BIM技術在裝配式建筑結構設計中的應用

張少馳

中國建筑第八工程局有限公司 江蘇 南京 210000

1 BIM技術概述

BIM技術是指建筑信息模型，它是基于3D數字技術，收集建筑整個生命周期的信息，然后創建建筑的3D模型。該技術在現代建設項目中的應用，可以大大簡化相關單位的規劃、建設、監理等相關工作。BIM技術的本質是將數字信息應用到建設項目的全過程中，營造一體化的管理模式，確保有效的施工監理、資源管理和使用，將項目風險降至最低。在當前建筑行業快速發展的背景下，節能環保的需求日益增加，使得裝配式建筑成為行業發展的主要方向。與傳統建筑結構相比，裝配式建筑效率更高，尤其是BIM技術的廣泛應用，可以創建信息模型，在施工、運維等過程中交換信息，保障決策的科學、有效性。

2 BIM技術主要功能與裝配式建筑結構設計要點

2.1 BIM技術的主要功能

2.1.1 優化工程設計。BIM技術具有可視化的特征優勢，對建筑物的物理結構信息進行數字化處理后，創造出線條和空間的多維表現形式，進而彌補了人類想象力不足的缺陷。它在復雜建筑項目的建設起著至關重要的作用。此外，可視化功能在工程設計的探討有利于實現初步設計的優化與完善；實現多方互動參與，更方便地管理構件參數計算與信息，并為高效、高質量的設計提供堅實的基礎[1]。

2.1.2 精確功能預判。在BIM技術模擬性特征基礎上，可以用4D和5D技術模擬建筑物的基本功能，如節能模擬、緊急疏散模擬、陽光模擬、導熱模擬等，它可以作為未來建設和改進的預先指定計劃。當然，它在控制項目成本和改進原計劃設計方面也發揮著重要作用。事實證明，BIM技術的預測功能蘊含著前瞻性和綜合性的管理理念，其前瞻性特性可以將建設項目的各方面與傳統的概率通信方式相結合，轉向精確把握與預先管理。

2.1.3 容錯性較強。綜合上述兩個技術特性，BIM技術的容錯性也比較高，其源于技術本身的設計過程。即系統在各種因素的共同影響下，擁有了強大的不斷提升和優化能力。根據建筑設計原因、新的建筑設計條件、新的功能需求以及主客觀各種因素的改變，才能根據原有建筑設計數據，采用參數控制，對原有建筑設計作出全面的完善與優化，從而合理地評價相關成果。在此基礎上，建筑總體工程設計才能得到完善與提高，以達到最佳的建設效果。

2.2 裝配式建筑結構設計要點

裝配式建筑結構設計要點包括多方面內容。首先，從設計的整體角度來看，要明確建筑類型、構件類型、構件標準、聯合設計等因素，同時要特別注意各類建筑的設計標準。例如板材、盒式、骨架板材等。其次，關于具體的設計環節，每個設計環節都有自己比較完善的標準體系。例如，成本控制、規模和項目定位都包含在技術規劃中。又比如：在為零件的加工制作圖紙時，不僅要加強與施工各方的聯系，還要一些特殊項目的相關要求，充分考慮預制裝配式建筑構件的臨時設施安裝問題、管線預埋問題等。結構裝配的設計不僅影響著構件本身的質量，也關系到項目整體施工品質。最后，從施工管理的角度來看，預制設計具有很強的過程控制性，并且基于預制標準的約束，促進了一體化設計、工業制造、裝配式建筑和一體化精整。除了技術操作，還要認識到生產效率、節能環保等價值觀的重要性。

3 BIM技術在裝配式建筑結構設計中的具體應用

3.1 BIM技術在裝配式建筑設計的應用

與傳統建筑有所不同，在裝配式建筑結構設計中，主要考慮的兩方面內容就是預制構件預埋和預留過程，這一環節的施工需要大量設計師的團結協作，同時對溝通的效率和及時性提出了較高的要求。以BIM技術為基礎，構建標準化規劃平臺，支持設計師之間的協作與溝通、建筑信息的高效聯動、規劃方案的同步適配。在具體的工作中，設計師可以廣泛利用云技術和BIM技術，將BIM模型的信息快速傳輸到集成的BIM設計平臺，通過碰撞測試和自動糾錯解決不同學科之間的沖突和差距。同時，B1M技術的聯合設計，使得信息參數同步成為可能，方便專業設計師調整設計方案。

3.2 BIM技術在預制構件生產中的應用

在預制構件生產過程中，BIM技術的主要用途體現在以下兩方面：一方面，預制構件生產流程中必須同時涵蓋了建造和設計兩個主要階段。為提高預制構件生產信息的實際可信度，建筑制造商可以通過直接從BIM模型中獲取各種結構的詳細尺寸信息，進而制訂科學合理的制造規劃。在這些情形下，應該在制造的同時將過程狀態傳遞到施工單位。此外，制造商還必須在生產中將RFID芯片用于各種設計，并在其中存儲尺寸、材料類型、安裝位置等信息，這也可以為后續的施工和管理工作提供便利。另一方面，對裝配式建筑的模型測試和生產過程進行分析和優化。裝配式建筑的規劃完成后，規劃部門必須與制造商共享BIM模型中各個預制構件的信息，便于制造商快速開展生產活動，進而提高施工效率。為保證數據信息與零部件成品系統的有效對接，信息處理參數可存儲為條形碼，實現生產過程的自動化，方便企業進行試生產。

