīng)對。

對于兼顧多方面協(xié)調(diào)，在工程設(shè)計建設(shè)之前，都會經(jīng)歷招標和投資方投資等相關(guān)進程，在此過程中由于參與方較多，各方都有自己的態(tài)度和意見，難免會產(chǎn)生意見分歧或其他現(xiàn)象，這些在工程設(shè)計建設(shè)中都是難以避免的。

而在工程設(shè)計建設(shè)之前能夠很好地運用BIM 技術(shù)，就可以實現(xiàn)提前對相關(guān)工程建設(shè)的內(nèi)容和參數(shù)可視化表現(xiàn)出來，促進多方面的協(xié)調(diào)，對于實現(xiàn)裝配式設(shè)計建設(shè)的正常開展具有不可磨滅的影響。對于BIM技術(shù)同樣具有其他多方面的優(yōu)勢和特點，在對于工程建設(shè)等方面都有著或多或少的重要影響。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢

3.1 提高裝配式建筑設(shè)計效率

通過BIM技術(shù)的運用，可以實現(xiàn)對各項設(shè)計信息的共享，并深入分析各項設(shè)計要點，確保在規(guī)劃設(shè)計過程中能夠提升整體設(shè)計效果，為后續(xù)施工的順利進行奠定基礎(chǔ)。除此之外，在實際建筑設(shè)計工作執(zhí)行的過程中，設(shè)計工作人員需要通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)計進行信息傳輸，并以共享平臺建立完善BIM 技術(shù)的運用方案，確保通過專業(yè)內(nèi)容的上傳實現(xiàn)準確高效的主體設(shè)計，而且在云計算技術(shù)的幫助下，可以強化對BIM技術(shù)的運用，通過三維虛擬建模系統(tǒng)優(yōu)化建筑設(shè)計，篩選設(shè)計中存在的問題，并尋求創(chuàng)新點，減少影響及限制。

3.2 提升裝配式施工的合理性

針對當前裝配式建筑施工，為保證施工的合理性，應(yīng)該做好相對較為全面的分析，并適當?shù)貎?yōu)化與落實各項工作，遵循各項工作標準，明確整體施工要求，通過規(guī)劃設(shè)計將BIM技術(shù)貫穿各個環(huán)節(jié)。

通過BIM技術(shù)加強工程管理，需要加強對渠道與裝配施工管理控制的認識，尤其是專業(yè)規(guī)劃管理，需要針對方案實施情況進行修正，通過BIM技術(shù)保證網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的穩(wěn)定化發(fā)展，專業(yè)化設(shè)計工作人員應(yīng)該掌握充分整體設(shè)計要點，并適當?shù)貎?yōu)化與落實，通過BIM技術(shù)的運用進一步規(guī)劃問題，最大限度保證裝配式建筑設(shè)計深化的安全性及穩(wěn)定性。

3.3 裝配式建筑信息集成化

在此階段應(yīng)用BIM 技術(shù)的關(guān)鍵是信息內(nèi)容數(shù)據(jù)庫的查詢，并且基于三維體系結(jié)構(gòu)模型的產(chǎn)生來創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫查詢。它不僅包括裝配式建筑設(shè)計計劃信息，還涵蓋從項目設(shè)計到工程設(shè)計的所有內(nèi)容。實際工程建設(shè)的信息材料要比涵蓋整體工程建設(shè)過程的各種信息資源高。每個階段都可以使用交互式軟件轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，傳輸實體模型數(shù)據(jù)，確保建設(shè)項目的基本實體模型信息內(nèi)容在基本建設(shè)的整個過程中保持一致。

4 裝配式建筑設(shè)計中的BIM方法應(yīng)用措施

4.1 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計中的方法思路

現(xiàn)階段，建筑設(shè)計方式已從混凝土澆筑設(shè)計發(fā)展成更便捷、更快速的裝配式設(shè)計形式，其主要從建筑物的整體設(shè)計出發(fā)，針對建筑設(shè)計拆解分析，完成建筑構(gòu)件與精細構(gòu)件的精準設(shè)計。裝配式建筑設(shè)計在實際設(shè)計過程中，是由不同建筑設(shè)計單位自主設(shè)計的，在交流方面缺乏及時有效的溝通，往往導致預制構(gòu)件的繁雜、設(shè)計方案的不合理等，在一定程度上影響了建筑項目的質(zhì)量與效率。

