基于BIM技術的裝配式建筑設計研究

王有為 王春暉 李證吉

(中國建筑第七工程局有限公司，河南 鄭州 450000)

將BIM技術應用于裝配式建筑項目的所有階段，可以從模型中獲取全面準確的信息和數據，并共享設計、施工、運營和維護的所有階段數據信息。同時，在控制建設項目動態時，可以登錄BIM模型平臺，了解施工情況，不斷提高項目的施工質量，優化項目設計。

1 BIM技術優勢與特點

BIM技術引入預制建筑是原始管理模式的改進和創新，并確保預制建筑管理科學和準確的發展。目前，人們對建筑行業具有更高的要求，許多傳統的設計軟件和規劃無法滿足現代建筑工程的需要，已成為設計人員全面、準確地完成工程設計任務的重要手段。針對于目前的施工管理，BIM技術應運而生，BIM技術可以讓設計者及時改進和調整建筑模型，根據實際需求在特定條件下填充系統，使設計人員和管理人員能夠更好地理解和控制各種信息，可以直觀地反映與裝配式建筑密切相關的各種信息特征。為此，在實施預制建筑項目的過程中，可以利用BIM技術調和建筑物內的各種數據關系，為相關人員提供更準確、及時的信息[1]。

2 常見問題

2.1 管理水平不高

從設計到施工管理到隨后的操作，預制建筑物對管理層專業化有很高的要求，需要多級管理。例如，他們需要專注于零件的生產和專業管理部件的運輸和安裝。與此同時，預制組件建筑具有高技術要求的定位、吊裝、拼接和其他過程，并且需要改善每個幀的制造精度。在傳統建筑物中，由于施工管理不當，部件的開口尺寸和位置通常是不合理的，安裝效率不高，安全保護措施未到位。

2.2 協調配合不當

預制建筑必須將所有步驟完全整合，形成一個完整的體系，最終實現建筑產業化的目標。在傳統建筑中，如果不使用BIM技術，各方很難參與和協調。在許多預制建筑項目中，溝通差異導致質量問題和各個層面的沖突，導致了現代建設過程中追求的效率難以提高，因此，影響我國裝配式建筑發展的主要原因之一是缺乏組織協調能力。

3 BIM技術應用流程

3.1 構建標準化

BIM技術允許碰撞檢查，定義設計缺陷，有效解決預制PC組件之間的碰撞問題。生產人員可以使用BIM模型查看三維模型，清楚地看到生產組件的各種數據信息，施工單位利用BIM技術為制造商提供詳細準確的材料、尺寸等相關參數，并利用QR碼技術將其轉換為加工參數，有助于準確完成各種預制構件的生產，促進后續安裝的順利進行。

3.2 預裝配檢驗

BIM技術可用于仔細檢查PC組件的預組裝。在實際工作中，我們使用BIM模型和3D打印技術打印要生產的部件，然后預先組裝零件以找出缺陷。BIM模型預先組裝和使用可以及時調整尺寸、形狀、接口和其他數據，然后重新裝配，以實現PC部件的批量生產。預先組裝的仿真生產和組裝在初始階段可以降低大規模生產中可能出現的問題，減少廢料問題的產生，并能夠科學良好地驗證預制組件的設計質量。

3.3 材料選擇與設計速度提升

不同的巖石和土壤性質以及不同建筑設計會影響建筑物的質量。因此，首先要對不同地區的巖土結構進行具體分析，分析這些巖土的年齡、形成原因、巖土的組成。為了更好地完成設計工作，需要做的就是充分分析場地的巖土條件。BIM技術的特點之一是允許在施工期間全面分析不同時代的巖石和土壤，以及這些巖石和土壤形成的原因。針對不同的巖土條件開發了獨特的建筑設計。通過這種方式，BIM技術可以容納大量的定制材料，可以大大提高裝配式建筑設計的效率和質量。

過去設計預制建筑的另一個重要步驟是根據實際發現創建建筑圖紙。在傳統的裝配式建筑設計中，創建圖紙的過程是一種浪費時間和精力的過程，因為設計師必須先修改設計模型，然后再修改平面、剖面、細節和其他配套圖紙。但是，應用BIM技術后，設計者可以通過修改模型，同時獲得修改后的圖紙。通過有效節省設計師的時間，大大提高了裝配式建筑設計和施工過程的整體工作效率。

