裝配式建筑BIM深化設計研究

張之光 山東省建筑設計研究院有限公司

張 凱 山東省建筑設計研究院有限公司

近年來，裝配式建筑的數量越來越多，同時與裝配式建筑相關的研究和實踐不斷增加。裝配式建筑與普通建筑存在明顯的差異，其深化設計具有容錯率低、協同度高以及精細化等特征。因此，裝配式建筑深化設計中應積極應用BIM技術，充分提高深化設計的整體效率。

1 裝配式建筑與BIM 技術

裝配式建筑指的是提前確定預制構件并交由工廠進行標準化生產，然后在現場對預制構件進行裝配、安裝。近年來，裝配式建筑在我國得到了迅速發展，原因在于其擁有很多優勢：一是在工廠內預制構件的情況下，不需要現場下料，不僅能夠縮短施工周期，還能減少施工現場的用工量；二是實現了部品生產工業化，可有效減少材料的使用量，同時材料的耗損量也比較低，避免了不必要的建材資源浪費，也能有效降低材料成本；三是僅需對預制構件進行安裝，現場施工更加簡便，無需現場進行切割作業，因此污染較小，符合環保、綠色的要求；四是在工廠內預制構件可以實現標準化、工業化生產，并通過驗收確保預制構件的質量，避免了傳統現澆工藝下的墻體滲漏、開裂等質量通病，可保障建筑施工質量。

BIM 技術是對建設項目的數據信息進行全面收集，并在此基礎上建立項目的3D 模型[1]。裝配式建筑設計中應用BIM技術時應先建立BIM 模型，所有構件在BIM 系統中均有編碼，并且編碼具有唯一性。施工現場只需借助編碼便可以快速識別構件，從而便于組裝構件，有利于提高施工精度與施工效率。

2 裝配式建筑BIM 深化設計的要點

2.1 建立模型

裝配式建筑BIM 深化設計中，建模是一項非常重要的工作，直接影響著后期工作的開展。通過采用BIM 技術構建裝配式建筑的模型，可以為各參與方的協同作業奠定基礎。在傳統建筑設計中，主要借助二維CAD 軟件來進行出圖，而裝配式建筑BIM 深化設計中是應用模型進行出圖，能夠有效避免圖紙與實際情況的偏差[2]。

同時實踐證實，BIM 技術是現階段最有效的多專業協同設計手段。借助BIM模型可以開展參數化設計，各參與方可以借助這一點開展設計優化、協同設計等工作，以減少設計變更。此外，在建立3D 模型的時候，可以根據裝配式建筑的實際參數，借助BIM 系統自動化地實現模塊配置，明確安全步驟，從而提高深化設計的整體效率。

2.2 構件拆分

深化設計中，可以應用BIM 技術拆分裝配式建筑的預制構件。建立3D 模型后，通過合理拆分預制構件能夠確保工程的連貫性。在構件拆分中，借助BIM的可視化特征，設計人員可以明確預制構件整體與部分的關系，對各個節點進行良好把握。

通常情況下，裝配式建筑涉及多種預制構件，因此在對預制構件進行加工前應優化設計預制構件的模型，以確保預制構件的質量，達到降本增效的效果。

例如，在某裝配式建筑項目的深化設計中，需要充分考慮裝配率問題、構件制作問題、安裝工藝問題、空間結構及布局問題等，同時根據建筑的實際使用功能和主體結構形式等選擇便于重復生產、適合裝配化施工、模數協調的構件，另外還要做好構件拆分工作。而在構件拆分方面，BIM 系統中的Structural Precast for Revit 插件有著重要的應用價值，基于該插件可對構件進行合理分類與高效整理。該項目的預制構件包括樓板、墻板、空調板、樓梯板、陽臺板、框架梁以及柱等[3]。

2.3 碰撞檢查

BIM 具備碰撞檢查功能，因此裝配式建筑BIM 深化設計中可以應用BIM 技術開展碰撞檢查。在實踐中，只需先構建出裝配式建筑項目的3D 模型，再啟動BIM 系統中自帶的碰撞檢查功能，即可有效完成碰撞檢查工作。同時，碰撞檢查完畢后，BIM 系統還會給出相應的異常問題報告，從而為設計優化提供科學的依據與指導。

2.4 深化設計出圖

裝配式建筑深化設計中，建立三維BIM 構件模型之后，應以此為根據創建BIM 深化圖，并對其進行有效處理，將各組件信息轉換為二維構造圖，以便于加工構件[4]。大型裝配式建筑的預制構件類型和數量較多，以往工廠生產預制構件時的工作量較大，易發生計算錯誤，而通過應用BIM 技術可以有效解決這一問題。

