裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM 技術(shù)的應(yīng)用研究

劉洋

（廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣州 510060）

1 引言

目前，我國裝配式建筑產(chǎn)業(yè)迎來了發(fā)展的春天，在國家政策強力支持下，產(chǎn)業(yè)、技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域均有長足發(fā)展。隨著裝配式建筑應(yīng)用范圍的不斷拓展，其在工程質(zhì)量管理與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計精度上暴露出一些問題。萌發(fā)于建筑工程實踐的BIM技術(shù)，能夠較為有效地解決當(dāng)下我們所面臨的諸多問題。裝配式建筑產(chǎn)業(yè)得以發(fā)展的核心原因之一在于，通過預(yù)先的結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠滿足建筑工程的空間配置及原料供給。換言之，在裝配式所占比率較高的情況下，某一建筑工程已經(jīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中被事先完成了?？梢姡ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計對于整體建筑工程來說極其重要。鑒于建筑工程建設(shè)過程的多方參與性、工程目的的高效節(jié)約性、生命周期中工程的易改變動性等因素，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計幾乎關(guān)聯(lián)了從建筑工程方案到建筑物拆除的所有環(huán)節(jié)和事項。無論從建設(shè)本身，還是對建筑物事后維護，BIM 技術(shù)在其中的有效應(yīng)用，必然能夠一舉多得，提高工程質(zhì)量效率，同時利于其他與工程相關(guān)作業(yè)的開展。

2 BIM 技術(shù)主要功能與裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

2.1 BIM 技術(shù)應(yīng)用功能與原理

BIM 技術(shù)興起是建筑領(lǐng)域的技術(shù)革命，隨著該項技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，其對于建筑工程的作用與意義是顯著的，通常具有8 項功能。筆者結(jié)合傳統(tǒng)功能定位與分類，認為其功能主要表現(xiàn)為4 個方面：

第一，優(yōu)化工程設(shè)計。BIM 技術(shù)具有可視化的特點，經(jīng)對建筑物物理結(jié)構(gòu)信息的數(shù)字化處理，形成條線與空間的立體多維呈現(xiàn)，有效彌補了人腦想象力的不足。在復(fù)雜建筑工程設(shè)計中，其作用尤為凸顯。此外，可視化功能更利于工程設(shè)計之初的研究探討，實現(xiàn)首端設(shè)計最優(yōu)；更利于前推項目建造等相關(guān)管理環(huán)節(jié)，實現(xiàn)多方廣泛參與互動；更利于對構(gòu)件參數(shù)計算與信息上的把控，實現(xiàn)精準(zhǔn)設(shè)計，進而為高效與高質(zhì)量施工打下堅實的基礎(chǔ)。

第二，精確功能預(yù)判。這源于BIM 技術(shù)的模擬性特征，其可通過4D、5D 技術(shù)，對建筑主要環(huán)節(jié)功能進行模擬，如節(jié)能模擬、緊急疏散模擬、日照模擬、熱能傳導(dǎo)模擬等，突出了建筑功能核心，從而能夠預(yù)先明確今后施工與改進計劃。當(dāng)然，對于控制工程造價、改進最初預(yù)想設(shè)計等亦具有重要作用。可見，BIM 技術(shù)的功能預(yù)判中蘊含著一種透視性的全方位管理理念，其透視性特點能夠?qū)⒔ㄖこ讨械母鳝h(huán)節(jié)進行集成整合，由傳統(tǒng)模式下的概率銜接與應(yīng)然應(yīng)對，轉(zhuǎn)向精確把握與預(yù)先管理。

第三，容錯性較強?；谇笆? 點技術(shù)特征，BIM 技術(shù)的容錯性是較高的。這源于該項技術(shù)本身的流程設(shè)計與設(shè)計的流程性。即在多種因素作用下，具有不斷完善和優(yōu)化的強大能力?；谑┕ぴ颉⑿略O(shè)計要求、新功能要求等主客觀因素的變化，其完全可在原有設(shè)計數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過參數(shù)控制，進而改變、完善原有設(shè)計，并能有效評估相關(guān)“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”（功能預(yù)判特點）。在此基礎(chǔ)上，工程設(shè)計與建設(shè)才敢改、能改、善改，從而實現(xiàn)最優(yōu)的建筑工程效果。