3.4 施工過程

組裝的建筑物類似于構建塊。BIM技術在預制部件組件中的應用主要針對圓柱形部件。使用BIM技術的可視化、仿真和協調特性，協調數據和信息處理的交互，傳達信息平臺，進行組裝過程的交互式管理，有效地計劃和整合各種內容信息，實現專業的管理和規劃，并充分利用BIM技術在預制建筑物的施工階段，4D程序用于模擬施工過程。與此同時，它還涉及調度，安全風險管理和質量控制[2]。BIM技術可用于模擬現場安裝，避免建設事故，降低施工安全風險，使用BIM技術的背景仿真技術，員工可以通過全面的方式跟蹤和管理預制組件的運輸，安裝和裝配過程，合理地協調模擬中的施工方案，優化施工方案的有效性。

3.5 運維過程

預制建筑物只能在裝配和檢查之后使用，除此之外施工階段的問題程度可能會改變。利用BIM技術可以檢測預制建筑的操作，確保后續建筑使用中不出現問題。將BIM技術應用于預制建筑物，可以監控整個預制建筑使用的實時過程，執行項目中每個組件的實時監控和維護，無縫連接后續和早期信息的數據，能夠防止預制建筑信息丟失。例如，如果以后想對預制建筑進行擴充，可以使用BIM技術來顯示預制建筑構件的原始數據，并根據相關信息對原始建筑進行擴充，以確保數據更加準確和有效。房地產企業可以利用BIM技術在資產管理方面的優勢，將相關設備與BIM平臺對接，利用BIM平臺的監控信息準確判斷通信、照明、電梯、消防等設備的運行情況。

4 裝配式建筑設計中的BIM技術應用

4.1 工程概況

某別墅建設項目總計有3層，建筑面積為415.65m2。為了確保項目的質量符合標準，該項目根據實際情況，選擇裝配式混凝土施工技術方式，以裝配式建筑模式開展使用。在建筑設計環節，應用BIM技術實現模塊化設計，切實提升工程的效率和質量，對于提高工程總體效益有積極作用。

4.2 建筑各層面的設計

4.2.1 戶型設計

建筑工程結構的戶型要保證和功能是完全匹配的，確保各個功能區都可以分配到各個建筑區域內。為了滿足這一要求，要做好如下工作。(1)結合別墅業主對于功能性要求，根據需要進行不同樓層功能區的設置，明確不同功能的位置。(2)確定功能區分部和戶型分部是否匹配，如果發生不匹配的情況，應該結合實際情況做出調整。(3)詳細計算確定構件受力條件，確定沒有設備發生碰撞的情況。根據國家標準作為指導，保證戶型設計滿足要求。(4)戶型內要合理進行功能性劃分，根據BIM技術實現各個功能有效配合應用，形成整體結構，各個功能區獨立運行，也存在著一定的聯系，保證建筑的整體性與和諧性。

4.2.2 標準層設計

裝配式建筑在應用中，標準層的設計人員在設計戶型圖之前，需要設置必要的附件以形成特定的層次，這種設計方案應用BIM技術完成，實現模塊化水平的提升，促進總體設計質量的提升，具體從下述幾個方面出發。(1)采集相關標準層的數據信息，比如尺寸；將數據信息傳輸到BIM軟件內，利用軟件進行數據的處理，可以完成標準層的設計，為施工提供參考意見。(2)如果施工環節發生數據變化，應該及時更新BIM系統內各個數據，保證數據有效利用，讓項目可以順利的進行。

4.2.3 整體設計

裝配式建筑整體設計的作用就是保證模塊之間的協調性合理，達到業主對于功能性的要求。應用BIM技術之后，滿足整體性設計的需要，主要措施如下。(1)設計人員集中開展設計工作，綜合分析建筑各個功能區的設計方式。(2)做好各項設計參數的控制，將數據全部傳輸到系統內，保證裝配式建筑各個設計內容都可以有效的應用。(3)在參數傳輸完畢之后，開始運行模型，明確是否存在設計缺陷，如果有問題，及時做出改進，保證系統模型可以有效的運行，各個功能達到要求，滿足正常運行。

4.3 各施工環節的設計

4.3.1 構件設計

裝配式建筑構件設計方式如下所示：(1)發布完善的建設模型，傳輸到Revit軟件中，真實反映出建筑輪廓以及鋼筋相應的信息。(2)檢查模型是否存在問題，確定是否有設計漏洞存在，如果存在，立即采取措施糾正處理。(3)拆分構件，采用Dtnamo實現可視化編程；各個結構分拆分成為零部件的形式，檢查是否達到完整性標準，如果有缺失，要立即做出改正，以滿足運行要求。

