BIM技術在裝配式建筑結構設計中的應用探討

摘 要：BIM技術是目前建筑設計中應用的主流技術之一，其采用信息化管理手段，利用計算機軟件建立三維模型，進行建筑物的信息共享。合理應用BIM技術可實現建筑結構設計過程中各個專業之間的有效協同，達到減少設計人員工作量、提高工作效率的目的。在傳統的裝配式建筑結構設計中，由于缺乏有效的信息共享和協同設計手段，往往會出現信息傳遞不及時、設計沖突等問題，嚴重影響了設計效率和質量。而BIM技術的引入，為裝配式建筑結構設計帶來了革命性的變革。在裝配式建筑結構設計中應用BIM技術，可以實現結構專業與其他專業之間的協同，避免設計沖突和信息傳遞不及時等問題，進而提升裝配式建筑結構設計效率與質量。

關鍵詞：BIM技術；裝配式建筑；結構設計；碰撞檢查

中圖分類號：TU758" " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2024）06-0028-03

0 引言

隨著建筑行業的快速發展，建筑行業對綠色建筑和綠色施工的要求越來越高，設計水平也隨之提高。隨著 BIM技術在建筑結構設計中的廣泛應用，BIM技術在裝配式建筑結構設計中的優勢日益凸顯，其不僅能夠提升裝配式建筑結構設計水平，還能提高建筑質量、降低成本、縮短工期。

傳統的裝配式建筑結構設計方法存在著一些問題，如設計效率低下、設計質量不穩定等。為了解決這些問題，應用BIM技術成為了裝配式建筑結構設計的重要發展方向。BIM技術是一種基于三維模型的建筑信息模型技術，它可以將建筑物的所有信息集成到一個模型中，從而實現對建筑物的全面管理和優化。在裝配式建筑結構設計中應用BIM技術，可以有效地提高設計質量和效率。

1 BIM技術的相關概述

BIM技術是一種先進的建筑工程信息管理技術，它基于工程項目信息模型，通過集成化信息管理系統，在建筑設計、施工和運維等階段發揮著重要的作用。BIM技術的合理應用，利于各項信息的有效整合，降低設計難度，使得各個參與方能夠更好地協同作業，提高工作效率和質量。BIM技術還可以解決當前建筑工程項目中存在的信息不對稱、協調不一致等問題，提高最終的設計效果，為后期施工提供有針對性的指導和參考。

BIM技術是一種先進的建筑工程信息管理技術，它通過集成化信息管理系統，在建筑設計、施工和運維等階段發揮著重要的作用。它的應用可以提高工作效率和質量，解決當前建筑工程項目中存在的問題，助力裝配式建筑事業穩健發展，

2 裝配式建筑結構設計中應用BIM技術的必要性分析

在裝配式建筑結構設計中，應用BIM技術是科學技術發展的必然選擇，也是建筑事業發展的必然趨勢.應用BIM技術的必要性如下：①提高設計效率和精度。BIM技術是一項創新技術，在裝配式建筑結構的三維立體化建模和預制部件的圖紙設計中都能發揮積極的作用，進一步提升了設計效率和設計精度。②實現信息化促進產業化。BIM與裝配式的結合，借助BIM技術三維模型的參數化設計，有效地提高了裝配式建筑的設計、生產效率和工程質量，將生產過程的上下游企業聯系起來，真正實現以信息化促進產業化，并實踐著智慧建造的理念。③管線綜合設計與優化。在裝配式建筑中，管線的綜合布置尤為重要。通過BIM技術，可以優化管線和設備的排布，確保其布置合理，最大化使用空間，并降低成本。④復雜節點施工模擬。對于施工難度大、過程復雜的環節，如預制構件的運輸與堆放等，可以使用BIM技術進行施工模擬和吊裝模擬。這不僅可以減少實際作業中的難題，還可以提前調整方案，降低損失。⑤構件深化圖設計。基于標準化預制構件，BIM模型可以對建筑構件進行信息化表達，進一步細化和完善設計[1]。⑥整體信息管理與優化。依托于BIM技術，可以優化方案設計，充分發揮信息管理手段的優勢，貫穿于建筑的全生命周期。通過建立三維建筑信息模型，可以及時發現潛在的不足，從而提高施工效率和質量。

3 BIM技術在裝配式建筑結構設計中的應用要點

3.1 項目概況

某工程項目位于市中心區域，總建筑面積約為26萬㎡，其中地上建筑面積約為18萬㎡，地下建筑面積約為2萬㎡。本工程項目是由6棟高層住宅和2棟高層公寓組成的高層住宅小區，總建筑高度為66.7 m，建筑層數分別為7層、11層、12層以及15層，主要功能是提供居住。

