裝配式建筑中BIM模塊化設(shè)計方法的應(yīng)用研究

張崴

摘要：裝配式建筑作為近期再度興起的建造類型，應(yīng)用中首先由生產(chǎn)廠家預(yù)先生產(chǎn)建筑構(gòu)件，進行初裝修之后直接在建筑場地內(nèi)將各配件相互搭建，再采用相應(yīng)的工藝來進行連接即可。此建筑方式具有成本低、效率高、工作量小的優(yōu)點。但在應(yīng)用此建筑方式時，需要重視結(jié)構(gòu)設(shè)計、各構(gòu)件連接等問題，如果設(shè)計不當，不但會影響建筑的美觀，還可能影響建筑的質(zhì)量。而傳統(tǒng)方式的工作效率較低，同時因為人工能力所限，很容易出現(xiàn)設(shè)計不合理的問題，因此在現(xiàn)代視角下，利用BIM技術(shù)來幫助設(shè)計具有一定的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑；BIM技術(shù)；模塊化設(shè)計

1建筑信息模型BIM與裝配置建筑的特點

BIM是由各建筑信息結(jié)合而成的建筑模型。在BIM技術(shù)支持下所建立的建筑物模型具有虛擬化的特點，但卻能夠全面的反應(yīng)與建筑參數(shù)等有關(guān)的真實信息。而裝配式建筑為新型建筑模式的一種，要求于施工前預(yù)制工程所需的構(gòu)件。施工時，將構(gòu)件相互組合以形成建筑物。與傳統(tǒng)建筑相比，裝配式建筑的施工效率更高，拆卸更加方便，應(yīng)用價值更加顯著。由于BIM技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化型及可出圖性等優(yōu)點。將BIM技術(shù)與當前裝配式建筑設(shè)計方法相結(jié)合，可以形成適應(yīng)裝配式建筑的基于BIM的模塊化設(shè)計方法。其方法可以實現(xiàn)復(fù)雜預(yù)制構(gòu)件節(jié)點的三維模型，方便生產(chǎn)和施工人員對設(shè)計圖紙的讀圖，實現(xiàn)信息在設(shè)計與生產(chǎn)、施工之間的完整傳遞；可以實現(xiàn)上下游企業(yè)及各專業(yè)之間的信息協(xié)調(diào)，還可以進行各專業(yè)機構(gòu)之間的設(shè)計協(xié)調(diào)，完成構(gòu)件之間的無縫隙結(jié)合；可以使技術(shù)人員按照施工組織計劃進行施工模擬，完善施工組織計劃方案，實現(xiàn)方案的可實施性。

2裝配式建筑中BIM技術(shù)功能

2.1三維建模功能

在BIM技術(shù)功能體系當中，三維建模功能是此項技術(shù)的核心技術(shù)之一，其主要能夠依照輸入的數(shù)據(jù)、參數(shù)、信息等進行三維建模，使數(shù)據(jù)等能夠立體展示，體現(xiàn)出較高的直觀性。在三維建模工作當中，設(shè)計人員可以直觀的了解到模型當中的缺陷，例如結(jié)構(gòu)位置是否合理、管線綜合是否有影響等，之后還可以直接在模型模型上進行調(diào)整，同時繼續(xù)觀測調(diào)整后模型的狀態(tài)直至設(shè)計達到合理為止。

2.2系統(tǒng)計算功能

設(shè)計的合理與否，除了涉及結(jié)構(gòu)的位置以外，還與結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、強度有關(guān)，在BIM技術(shù)之下，其系統(tǒng)自帶多種數(shù)學(xué)模型，能夠結(jié)合設(shè)計數(shù)據(jù)，對設(shè)計中各結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、強度進行計算，設(shè)計人員同樣能夠?qū)Υ诉M行觀測，結(jié)構(gòu)力學(xué)體系是否合理，此舉有助于建筑設(shè)計的質(zhì)量。此外，在設(shè)計人員對模型進行調(diào)整之后，BIM技術(shù)系統(tǒng)依舊會對調(diào)整后的結(jié)構(gòu)力學(xué)體系進行計算，說明BIM技術(shù)的應(yīng)用價值較高。

2.3模擬功能

就裝配式建筑施工流程來說，其裝配結(jié)構(gòu)制造的每一步都可能造成工程質(zhì)量的下滑，所以為了避免制造工藝問題帶來的負面影響，在BIM技術(shù)之下，能夠模擬每項制造工藝的標準化運作，對其中參數(shù)、指標、位置等進行模擬，同時人工可以在一旁不斷的進行調(diào)試，保障各項制造工藝的參數(shù)都達到合格標準。

3裝配式建筑中BIM模塊化設(shè)計方法的應(yīng)用

3.1戶內(nèi)設(shè)計

建筑設(shè)計師根據(jù)戶型的功能要求來選擇相對應(yīng)的戶型，結(jié)構(gòu)設(shè)計師根據(jù)戶型的結(jié)構(gòu)布置從結(jié)構(gòu)庫中選擇相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)戶型，設(shè)備設(shè)計師根據(jù)戶型的功能及結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案選擇設(shè)備模塊，同時設(shè)備設(shè)計師與建筑、結(jié)構(gòu)戶型進行協(xié)調(diào)，避免發(fā)生構(gòu)件之間的碰撞。簡而言之，設(shè)計師要完成戶型內(nèi)功能區(qū)的劃分、受力構(gòu)件的布置和設(shè)備的無碰撞協(xié)調(diào)。戶型內(nèi)的設(shè)計是剪力墻體系模塊化設(shè)計的基礎(chǔ)，是模塊化設(shè)計過程中的工作量最大的環(huán)節(jié)，標準化、系列化的戶型庫可以提高協(xié)同設(shè)計的效率，為模塊化設(shè)計精確的實施奠定基礎(chǔ)。