4.3.2 鋼筋設計

裝配置建筑鋼筋的設計方法如下。(1)嚴格落實國家相應標準和規范，明確鋼筋設置流程，同時了解模型的相關信息，確保鋼筋技術參數符合要求；(2)鋼筋分布到結構部件內，保證達到結構尺寸的要求；(3)將模型進行加密，完成設計方案。

4.3.3 埋件設計

建筑工程項目內，在預制構件的埋設施工環節，根據需要進行必要的設計和控制，比如梁柱預埋施工環節，包含多個部件，比如內嵌梁柱，但是梁柱、模板的鋼筋吊鉤形式比較多，這是因為不同建筑物的結構形式相差很大，造成建筑結構無法達到要求，所以需要做出必要的調整，保證埋件設計符合要求，從而可以符合工程的使用需要。此外，預制構件埋設施工環節，在現場設置必要的預制柱的結構，首先需要進行安裝處理，墻和柱的連接要布置規定強度要求的鋼板，技術參數符合要求，且模型設計環節，應該及時做出結構的調整，保證技術參數滿足要求，可以切實提升工程的施工效果，全面落實管理和控制措施，不會存在違規作業的情況。總之，對于裝配式建筑來說，BIM技術的優勢比較明顯，應用范圍比較大，要從結構設計以及鋼筋設計方面出發，保證埋件結構達到科學性、合理性的要求。基于此，BIM技術是裝配式建筑設計的主要方式，切實提升模型精確性的要求，符合建筑工程的施工需要，為后續的建設施工提供良好基礎。所以建筑工程單位對于BIM技術的應用要提起足夠的重視，嚴格落實到實踐中，保障項目順利實施，提高施工效率和質量，實現項目綜合效益的提升。

5 具體行動

5.1 技術顧問團隊

為了實現BIM作用于裝配式建筑的過程，應該建立專門的技術團體以及專家顧問，這是由于在新時代互聯網技術的發展背景下，新的技術也不斷加入到BIM技術的使用中，因此需要專業的技術團隊進行新技術研究與進一步開發，同時促進硬件設備與軟件的不斷升級優化，確保BIM能夠切實幫助預制建筑設計優化。

5.2 結合實際情況

如今，建筑物的類型和功能日益多樣化，裝配式建筑已經能夠充分滿足各類建筑的需求。確保裝配式建筑構件質量，快速替換原有構件的缺陷，提高設計水平，加強各種設計技術和軟件的應用。

當前的預制建筑種類較多，在將BIM技術應用于裝配式預制建筑的設計過程中，應該考慮到施工過程中對于各種構建的影響，從而合理設計建筑結構以及與構件，這樣也能夠保證構建質量，確保施工中不出現問題或者在問題初期就能夠及時更換構件。

5.3 促進資產運維

BIM技術在設計中不僅可以改善設計效果，促進建筑設計水平的提高，幫助施工安全穩定并且提高建筑的質量水平，而且也能夠進行建設成本規劃，這一技術能夠在建筑成本以及設施管理方面起到很大作用，對于整體資產運維的作用值得研究[3]。

5.4 技術發展

在裝配式建筑的發展過程中，由于其具有較高的施工效率，同時便于組織管理，能夠有效提高施工質量并節約資源，但是當前的裝配式建筑管理以及產業還有待進一步發展。BIM技術的加入，能夠實現裝配式建筑設計過程的不斷優化，同時強化項目建設過程中的運維管理，無論是從項目質量還是項目成本控制等方面都有著很好的應用效果。為了實現未來的裝配式建筑進一步發展，應該積極推動BIM技術與裝配式建筑設計的結合，同時不斷優化BIM技術的應用方式，實現專門化與專業化的市場發展模式，大幅度提高BIM技術的有效覆蓋，相信這些在未來的建筑技術以及設計研究過程中都可以得到突破。

6 結 語

綜上所述，裝配式建筑作為一種新的現代化建筑形式，應用逐漸廣泛，在施工過程中應該更加追求多種技術方法的融合，促進建筑質量進一步提高。裝配式建筑與BIM技術的融合，可以大大提高施工效率，提高裝配式構件的精度，促進施工效率的優化。相關人員應進一步探索現代信息技術和建筑業的發展，積極變革、創新和推廣機械設備，促進建筑行業進一步發展。