BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用價(jià)值研究

■季 楠 Ji Nan

(棗莊科技職業(yè)學(xué)院，山東滕州 277500）

裝配型結(jié)構(gòu)作為居民住宅產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)模式已經(jīng)成為當(dāng)今建筑行業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)趨勢(shì)，是圓滿(mǎn)解決建筑領(lǐng)域勞動(dòng)力嚴(yán)重缺乏及環(huán)境損害問(wèn)題的根本性處置路徑。近幾年來(lái)，我們國(guó)家中有多個(gè)省區(qū)已經(jīng)頒布了相應(yīng)的推進(jìn)策略，著力驅(qū)動(dòng)裝配型建筑在我國(guó)的普及和運(yùn)用。我們所言的建筑訊息模型（BIM）具備直觀化、數(shù)字化、統(tǒng)一化等特點(diǎn)，它的結(jié)構(gòu)效能現(xiàn)在已受到建筑領(lǐng)域的廣泛認(rèn)可，被建筑行業(yè)管理系統(tǒng)視為“建筑走向訊息化的最有效實(shí)施路徑”，在我國(guó)各大城市的諸多建筑項(xiàng)目中都不同程度地采取了裝配型建筑結(jié)構(gòu)，其中此類(lèi)工程建設(shè)中的深化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是屬于一個(gè)關(guān)鍵性控制階段，它起到了調(diào)配設(shè)計(jì)與生產(chǎn)施工之間的相互關(guān)聯(lián)性訊息，推進(jìn)實(shí)現(xiàn)前后有效銜接的重要作用。因?yàn)楣こ淘O(shè)計(jì)圖紙并未全面的覆蓋了工程施工中的全過(guò)程，而是僅僅涉及了方案規(guī)劃中的多種施工技術(shù)，并未將施工可能使用的構(gòu)件及其詳細(xì)的制作過(guò)程、基層操作信息等納入其中，因此，其應(yīng)用于裝配型建筑項(xiàng)目的施工過(guò)程中，并不能提供全面而貼切的指導(dǎo)，由此來(lái)說(shuō)還需要對(duì)施工圖紙進(jìn)行更加全面和深入的設(shè)計(jì)，從而更系統(tǒng)的達(dá)到建筑工程施工要求。為在最大程度上解決當(dāng)前我國(guó)裝配型建筑施工設(shè)計(jì)階段所發(fā)生的協(xié)議雙方協(xié)調(diào)困難、設(shè)計(jì)水平偏低、圖紙出錯(cuò)返工費(fèi)用很大的一些問(wèn)題。以我國(guó)南方某城市新區(qū)裝配型建筑工程項(xiàng)目為實(shí)證研究對(duì)象，把BIM這一現(xiàn)代化的高新技術(shù)深入應(yīng)用在我國(guó)裝配型建筑工程結(jié)構(gòu)體的設(shè)計(jì)以及建設(shè)之中，全面搜集施工技術(shù)信息，并將其及時(shí)錄入BIM數(shù)據(jù)模型之內(nèi)，增進(jìn)協(xié)作雙方的緊密溝通與合作，從而達(dá)到優(yōu)化工程設(shè)計(jì)質(zhì)量與施工效率的良好效果。

1 研究工程對(duì)象

1.1 項(xiàng)目綜述

本文所研究的是我國(guó)南方某城市新區(qū)保障房建設(shè)項(xiàng)目，其建筑總面積為53萬(wàn)m2，是由4個(gè)地塊25幢住宅樓所構(gòu)成，其中包含A戶(hù)型22棟B戶(hù)型3棟，重建筑高度維81～97m，它是屬于該市所建造的第一個(gè)裝配型高層建筑工程。

1.2 工程裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

對(duì)于此建筑工程來(lái)說(shuō)，其架構(gòu)主要設(shè)置的是裝配總體型剪力墻。這一結(jié)構(gòu)類(lèi)型決定了其施工過(guò)程所需要的多種構(gòu)件，尤其是預(yù)制式的三明治墻面板、墻體外表層邊角處的模板、墻體外表層的懸掛壁板以及折疊板等等。根據(jù)上述案例介紹可知，該建筑項(xiàng)目主要包含兩大結(jié)構(gòu)，即地下室和樓房，后者主要是指整個(gè)建筑的第一層到第六層。根據(jù)建筑等級(jí)與質(zhì)量需求，二者的施工方式均選定了水泥現(xiàn)澆法。上述分析構(gòu)成了該建筑工程的裝配總體式剪力墻施工結(jié)構(gòu)，其預(yù)制率已經(jīng)超過(guò)了整個(gè)結(jié)構(gòu)的一半。