3.2戶外設(shè)計

戶外設(shè)計方面，主要包括了裝配式結(jié)構(gòu)的構(gòu)成、裝配式建筑對周邊環(huán)境的影響、裝配式結(jié)構(gòu)之間的應(yīng)力。在裝配式結(jié)構(gòu)的構(gòu)成方面，主要依照設(shè)計需求，在三維模型當中模擬裝配結(jié)構(gòu)構(gòu)成的流程，同時觀測各結(jié)構(gòu)之間是否存在力學(xué)結(jié)構(gòu)不合理、強度等問題以及其各自產(chǎn)生的原因，之后通過商討得出相應(yīng)的處理措施，再通過BIM技術(shù)模擬處理措施，確認處理措施的有效性；在裝配式建筑對周邊環(huán)境的影響方面，因為裝配式建筑施工同樣會面臨不規(guī)則沉降的問題，針對此類現(xiàn)象，可以通過BIM技術(shù)建模的分析，了解建筑整體結(jié)構(gòu)與地基的力學(xué)關(guān)系，如果力學(xué)關(guān)系顯示不規(guī)則，那么就可能出現(xiàn)不規(guī)則沉降，需要對此進行處理。另外，裝配式建筑施工還可能對周邊環(huán)境的中的線路造成影響，通過BIM技術(shù)的模擬功能，能夠?qū)Υ诉M行調(diào)節(jié)，避免兩者出現(xiàn)沖突；在裝配式結(jié)構(gòu)之間的應(yīng)力方面，主要是指建筑結(jié)構(gòu)本身的應(yīng)力結(jié)構(gòu)，因為在傳統(tǒng)裝配式設(shè)計工作當中，很容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計上的不合理，導(dǎo)致裝配結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不足，而在BIM技術(shù)之下，通過系統(tǒng)計算功能，能夠?qū)崟r了解到裝配結(jié)構(gòu)當前位置的應(yīng)力，再結(jié)合施工需求，即可得知當前設(shè)計結(jié)構(gòu)是否合理。

3.3標準層設(shè)計

標準差設(shè)計主要是將戶型之間的功能進行完善，一個完整的建筑層應(yīng)包含戶型、樓梯間、電梯間、前室、走廊、空調(diào)板、水暖井等，另外還包括其他非標準構(gòu)建。這些設(shè)計內(nèi)容均反應(yīng)出了空間占用率規(guī)劃、功能性設(shè)計、裝修設(shè)計的問題。在BIM模塊化設(shè)計之下，設(shè)計人員能夠根據(jù)需求標準，對這些設(shè)計內(nèi)容進行調(diào)整設(shè)計。以樓梯間為例，樓梯間的設(shè)計質(zhì)量主要包括了樓梯間距、應(yīng)力結(jié)構(gòu)、整體長度與寬度等，在此基礎(chǔ)上采用BIM技術(shù)對樓梯進行標準化建模，通過不斷的調(diào)整即可實現(xiàn)合理的樓梯間設(shè)計方案。

3.4建筑整體協(xié)同設(shè)計

建筑整體協(xié)同設(shè)計是指設(shè)計師將設(shè)計好的建筑標準層、首層、設(shè)備層等完成后，通過添加連接各層的構(gòu)件及其他附屬構(gòu)件組成完整的建筑系統(tǒng)設(shè)計過程，也是將斷續(xù)的層功能通過構(gòu)件形成一棟功能完整的建筑，并保證一棟建筑內(nèi)部建筑、結(jié)構(gòu)及設(shè)備之間準確的協(xié)調(diào)性。從建筑師角度看，基于BIM的協(xié)同設(shè)計有利于建筑師把更多的精力投入到方案設(shè)計中，優(yōu)化整體設(shè)計方案，提高方案的競爭力；從社會和業(yè)主的角度看，協(xié)同的思想促進了業(yè)主與建筑師之間的互動，提高了決策的科學(xué)性和準確性，為項目投資建設(shè)的圓滿完成提供了有力保障。

4結(jié)束語

目前裝配式建筑在建筑中所占的比例正在逐漸加大，施工對構(gòu)件及鋼筋等設(shè)計水平的要求顯著提升。未來，建筑領(lǐng)域應(yīng)將BIM技術(shù)應(yīng)用到該類型建筑的設(shè)計與施工過程中，以之為基礎(chǔ)，采用模塊化設(shè)計方法，設(shè)計各建筑結(jié)構(gòu)，最終將其組裝，以提高建筑的施工質(zhì)量和效率。

參考文獻：

[1]基于BIM的裝配式建筑集成建造系統(tǒng)[J].于龍飛，張家春.土木工程與管理學(xué)報.2015（04）.

[2]淺析BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用價值[J].許釗.中國住宅設(shè)施.2018（07）.

（作者單位：中國建筑設(shè)計咨詢有限公司）