3.3 BIM技術在裝配式建筑施工中的應用

在裝配式的施工建設中，BIM技術也可以進行倉儲管控、現場綜合管控以及施工流程的優化。尤其是在預制件的庫存管理方面，通過應用BIM技術和RFID技術，能夠大大提高預制件的檢驗工作效率，并進行電子化、自動檢驗，從而減少因人工檢驗造成的質量差錯。同時，建筑施工者也能夠在整個檢驗流程中隨時隨地查看有關預制構件的信息，以確定正確的安裝方式[2]。其次，BIM技術還能夠在現場管理中仿真裝配式建筑物的施工作業過程，施工人員也能夠使用該功能更進一步地熟悉并了解技術運用的基本要領，尤其是在某些關鍵部位的裝配式建筑物部件的裝配過程，其復雜程度允許施工人員進行反復的定向訓練。另外，BIM技術還可用來在工地上智能規劃道路，從而提升交通運輸效能。最后，可以優化施工工藝，BIM技術的3D模型可以轉化為5D模。在此基礎上，建筑單位可以高效地對資源消耗進行建模，進而制定動態的施工管理計劃，實現對施工的全面掌控。

3.4 BIM技術在裝配式建筑中的后期運行維護

首先，BIM技術可用于管理設備的維護。例如，在發生火災時，管理人員可以使用B1M的綜合數據管理和應急管理功能，準確定位火災現場，明確火災所需的材料，使滅火變得更加容易。在進行設備維護時，可以從 BIM模型中快速檢索現成組件所需的設備信息并聯系制造商。其次，管理設備品質和能耗。BIM技術可幫助智能裝配式建設等信息化工作，設備管理者也能夠使用RFID技術對預制件質量進行快速了解來自構件生產商、運輸和安裝人員的相關信息，以便迅速精確地監控產品質量問題。另外，BIM技術還能夠進行裝配式建筑的綠色維護管控，例如，使用裝配式部件中的RFID信號實時追蹤建筑內的物料消耗，或者通過BIM軟件在模型中分析使用情況。甚至在建筑的拆除階段，BIM技術也能夠成為建筑資源分類的重要手段，確保資源節約。

4 裝配式建筑的發展現狀

在裝配式建筑領域，國內尚處于起步階段，能夠組裝構件的制造商相對較少，制造技術和配置不能達到理想的生產要求。相關技術人才和勞動力相對稀缺，裝配式建筑的人工成本高于傳統施工方式，更不利于市場的發展。此外，裝配式建筑的開發應用模型尚未形成，尚未完全進入產業化進程，離建筑一體化的目標還相距甚遠。在管理標準方面還存在許多不足之處，不能完全控制和跟蹤裝配式房屋的生產需求，制造業對質量安全的要求進一步收緊。總的來說，現在正在慢慢探索裝配式建筑的發展。

5 BIM技術在裝配式建筑結構中應用措施

5.1 注重流程再造，強化優勢互補

基于裝配式建筑結構設計流程要點和BIM技術的信息集成特性，首先需要明確應用范圍，這就需要我們從項目各方面管理入手，重新設計和規劃操作流程，充分利用BIM技術的優化結構設計、功能準確預測、多種溝通功能，保證二者在相互促進中實現優勢互補。首先要呈現數字化設計理念，實現各個設計元素的智能化；其次，要對每個設計過程實行綜合管理，從設計規劃到完成，必須把原設計看成一個整體，協調各專業之間的各種相互關系。規范、良好的設計協同工作，確保所有結構環節在項目中有序進行。此外，還需要突出溝通、反饋和多方利益相關者的功能，確保設計內容為多方接受。

5.2 明確問題導向，強化實際應用

在建筑施工中運用BIM技術時，重點是要解決裝配式建筑在設計與規劃中存在的問題，并以問題為導向，加強對不足之處的認識。由于我國裝配式建筑施工技術應用時間較短，在實際應用仍面臨一些挑戰和難題。第一，關鍵環節的質量控制問題。如砂漿錨栓嵌入鋼筋、套管、搭接孔前角度不精確，遺漏節點或結節堵塞，夾芯板錨栓松動等。第二，一刀切情況嚴重。如果超過了裝配式結構的規格，都會導致工作量和施工成本的增加。第三，自身特點和規律不明確。例如，標準化工作或節點圖的剛性復制在裝配式房屋的設計和施工中并沒有成為科學的設計規范體系，其在降低成本和提高施工效率方面的作用尚不清楚。因此，BIM技術應用于裝配式建筑設計時，首先要消除各方面的不足，糾正其發展中的錯誤，進一步深化設計方案，嚴格把控關鍵節點的質量和工藝[3]。

5.3 采取必要的經濟措施

將BIM技術應用于裝配式房屋結構質量管理，采取必要的經濟措施，結合當前市場環境和建設項目實際狀況，制定科學的重大經濟對策，全方位規劃資金需求，確保任何資金都能從中受益，真正發揮出優勢。同時，制定BIM技術質量管理專項資金，實施資金合理使用，并進行相應的記錄和管理控制。在專項資金執行要求的框架內提供項目質量管理資金。此外，在開展經濟活動時，要加強對優質人員的管理，建立有效的獎懲機制，對表現突出的優質人員給予一定的獎勵，以調動員工的工作積極性和積極性，進而提高工作質量和效率。只有這樣才能為裝配式建筑的建設奠定堅實的物質保障。

6 結束語

通過文章分析得知，裝配式建筑設計中科學合理運用BIM技術，可以進一步提升裝配式建筑行業整體的質量和效率，有助于裝配式建筑行業朝著更好、更快的方向發展。兩者的結合不應局限于單獨的技術或流程聯動，而應著眼于BIM技術在更高層次的裝配式建筑屋整體規劃過程中的功能和意義，從而發揮其更大的技術價值。