1.3 建筑項(xiàng)目的BIM技術(shù)應(yīng)用方案

建筑施工項(xiàng)目在正式使用BIM技術(shù)前，找準(zhǔn)此裝配型建筑在應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行深化施工設(shè)計(jì)中的操作難點(diǎn)并給出對(duì)應(yīng)的處置方法，這是實(shí)現(xiàn)成功運(yùn)用的前提條件。在實(shí)施深化設(shè)計(jì)的操作環(huán)節(jié)中，把施工方案與實(shí)際的BIM技術(shù)操作點(diǎn)進(jìn)行緊密的結(jié)合，達(dá)到快捷、協(xié)調(diào)、嚴(yán)細(xì)的BIM設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2 裝配型建筑結(jié)構(gòu)BIM深化技術(shù)設(shè)計(jì)中的操作難點(diǎn)和處置方案

2.1 裝配型建筑結(jié)構(gòu)BIM深化技術(shù)設(shè)計(jì)中的操作難點(diǎn)分析

①對(duì)于建筑工程的具體建設(shè)過(guò)程而言，BIM設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的建設(shè)方案規(guī)劃、施工企業(yè)以及承包單位的聯(lián)系內(nèi)容多，訊息極其耦合。BIM型深化技術(shù)設(shè)計(jì)必須全面整合和處置來(lái)自多方面的工程訊息，其中涵蓋建設(shè)方、施工設(shè)計(jì)、生產(chǎn)企業(yè)、施工單位、配件制作單位等的相關(guān)訊息，且把此類(lèi)彼此密切關(guān)聯(lián)甚至還可能是互相抵觸的工程訊息統(tǒng)一匯集到后續(xù)的深化設(shè)計(jì)當(dāng)中。倘若不具備完整的操作流程及訊息優(yōu)先化準(zhǔn)則，必然在訊息持續(xù)導(dǎo)入的強(qiáng)化BIM設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中造成相關(guān)訊息的重合及雜亂。②BIM模型軟件制圖款式和國(guó)家基準(zhǔn)不相符?，F(xiàn)階段我們國(guó)內(nèi)比較常用的BIM模型軟件是Revit，此軟件在構(gòu)建訊息模型方面較為完善，然而其在制圖規(guī)格方面和國(guó)家內(nèi)部頒布的制圖標(biāo)準(zhǔn)存在著很大的差別性，原因之一是未建立完整的參數(shù)庫(kù)和建筑樣板設(shè)計(jì)的信息系統(tǒng)，之二則歸咎于該設(shè)計(jì)程序內(nèi)的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)較為復(fù)雜，并不能?chē)?yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)予以調(diào)整。對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，BIM在建筑工程施工中的應(yīng)用仍存在較大的弱點(diǎn)，即制圖。③對(duì)于預(yù)制型建筑工程構(gòu)件來(lái)說(shuō)，其需求量高、操作流程十分復(fù)雜，甚至存在較大的重復(fù)性。與其他工程相比，裝配型建筑具有著獨(dú)特的特點(diǎn)，即組成構(gòu)件的技術(shù)參數(shù)的規(guī)范化、基準(zhǔn)化，在開(kāi)展工程的深化設(shè)計(jì)初始階段應(yīng)最大限度地把所有預(yù)制構(gòu)件的品類(lèi)實(shí)施匯總，在滿(mǎn)足工程需求的基礎(chǔ)上盡量減少構(gòu)建的使用數(shù)量。然而，由于機(jī)電設(shè)計(jì)、生產(chǎn)企業(yè)及施工團(tuán)隊(duì)的整體介入，極易導(dǎo)致在一類(lèi)預(yù)制構(gòu)件技術(shù)指標(biāo)條件下衍生出多個(gè)形態(tài)一樣然而存在著細(xì)微差別的施工構(gòu)件[1]。倘若借助于人工手段對(duì)此類(lèi)相近卻也存在一定區(qū)別的工程構(gòu)件實(shí)施BIM建模及制圖過(guò)程，會(huì)發(fā)生很多的重復(fù)性勞動(dòng)過(guò)程，其對(duì)人力資源的利用效率很低。