借助BIM 技術可使用計算機軟件對預制構件數據進行自動化分析，創建預制構件生產結構模型。與傳統設計方案相比，建立在BIM 技術基礎上的構件三維模型有利于提高預制構件生產的效率，更改索引的時候，與之相關聯的工作索引和信息數據也會自動更改，解決了設計過程中應用程序信息不一致的問題。

此外，裝配式建筑BIM 深化設計中，根據相關標準的要求與裝配式建筑的需求，出圖內容包括預制構件深化設計圖、設計說明、預制構件平面布置圖、圖紙目錄等。實踐表明，借助BIM 技術可以實現預制構件深化設計圖和預制構件平面布置圖的100% BIM 出圖，設計說明可以由CAD 模板生成，圖紙目錄可借助設計協同平臺直接生成。

2.5 工程量統計

裝配式建筑BIM 深化設計中，通過預制構件的BIM 模型可以對相應預制構件的鋼筋明細、配件數量以及混凝土量等信息進行統計，同時可以通過輕量化轉換對需要統計的工程量集成到構件庫中，并借助工具集完成裝配式建筑的工程量統計。

3 裝配式建筑BIM 深化設計的優勢

Revit 族庫是一個族單元，可以對各種族文件進行編輯和驅動。對裝配式建筑進行深化設計的時候，應對各種構件的預埋件、外輪廓以及配筋形式進行整合。外輪廓形狀不同的情況下，預制構件也有所不同。

標準預埋件可以按照一般要求定位在預制構件中，Revit 族庫根據族文件進行繪制，并存儲在常規測量模型中[5]。族文件的圖紙是完全基于構件中鋼筋的形狀對其彎曲角度和規格等參數進行編輯，并能定義基準面。

BIM 模型作為信息載體能夠被共同使用，各參與方均可以借助BIM 模型對相關信息進行錄入、提取、更新，從而實現有效協作。借助BIM 技術拆分構件的時候，可以保障零件圖、局部圖、平面圖以及立面圖數據的一致性，并可以有效提高工程圖制作中解析專業信息的能力，將項目的意圖準確表達出來。

以某裝配式建筑為例。首先，機電、結構、建筑等專業使用Revit 軟件對設計院CAD版本的圖紙進行深化設計。其次，將各專業深化好的圖紙導入Navisworks進行碰撞檢查。

其次，全部碰撞檢查完成后，由總包組織開展專題會，業主代表參加，對碰撞調整完成后的BIM 模型進行審核。審核未通過的情況下，根據業主的審批意見對各專業的深化圖紙、模型進行調整；審核通過的情況下，各業主代表簽字，各專業工程師將已經深化好的圖紙導入二維圖紙進行標注，并轉換為PDF 格式申報。

最后，總包、整理、業主審核。審核未通過的情況下，按照批復意見進行整改，并再次申報；審核通過的情況下，打印圖紙，專業工程師簽字，下發施工。裝配式建筑深化設計中應用BIM 技術可以有效確保深化設計的實施效果，為保障裝配式建筑施工的順利開展奠定良好的基礎。

4 裝配式建筑BIM 深化設計中面臨的問題及其解決思路

4.1 面臨的問題

裝配式建筑在普通建筑的基礎上增加了生產預制構件這一環節，為確保裝配式建筑的建設質量，應積極開展深化設計。BIM 是以建筑工程的各項真實信息數據為基礎制作工程3D 模型，是對建筑工程進行仿真模擬的技術。

BIM 技術在建筑工程領域有著良好的應用價值，原因在于其有著非常多的優勢：一是可視化，對工程相關信息進行全面收集，并以此為根據建立3D 模型，將建筑空間結構關系顯示出來，便能實現可視化；二是模擬性，使用計算機對設計方案進行模擬，可以實時觀看模擬結果，檢測設計方案中的問題，也可以對模擬結果進行靈活調整；三是協調性，BIM 可以實現對設計方案的合理優化，及時發現各種問題，并通過協調多方來制定有效解決方案。因此，裝配式建筑深化設計中也要積極應用BIM 技術，以實現深化設計效率與質量的提高[6]。

但現階段，裝配式建筑深化設計實際應用BIM 技術的時候還面臨著諸多問題，主要體現在以下幾個方面。

第一，在裝配式建筑深化設計應用BIM 技術的過程中，往往需要對大量的信息進行獲取、協調與溝通，同時這些數據信息的耦合度相對較高。實踐中，需要將來自施工單位、工廠、設計單位以及業主等各方的信息導入3D 模型中，借助3D 模型的模擬性、參數化、可視化、協同性等優勢來開展進度模擬、碰撞檢查、協同優化等工作。在導入數據信息時，必須嚴格按照一定的流程，如果無法做到這一點，則各專業數據不斷導入的過程中便可能導致信息混亂，給深化設計帶來嚴重的影響。