本工程項目設計方案中將裝配式混凝土結構作為主體結構，各構件按照設計要求，在工廠預制完成，然后再將其運至施工現場進行安裝施工。本工程項目屬于高層住宅小區，屬于裝配式建筑結構設計中的高層住宅類型。在本工程項目設計過程中采用BIM技術，取得了良好的效果。

3.2 BIM軟件選擇

BIM技術主要是以計算機軟件為基礎，對工程項目進行三維建模。因此，在進行 BIM技術應用時，要對 BIM軟件進行科學選擇，才能發揮 BIM技術的優勢。當前，常用的 BIM軟件有 Revit、廣聯達等。Revit是目前較為主流的 BIM軟件之一，Revit具有專業的建模功能，可以實現裝配式建筑結構設計中的結構模型構建、碰撞檢查等工作。

在本工程設計中采用了廣聯達設計軟件，此種軟件是 BIM技術應用較為廣泛的軟件之一，其主要功能是將建筑工程中各專業的設計圖紙進行整合，構建三維建筑模型[2]。在對建筑工程進行建模時，可以通過廣聯達模型對不同專業之間的協同設計進行有效指導，避免出現各專業之間出現沖突和矛盾。

3.3 BIM建模方法的選擇

BIM技術常用的建模方法主要分為4種：正向設計、逆向設計、基于模型的方法以及協同設計。每種建模方法都有其獨特的特點和優勢。大體積、大規模裝配式建筑工程，結構較為復雜，影響設計效果的因素比較多。因此在設計過程中，為保證模型的準確性與完整性，采用基于BIM技術的正向設計方法。BIM建模方法可以通過相關軟件或插件實現三維建模，并可將模型中的構件信息實時反饋給設計人員，從而使設計人員可在施工前及時對所建模型進行調整，保證裝配式建筑結構設計質量[3]。

在進行裝配式建筑結構設計時，需結合 BIM技術對構件的尺寸、類型等進行分析，從而確定所建模型的類型。在確定好構件類型后，需要將其應用于施工圖紙中，以方便施工人員進行裝配式建筑結構構件的拼裝。此外，還需對裝配式建筑結構中的連接構件進行分析與研究，確定其類型。在進行裝配式建筑結構設計時，需將其與實際施工情況結合起來考慮，以保證其符合施工要求。

3.4 規范設計流程

雖然在裝配式建筑設計中應用BIM技術具有很多方面的優勢，但在實際設計中為最大限度上發揮出BIM的優勢，還需結合實際情況，規范設計流程，分布設計，BIM技術的應用主要包括以下5個步驟。

3.4.1 前期準備

根據裝配式建筑的特點和結構形式，將 BIM模型建立在相應的軟件上，對模型進行檢查與維護，確保模型符合標準，并將模型導入到相關軟件中。

3.4.2 建立裝配式建筑結構三維模型

裝配式建筑結構三維模型的建立可以有效地反映裝配式建筑結構的空間幾何關系，利用計算機軟件對模型進行修改，達到完善模型的目的。

3.4.3 協同設計

在對裝配式建筑結構立體化設計和修改中設計人員可以將相應的信息導入到 BIM軟件中，如鋼筋、混凝土、預制構件等，并對 BIM軟件進行設置，如定義構件名稱，確定構件的型號和特點，以免出現構件混淆使用情況，保證建筑結構設計質量。

3.4.4 拼裝模型

協同設計完成之后，以設計的標準和要求為基礎，進行BIM設計模型預拼裝處理。各裝配式結構拼裝成一個完整的裝配式結構模型之后，再將其導入到結構分析模型中，對設計好的裝配式結構進行受力分析。在結構模型受力分析中采用了Revit-Structure軟件，借助BIM系統來選擇族結構，再結合實際設計參數和標準要求，對裝配式建筑的設計效果進行分析研究，以快速找到存在的不合理之處，便于開展有針對性的調整。

傳統CAD設計需要投入大量的人力、物力才能完成對整個建筑結構的全面分析[4]。面對復雜、多變的建筑結構時，CAD的局限性尤為明顯。利用BIM技術可有效解決這一問題，只要選擇一個適用于本工程項目的族軟件再按照設計要求對其進行適當的調整和優化，就能對拼裝好的裝配式建筑結構模型進行檢驗和論證。在整個設計全過程中，每個構件都可以清楚、直觀地顯示出材料的特點、種類、來源以及各項參數數據，便于設計人員和業主更加直觀、立體化查看裝配式建筑設計模型。