■圖1 裝配式建筑深化設(shè)計(jì)樣圖

■圖2 預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)流程

■圖3 單幢樓BIM整體模型

2.2 裝配式建筑項(xiàng)目BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)擬定

建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工的復(fù)雜性決定了其過(guò)程必需充分調(diào)動(dòng)技術(shù)人員并做好職責(zé)分工，這也是BIM制圖標(biāo)準(zhǔn)得以形成的關(guān)鍵性基礎(chǔ)。就重合度高的裝配型建筑工程而言其深化技術(shù)設(shè)計(jì)工作具有很大的必要性。嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，有助于推進(jìn)團(tuán)隊(duì)合作及優(yōu)化操作品質(zhì)。

2.2.1 模型拆分操作基準(zhǔn)

為滿(mǎn)足建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)需求，技術(shù)人員可嚴(yán)格根據(jù)專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)BIM信息模型進(jìn)行有效的拆分與整合，這有利于實(shí)現(xiàn)多方協(xié)調(diào)和工程訊息的規(guī)范化傳導(dǎo)，應(yīng)當(dāng)依照建筑項(xiàng)目具體施工狀況擬定滿(mǎn)足專(zhuān)業(yè)化分工、電腦操作標(biāo)準(zhǔn)、能夠增強(qiáng)多個(gè)主體之間的相互配合度的BIM模型拆分與整合計(jì)劃。選取實(shí)踐中存在的建筑工程為案例，將裝配型剪力墻構(gòu)件嚴(yán)格根據(jù)大樓以及各個(gè)樓層的建設(shè)工藝的模式展開(kāi)逐層拆分過(guò)程。顧及到電腦工作性能，模型中所收集的訊息，順著層級(jí)越向上越簡(jiǎn)化，最底部一層的訊息模型則成為涵蓋豐富訊息量的Revit模型，整個(gè)模型即為只涵蓋各子項(xiàng)形態(tài)和重點(diǎn)訊息的輕體式模型[2]。

2.2.2 BIM信息模型深度確定

BIM技術(shù)的應(yīng)用效果與實(shí)施質(zhì)量在一定程度上取決于訊息模型所能夠達(dá)到的深度。需要指出的是，這一深度指標(biāo)應(yīng)根據(jù)施工階段的不同而呈現(xiàn)出不同的狀態(tài)，只有如此，方能切實(shí)滿(mǎn)足不同施工環(huán)節(jié)中的具體要求。對(duì)于裝配型建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，必須整體顧及建筑特性、結(jié)構(gòu)特征、機(jī)電配置、生產(chǎn)加工、施工操作等方面的訊息，故此其模型深度超過(guò)平時(shí)常遇到的施工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的模型深度，應(yīng)當(dāng)對(duì)生產(chǎn)操作訊息做出充分的展示。BIM深化施工技術(shù)設(shè)計(jì)的總體模型深度是在相關(guān)的《居民建筑訊息模型技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)范》中所要求的工程圖模型深度條件下做出的新增內(nèi)容。

2.2.3 協(xié)同檢查內(nèi)容調(diào)整

正如上文所述，裝配型建筑工程的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是一個(gè)包含諸多內(nèi)容、涉及諸多主體的復(fù)雜工作，其需要不同主體的緊密協(xié)調(diào)，在大量訊息持續(xù)涌入的狀態(tài)下，必然會(huì)導(dǎo)致各類(lèi)碰撞問(wèn)題的發(fā)生，其重點(diǎn)涵蓋：①預(yù)制性構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)組裝。在預(yù)制性構(gòu)件的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成之后，在進(jìn)行組裝時(shí)極易發(fā)生構(gòu)件體自身的拼接不合或不匹配等相關(guān)問(wèn)題，尤其是在一些拐角處、標(biāo)高轉(zhuǎn)換部位極易發(fā)生。②施工中預(yù)制型構(gòu)件鋼筋及其埋件的置入。預(yù)制性構(gòu)件設(shè)置時(shí)其埋件的安裝至關(guān)重要，一旦安裝不當(dāng)或不符合要求，就可能對(duì)鋼筋體本身的設(shè)置形成消極作用，影響其設(shè)置的精準(zhǔn)性與規(guī)范性，因此，技術(shù)人員應(yīng)針對(duì)性的改變鋼筋或埋件設(shè)置方位，以嚴(yán)格禁止發(fā)生不同物質(zhì)間的相互碰撞。