因此，建筑企業(yè)應(yīng)在裝配式建筑設(shè)計中融合BIM技術(shù)，科學建立并完善協(xié)同設(shè)計平臺。這樣有助于相關(guān)設(shè)計人員及時上傳設(shè)計效果，獲取其他設(shè)計單位的設(shè)計預案，并在加強溝通交流的同時協(xié)調(diào)各單位協(xié)同設(shè)計，從而確保設(shè)計的協(xié)調(diào)性與合理性。

4.2 圖紙繪制與模型建立

在應(yīng)用BIM技術(shù)進行建模的過程中，各個構(gòu)件資料以參數(shù)形式在數(shù)據(jù)庫中儲存，需要根據(jù)實際情況制定標準并建立模型，實現(xiàn)對模型的合理化應(yīng)用，而且BIM技術(shù)的應(yīng)用可以確定任何一個構(gòu)件的尺寸，進而將其數(shù)據(jù)合理地儲存到數(shù)據(jù)庫中。

因此，在建筑設(shè)計過程中，若出現(xiàn)構(gòu)件修改的情況，只需要在BIM 技術(shù)數(shù)據(jù)庫中進行調(diào)整，使模型中與之相關(guān)的數(shù)據(jù)得到修改，避免傳統(tǒng)建筑設(shè)計過程中存在的影響，實現(xiàn)對內(nèi)容的重復改正，降低因圖紙修改而產(chǎn)生的影響。通過建立BIM 模型可以方便快捷地檢索各種構(gòu)建信息，并根據(jù)實際情況生成三維模型及參數(shù)列表，通過可視化技術(shù)實現(xiàn)對各構(gòu)件的分析，保證材料質(zhì)量。

4.3 BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑的協(xié)同設(shè)計

BIM 技術(shù)與裝配式建筑的協(xié)同設(shè)計流程一般分為四個階段，即建筑項目的方案設(shè)計、建立并完善預制構(gòu)件庫、構(gòu)建并優(yōu)化BIM三維模型、強化構(gòu)件設(shè)計。

第一，建筑項目的方案設(shè)計。建筑項目的相關(guān)設(shè)計單位應(yīng)以客戶對裝配式建筑戶型的可行性評價為依據(jù)，了解客戶的裝配需求，基于BIM 技術(shù)結(jié)合建筑實際與客戶需求初步設(shè)計方案模型，加深客戶對裝配式設(shè)計方案的了解，明確裝配式建筑的整體設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計，為后續(xù)的建筑設(shè)計與施工環(huán)節(jié)提供重要保障。

第二，建立并完善預制構(gòu)件庫。預制構(gòu)件庫的建立與完善是BIM三維模型構(gòu)建、預制構(gòu)件生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)條件，也是裝配式建筑設(shè)計的核心工作。因此，相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)以實際建筑的具體功能、結(jié)構(gòu)需求、外觀表現(xiàn)為依據(jù)，合理設(shè)計并優(yōu)化預制構(gòu)件，明確所需構(gòu)件的種類、數(shù)量、尺寸等，建立并完善裝配式建筑設(shè)計的預制構(gòu)件庫。然后，設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合具體建筑分析預制構(gòu)件是否符合實際需求，并進行適當?shù)恼{(diào)整與補充。

第三，構(gòu)建并優(yōu)化BIM三維模型。BIM模型的搭建與完善以方案設(shè)計為前提基礎(chǔ)，在相關(guān)設(shè)計人員的操作下，借助預制構(gòu)件協(xié)調(diào)裝配而成；同時，應(yīng)用BIM技術(shù)選用沖突檢查、凈高檢查等方式進行模型的問題檢驗與協(xié)同優(yōu)化。

第四，強化構(gòu)件設(shè)計。在構(gòu)件強化設(shè)計的過程中，建筑企業(yè)應(yīng)加強設(shè)計單位、施工團隊與構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)的有效溝通，協(xié)調(diào)構(gòu)件的強化設(shè)計。施工單位應(yīng)向設(shè)計單位及時反饋建筑項目的實際施工需求，如固定孔、安裝孔的預埋預留問題等；構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)以設(shè)計單位的預制構(gòu)件技術(shù)需求為依據(jù)進行生產(chǎn)加工；設(shè)計單位應(yīng)加強與施工單位的交流，深入了解施工現(xiàn)場情況，同時將預制構(gòu)件的更新優(yōu)化設(shè)計及時反饋給生產(chǎn)企業(yè)。另外，在強化構(gòu)件設(shè)計后，建筑企業(yè)應(yīng)針對BIM模型進行嚴格審查與結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測，確保設(shè)計模型的質(zhì)量與可行性。