第二，BIM 技術是一種集成化技術，其對各種高新科學技術進行有機結合，融合了各種技術的優勢。例如，BIM 系統中運用虛擬仿真技術，可仿真構建出虛擬的建筑模型；運用計算機模擬技術，可在計算機上將建筑模擬展示出來；運用三維可視化技術，可將二維的建筑設計圖紙進行三維化。BIM 技術是建筑領域與現代先進技術有機結合的產物，在建筑領域中有著良好的應用價值，為推動建筑工程建設質量的提高做出了重要貢獻。對其實際情況進行分析調查發現，Revit 是目前最常用的一種軟件，它是國外設計、開發的軟件，我國在進行實際應用的過程中進行了相應的調整，以實現本土化使用。經過大量的研究與實踐，Revit 在建模方面已經比較成熟，但是在出圖方面還與我國相關標準要求存在明顯的差距，尚未建立樣板文件與族庫，同時不能根據我國標準對軟件底層數據進行調整，這就給裝配式建筑深化設計造成了一定的阻礙。

第三，裝配式建筑深化設計中，應對預制構件的類型進行準確劃分，并要盡早做好這項工作，以減少后期不必要的重復工作。但是裝配式建筑的參與方眾多，這就導致了預制構件可能發生變化。例如，一個設計可能會衍生出很多看似相同但實際不同的產品，采用BIM 技術的過程中，人工對這些預制構件進行建模、出圖，工作量非常大。

第四，深化設計中，建筑BIM 模型建立完成后，應對信息進行整合、傳遞，以便于各專業的協同作業。但實踐中，信息傳遞還面臨著諸多難題，具體來說，單個BIM 模型的整合、傳遞效率相對較高，但不同BIM 模型之間難以進行信息傳遞。裝配式建筑深化設計中，通常要在總裝模型的基礎上鏈接拼裝多個預制構件的模型，采用BIM 技術的過程中難以對這些鏈接拼裝信息進行有效提取。

4.2 解決思路

為實現BIM 技術在裝配式建筑深化設計中的有效應用，充分發揮BIM 技術的優勢，提高深化設計效率與質量，應制定有效的措施，解決上述問題。針對上述問題，可以從以下幾個方面入手。

4.2.1 制定裝配式建筑BIM 標準

裝配式建筑深化設計具有分工較細和重復率較高的特征，為實現各專業之間有效分工協作，必須制定BIM 標準。制定詳細且科學的標準，可更好地促進團隊合作，有利于增強分工協作的效果。

4.2.2 制定模型拆分方案

裝配式建筑深化設計中，按照專業的不同對BIM 模型進行整合、拆分，可以為各方的信息有序傳遞與協同奠定良好的基礎。實踐中，應根據裝配式建筑的實際情況制定便于協同、符合計算機性能要求、符合專業分工的BIM 模型拆分方案。

4.2.3 BIM 模型深度規定

在BIM 工作中，BIM 模型深度是重要的依據。不同階段的BIM 模型深度也要有所不同，才能切實滿足各階段對BIM 模型的實際需求。深化設計階段，應對建筑、機電、結構、施工、生產等方面的信息進行綜合考慮。由于BIM 模型深度需要反映生產和施工信息，因此BIM 模型深度應當高于施工圖設計模型深度。

4.2.4 明確協同檢查要點

由于深化設計中需要多方協同，且各參與方的信息會不斷深入，可能發生各種各樣的碰撞，如預制構件組裝環節，可能出現拼接不協調或拼裝沖突，因此應對協同檢查要點進行梳理。

4.2.5 完善出圖標準

應結合各參與方的需求和國家建筑標準設計圖集，對裝配式建筑深化設計出圖的樣圖進行制定。樣圖中應明確圖紙的類型與不同類型圖紙的內容。圖紙內容應當綜合反映機電、施工、結構以及建筑等方面的信息，確保圖紙深度可以滿足各方要求。

4.2.6 Revit 軟件二次開發

Revit 軟件是目前比較常用的BIM 軟件之一，但其作為“舶來品”，與我國裝配式建筑的實際情況還存在一定的差距。因此，必須進一步對Revit 軟件進行調整，使Revit 軟件更加符合裝配式建筑的需求，為裝配式建筑深化設計的高效開展提供有力的支持。

5 結語

裝配式建筑深化設計中實際應用BIM技術的時候，應把握好各個要點，包括建立模型、構件拆分、碰撞檢查、深化設計出圖、工程量統計等，確保各環節的效率與質量，從而提高深化設計的效果。同時，針對裝配式建筑深化設計中BIM技術面臨的問題，也要制定有效的解決措施，實現BIM 技術的深化應用。