3.4.5 繪制設計圖

在完成BIM裝配式建筑結構的受力分析和拼裝檢查后，可利用Revit-Structure軟件進行設計圖紙的繪制操作。一旦設計圖紙完成，即標志著所有設計環節的結束。

目前，此軟件所生成的施工圖紙既可以采用傳統的結構平法來表示，也能夠轉化為相應的結構視圖。然而，該軟件在結構鋼筋字體的設置上還存在一些不足，因此需要借助Windows字庫文件中的REVIT_O.ttf字體，將其直接復制到系統C盤/Windows/fonts路徑中。在本工程梁配筋標注中就采用了此種方法，按照裝配式建筑結構的特點以及設計要求， 可自行編輯結構框架標記族來對梁配筋進行詳細標注，需先點擊載入族，再點擊梁標記族模板，最后選擇字段來源，將其添加到梁截面標簽上即可[5]。

3.5 碰撞檢查

案例工程結構較為復雜，裝配式構件比較多，在實際設計中不可避免會出現交叉碰撞問題，為避免影響后期施工中，在設計階段就需要利用BIM技術來對裝配式建筑結構設計效果進行碰撞檢查。

在裝配式建筑結構設計中，BIM技術的碰撞檢測功能扮演著重要角色。該功能可以在施工前進行模型校核清理鏈接，通過運行碰撞檢查系統，可以自動識別模型中的碰撞點。

這種預先的碰撞檢測機制有助于預防硬碰撞和軟碰撞的發生，從而減少在建筑施工階段可能出現的錯誤、損失和返工的可能性。硬碰撞是指實體與實體之間發生交叉碰撞，而軟碰撞則是指實際并沒有碰撞，但間距和空間無法滿足相關施工要求（如安裝、維修等）。此外，還涉及到基于時間的碰撞需求，即在動態施工過程中可能發生的碰撞[6]。

利用BIM技術的三維可視化功能，設計人員能夠以更加直觀的方式了解建筑結構和設備布局。這種可視化方式使得設計人員能夠更好地把握凈空和管線排布方案，從而在早期階段發現并解決潛在的問題。通過碰撞檢查流程，設計團隊能夠確保各個專業之間的協調性，減少在施工階段可能出現的錯誤和遺漏。

3.6 信息傳遞

信息傳遞也是BIM技術所具有的主要功能之一，在裝配式建筑結構設計中應用BIM技術的此項功能，可實現各項信息的快速傳遞，提升共享效率。在裝配式建筑結構設計中，BIM技術的信息傳遞功能具有重要作用。通過建立BIM模型，各階段的信息壁壘可以被打通，從設計、深化設計、構件生產、物流運輸、施工裝配直到運維等全過程的信息可以實現有效傳遞和共享[7]。該技術不僅有助于設計單位和施工單位之間的更好溝通協作，還可以幫助對設計過程做出合理分配，通過對建設過程的三維仿真，結合勞動力和時間資源，實現工期的可控。

4 結束語

綜合理論和實踐的基礎上，探討了BIM技術在裝配式建筑結構設計中的應用。研究結果表明，BIM技術的應用在裝配式建筑結構設計中具有顯著的效果。首先，通過BIM技術，可以實現裝配式建筑結構設計過程中各專業之間的協同，從而提升設計效率與質量。其次，BIM技術可以實現裝配式建筑結構設計中各專業之間的碰撞檢測，有效避免設計過程中出現的不合理、不科學問題。最后，BIM技術可以實現裝配式建筑結構設計中的可視化管理，進一步保障設計質量與效率。因此，BIM技術在裝配式建筑結構設計中具有重要的作用和意義，有助于推動建筑業的轉型升級和高質量發展。

參考文獻

[1] 李乙.BIM技術在裝配式建筑設計中的應用分析[J].工程與建設，2022，36（5）：1295-1297.

[2] 魏錕.BIM技術在裝配式建筑結構施工中的應用探討[J].智能建筑與智慧城市，2022（9）：72-74.

[3] 寧俊.BIM技術在裝配式建筑結構設計中的應用策略研究[J].大陸橋視野，2022（8）：128-129.

[4] 王超偉.BIM技術在裝配式建筑設計中的應用[J].中國建筑裝飾裝修，2022（15）：64-66.

[5] 李洪，周尚奭，何煜.BIM技術在裝配式建筑施工組織設計中的應用：以柳州某裝配式項目為例[J].項目管理技術，2022，20 （7）：83-87.

[6] 劉立超.BIM技術在裝配式建筑深化設計中的應用[J].山西建筑，2022，48（12）：34-37.

[7] 李光耀，陳晨.裝配式建筑結構設計中BIM技術的應用探究[J].中國設備工程，2022（9）：222-225.