4.4 碰撞檢查

對于裝配式建筑設(shè)計計劃，特別是管線設(shè)計計劃，設(shè)計人員通常盡可能多地處理預制部件問題，傳統(tǒng)的2D工程圖很難顯示工程裝配式建筑物的建造情況，因此，不可能充分反映裝配式建筑系統(tǒng)彼此之間的碰撞狀況，或預制構(gòu)件與工程裝配式建筑系統(tǒng)之間的沖突。由于2D 工程圖的準確性不足，在工程施工中容易忽略一些碰撞問題，這給工程施工帶來很大的不便。BIM 技術(shù)是根據(jù)多層三維裝配式建筑模型制定的工程裝配式建筑設(shè)計計劃中。

另外，在模擬練習的基礎(chǔ)上進行了碰撞測試。這樣，管線沖擊問題可能會更加清楚。在數(shù)據(jù)可視化設(shè)計計劃環(huán)境中，可以幫助設(shè)計計劃人員進行項目設(shè)計的改進，并盡量避免可能發(fā)生的管線沖突。

4.5 標準化設(shè)計

4.5.1 預制構(gòu)件的生產(chǎn)

裝配式建筑的基礎(chǔ)是生產(chǎn)預制構(gòu)件，構(gòu)件作為裝配式建筑的重要組成部分，應(yīng)合理地進行規(guī)劃，制定符合建筑工程施工的方案，提升整體設(shè)計的效果，減少過程中產(chǎn)生的影響及限制，發(fā)揮不可替代的優(yōu)勢。BIM 信息共享平臺的建立有助于實現(xiàn)對構(gòu)建生產(chǎn)廠商的落實，通過建立與健全各項工作方案，提升整體設(shè)計的效果，杜絕多種因素的影響與限制，為工程項目管理及流程優(yōu)化提供幫助。

需要注意的是，在實際規(guī)劃建設(shè)的過程中，還應(yīng)該對預制構(gòu)件的生產(chǎn)要點有充足的掌握，并適當?shù)貎?yōu)化與落實，實現(xiàn)對工程準備計劃的落實，為裝配式建筑設(shè)計深化奠定基礎(chǔ)。

4.5.2 預制構(gòu)件的運輸

生產(chǎn)與運輸作為裝配式建筑設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)該根據(jù)實際情況進行優(yōu)化與落實，并不斷總結(jié)經(jīng)驗，全面分析體積較大和重量較大構(gòu)件的運輸，掌握整體運輸效果，實現(xiàn)更加合理的控制，杜絕運輸風險的發(fā)生。因此，在進行運輸與設(shè)計的過程中，需要全面監(jiān)控運輸車輛，并通過定位芯片的裝備，實時監(jiān)控運輸車輛的情況，提前做好相應(yīng)的準備，保證整體設(shè)計效果。

4.5.3 預制構(gòu)件的標準化設(shè)計

在裝配式建筑設(shè)計中，預制構(gòu)件的標準化設(shè)計是BIM 技術(shù)的前提基礎(chǔ)，精確、標準的預制構(gòu)件對于預制構(gòu)件庫的建立、BIM模型的構(gòu)建均有著非常重要的影響。因此，設(shè)計單位應(yīng)合理整合并調(diào)整預制構(gòu)件組裝結(jié)構(gòu)，確保其滿足相關(guān)標準與實際需求，同時以標準要求為基礎(chǔ)，以建筑結(jié)構(gòu)為依據(jù)，嚴格設(shè)計并優(yōu)化預制構(gòu)件，確保預制構(gòu)件的標準化，為裝配式建筑設(shè)計提供基礎(chǔ)保障。

5 結(jié)束語

總之，盡管當前的BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計過程中仍處于起步階段，但是，作為一種新型的管理技術(shù)，在特定用途時下，其使用價值已引起廣泛關(guān)注。例如，設(shè)計計劃、檢查、工程圖、練習、演算；工程施工過程中活動場所的布局、圖紙審查記錄、工程施工模擬和工程施工審查、安全技術(shù)公開、預制件生產(chǎn)加工、安裝模擬、進度控制、安全質(zhì)量和安全檢查、工程量清單和配置管理；在運維管理階段中使用三維可見性，并整合全息投影信息內(nèi)容。完善的管理運維服務(wù)，學習培訓和遠程診斷，工藝流程仿真等。因此，在裝配式建筑進行全生命周期管理過程中，不斷地補充完善和使用BIM信息模型，可以進一步提高工程質(zhì)量。