2.2.4 BIM深化設(shè)計(jì)制圖基準(zhǔn)

依照國(guó)家建筑基準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖冊(cè)及工程建設(shè)需求，針對(duì)性的繪制形成BIM技術(shù)下的建筑初級(jí)圖紙（圖1）。建筑施工圖紙所采用的種類(lèi)和覆蓋的主體內(nèi)容都給出了具體的限定[3]。

這里以預(yù)制三明治型外墻板為研究目標(biāo)，其中預(yù)制每1個(gè)構(gòu)件最低需要繪制出三類(lèi)圖紙。①模板結(jié)構(gòu)視圖側(cè)重展示預(yù)制構(gòu)件與輔助構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、形狀以及大小、實(shí)際的設(shè)置方位等信息，最重要的包括建筑工程構(gòu)件結(jié)構(gòu)的各種視圖，如主視圖、后視圖、左視圖以及俯視圖等，必要的話(huà)還需展示出構(gòu)件的立體圖。通常情況下，建筑工程構(gòu)件信息表應(yīng)包含其名稱(chēng)、尺寸大小、本體重量、輔件類(lèi)別及需要數(shù)量等相關(guān)訊息[4]。②配筋結(jié)構(gòu)圖。側(cè)重展示預(yù)制性構(gòu)件結(jié)構(gòu)中配筋方面的具體訊息。其涵蓋構(gòu)件配筋結(jié)構(gòu)圖（后視），剖面結(jié)構(gòu)視圖，鋼筋體三維結(jié)構(gòu)圖、鋼筋配置附表（涵蓋鋼筋類(lèi)別編號(hào)、尺寸規(guī)格、消耗數(shù)量、用料配圖等）。③保溫型連接體視圖側(cè)重展示的是預(yù)制三明治墻板中能夠達(dá)到維護(hù)溫度固定不變的相關(guān)配件，展示信息包含了其具體解耦股、大小以及安放位置。重點(diǎn)包含溫度保持型配置件結(jié)構(gòu)圖（后視）、截面圖、保溫配置件匯總表。

3 BIM裝配型建筑深化技術(shù)設(shè)計(jì)的內(nèi)容

3.1 構(gòu)件體結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計(jì)

在具體的深化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，依托和施工團(tuán)隊(duì)的緊密配合，融入生產(chǎn)作業(yè)訊息（圖2），編制出能符合生產(chǎn)作業(yè)需求的BIM訊息模型[5-6]。

3.2 實(shí)體模型調(diào)制

依照模型的拆分準(zhǔn)則，構(gòu)建出A戶(hù)型整裝結(jié)構(gòu)模型及B戶(hù)型整裝結(jié)構(gòu)模型。對(duì)圖3中A戶(hù)型來(lái)說(shuō)，開(kāi)始依托多種施工模型的綜合組合，具體涉及到預(yù)制構(gòu)件、機(jī)電以及水泥澆注模型，最終形成標(biāo)準(zhǔn)化的單層總裝結(jié)構(gòu)；隨后通過(guò)運(yùn)用上述模型和標(biāo)準(zhǔn)層模型，設(shè)計(jì)出該案例中的A戶(hù)型（圖3）[7]。項(xiàng)目中相異層次的模型各自具備與之相對(duì)應(yīng)的BIM應(yīng)用特點(diǎn)。①預(yù)制性構(gòu)件BIM結(jié)構(gòu)模型。單體構(gòu)件技術(shù)設(shè)計(jì)的制圖，輕體化后可用到拼構(gòu)整體模型。②土建水泥澆注模型，機(jī)電結(jié)構(gòu)模型拼構(gòu)整體模型。③標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)整體結(jié)構(gòu)模型碰撞試驗(yàn)，預(yù)制型構(gòu)件體平面布置圖繪制[8-9]。

4 結(jié)語(yǔ)

依托標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件及軟件研發(fā)，能夠減弱BIM技術(shù)在建筑工程應(yīng)用中的主要不足，優(yōu)化應(yīng)用質(zhì)量。①編制了裝配型建筑項(xiàng)目規(guī)劃中的BIM使用規(guī)范，對(duì)BIM信息模型拆分、制圖基等準(zhǔn)確立了定義，推進(jìn)協(xié)調(diào)工作及設(shè)計(jì)品質(zhì)的提升。②立足于Revit程序深入分析了裝配型建筑設(shè)計(jì)中的技術(shù)系統(tǒng)，包含制圖、模型調(diào)配和批量處理等。

（責(zé)任編輯：張 楊）

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