建筑產業(yè)化與BIM的3D協(xié)同設計

姬麗苗 張德海 管梽瑜

(沈陽建筑大學BIM中心，沈陽 110168)

1 建筑產業(yè)化

建筑產業(yè)化是以工廠生產的方式來建造房屋建筑，把房屋作為工廠產品，依據統(tǒng)一的結構形式和標準，使用先進的工藝，按專業(yè)分工，集中在工廠進行房屋構配件的大批量生產，然后在施工工地進行機械化組裝。其主要特點是:生產的連續(xù)性、生產部品的標準化、生產過程各階段的集成化、工程的高度組織化、盡可能用機械代替人的手工勞動，生產與組織一體化。建筑產業(yè)化的發(fā)展將取代傳統(tǒng)建造模式向高效率、低能耗、節(jié)能、環(huán)保、現場干作業(yè)、平行設計、平行施工的產業(yè)化模式轉變。

預制裝配式建筑是指用在工廠生產加工的預制構件通過運輸工具運送到工地現場，在施工現場經裝配、連接、部分現澆而成的建筑。它作為建筑產業(yè)化的一種新型結構形式，推進著現代建筑產業(yè)化的快速發(fā)展。

建筑產業(yè)化就是“像搭積木一樣”造房子，它在工程項目建設中以新型的“設計-制造-安裝”模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“設計-現場澆注”。目前，影響建筑產業(yè)化實施存在的問題是不能夠充分協(xié)調設計、制造和安裝過程之間的關系，從而影響工程工期、成本和質量。因此，建筑產業(yè)化的主要任務是協(xié)調好建筑工程項目中預制裝配式結構構件的設計、制造、安裝過程之間的關系。

以下介紹基于BIM技術的3D協(xié)同設計在預制裝配式建筑產業(yè)化中的應用。

2 BIM技術及3D協(xié)同設計

BIM(Building Information Modeling)即建筑信息模型的簡稱，是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，建立三維數字化模型，且為這個模型提供完整的、與實際情況一致的建筑工程信息庫，簡單地說，BIM就是數字化的虛擬建筑，可以用來展示整個建筑生命周期。BIM是一種革命性的技術，它能夠在建筑全生命周期中利用協(xié)調一致的信息，對建筑物進行分析、模擬、可視化、統(tǒng)計、計算等工作。BIM的實現從根本上解決規(guī)劃、設計、施工、運營、維護、拆除各階段信息斷層，實現工程信息在整個建筑生命周期內的有效利用與管理，消除信息傳遞孤島，幫助用戶提高效率、降低成本。

基于BIM的3D協(xié)同設計是利用3D可視化技術建立BIM模型，建筑、結構、設備在同一模型上共享數字化模型信息進行協(xié)同設計，虛擬三維施工模型，完成碰撞檢測，修改碰撞，得到最佳施工方案進行施工協(xié)調，最終完成項目。主要體現在以下幾個方面:設計從2D設計轉向3D設計;從各工種單獨完成項目轉向各工種協(xié)同完成項目;從離散的分布設計轉向基于同一模型的全過程整體設計;從線條繪圖轉向構件布置。協(xié)同設計是BIM的核心，3D建模及模擬是BIM的基礎。

3 基于BIM技術的3D協(xié)同設計在建筑產業(yè)化中的應用

要想做好建筑產業(yè)化，就是要實現混凝土結構的“設計-現場施工”模式向裝配式混凝土結構的“設計-制造-安裝”模式轉變。那么，協(xié)調設計方設計、工廠制造和現場安裝之間的關系是建筑產業(yè)化發(fā)展的首要任務。首先要擺脫裝配式混凝土結構“設計-制造-安裝”中的兩種傳統(tǒng)模式，一是以設計院的構件設計為主導的模式，二是以工廠生產制造為主導的模式。第一種模式的各種構件的設計滿足設計師的構思和多樣化的需求，但沒有充分考慮工廠生產制造和現場安裝的需求，導致構件無法制造、無法安裝，需要修改設計單位設計，而生產制造廠現場待工等料，結果造成誤時誤事的巨大浪費。第二種模式對工期、成本、質量的控制能力比第一種好，但是制造商僅考慮構件生產的高效性導致生產出的構件單一呆板，不能滿足市場對構件多樣化的需求，也不能令業(yè)主滿意。

圖3 基于BIM的3D協(xié)同設計過程

基于BIM的3D協(xié)同設計是以信息主導方法將有效地解決建筑產業(yè)化面臨的技術和管理問題。借助BIM技術，構件在工廠實際開始制造以前，統(tǒng)籌考慮設計、制造和安裝過程的各種要求，設計方利用BIM建模軟件(如Revit)將參數化設計的構件進行建立3D可視化模型，在同一數字化模型信息平臺(圖1)上使建筑、結構、設備協(xié)同工作，并對此設計進行構件制造模擬和施工安裝模擬，有效進行碰撞檢測，再次對參數化構件協(xié)調設計以滿足工廠生產制造和現場施工的需求，使施工方案得到優(yōu)化與調整并確定最佳施工方案。最后施工方根據最優(yōu)設計方案施工，完成工程項目要求(圖2)?；贐IM的3D信息模型一旦出現設計方案與工廠制造、現場施工沖突建筑、結構、設備碰撞沖突，即可在同一參數化信息模型上進行優(yōu)化設計，參數化協(xié)同設計可做到一處參數修改，處處模型同步更新。如此便將構件在工廠制造現場安裝前出現的所有問題都在電腦里進行修改，達到構件設計、工廠生產制造和現場安裝的高效協(xié)調，保障項目按計劃的工期、造價、質量順利完成(圖3)。

4 結論

基于BIM的3D協(xié)同設計利用BIM技術的參數化、協(xié)調性、可視化、模擬性等特點，給建筑產業(yè)化帶來了前所未有的機會。BIM技術的應用為建筑產業(yè)化不但解決了信息創(chuàng)建、管理、傳遞的問題，而且BIM模型、三維圖紙、裝配模擬、采購制造運輸存放安裝的全程跟蹤等手段為工業(yè)化建造方法的普及也奠定了堅實的基礎。

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