第四，一體化程度較高。不僅預(yù)先設(shè)計了建筑的條、線空間，規(guī)定了建筑所有實現(xiàn)的各種功能，且其設(shè)計貫穿于始終，包括工程項目的整個生命周期。通過三維模型數(shù)據(jù)庫，容納了從設(shè)計到建成使用，甚至是使用周期終結(jié)的全過程信息。

由上述分析可見，BIM 技術(shù)在某種程度上可被稱作建筑工程的“基因”。

2.2 裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析

裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點包括技術(shù)策劃、方案設(shè)計、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計、預(yù)制構(gòu)件設(shè)計、構(gòu)件加工圖設(shè)計、構(gòu)件構(gòu)造節(jié)點設(shè)計7 項內(nèi)容。首先，從設(shè)計的整體性上看，既要明確建筑類型、構(gòu)件種類、構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)、節(jié)點設(shè)計等多方面要素，又要格外注重砌塊、板材、盒式、骨架板材等不同建筑類型在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面的差異。其次，在具體設(shè)計環(huán)節(jié)上，每一個設(shè)計環(huán)節(jié)均有各自較為完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，如技術(shù)策劃中會涉及成本管理、規(guī)模及項目定位等，方案設(shè)計中要平衡性能與組合要素，實現(xiàn)預(yù)制裝配式建筑設(shè)計的系統(tǒng)化和標(biāo)準(zhǔn)化；再如，構(gòu)件加工圖設(shè)計中，不僅要加強與工廠等各方的交流，還需結(jié)合生產(chǎn)運輸以及一般和特殊項目需求，充分考慮預(yù)制裝配式建筑構(gòu)件的臨時設(shè)施安裝問題、管線預(yù)埋問題等。構(gòu)造節(jié)點設(shè)計不僅關(guān)系構(gòu)件自身質(zhì)量，同時是整體工程質(zhì)量的保證。故在實踐中反復(fù)考量并實現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計，以滿足建筑的裝飾、耐久與物理性能。最后，從施工管理角度看，裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計具有較強的流程管理特點，其基于裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的限定，推進集成化設(shè)計、工業(yè)化生產(chǎn)、裝配化施工和一體化裝修。強化技術(shù)策劃首端預(yù)設(shè)與控制功能，并能在技術(shù)操作之余，很好地實現(xiàn)價值層面的意涵，如生產(chǎn)效率、節(jié)能環(huán)保、符合綠色建筑理念等。

如今，社會對裝配式建筑的需求日益增強，要求不斷提高。隨著社會的發(fā)展，相比以往對構(gòu)件精確性、便于施工管理、利用建筑物后期維護等方面提出了更高的要求，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)難以對此做出合理應(yīng)對【1】。通過比較可知，BIM 技術(shù)與裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅在理念、功能、價值方面具有共通性，同時在技術(shù)操作實踐層面亦具有較為完整的契合度。因此，BIM 技術(shù)應(yīng)用在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不僅可為，且大有可為。其具體應(yīng)用必然會在較大程度上促進裝配式建筑設(shè)計不斷完善。

3 BIM 技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體應(yīng)用

一項技術(shù)通常優(yōu)缺點并存，故應(yīng)在具體應(yīng)用中，對其優(yōu)點要用足用盡，對其缺陷或不足要保持警惕。二者結(jié)合與具體應(yīng)用中，筆者認為應(yīng)從以下3 方面予以把握。

3.1 注重流程再造，強化優(yōu)勢互補

基于裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計流程要點和BIM 技術(shù)的信息集成特點，首先界定應(yīng)用范圍，明確應(yīng)用范圍和應(yīng)用程度。筆者認為，應(yīng)從對建筑工程的整體管理入手，立足對整體工程的全面管理，重新打造設(shè)計流程，以最大化發(fā)揮BIM 技術(shù)的優(yōu)化工程設(shè)計、精確功能預(yù)判、多元信息交互等功能，確保二者在互促互進中實現(xiàn)優(yōu)勢互補。首先，要引入數(shù)字化設(shè)計理念，實現(xiàn)各設(shè)計環(huán)節(jié)的智能化；其次，要實現(xiàn)各設(shè)計流程的一體化管理，從設(shè)計策劃到施工建設(shè)完成，要在初始設(shè)計中給予通盤考慮，協(xié)調(diào)各環(huán)節(jié)不同專業(yè)技術(shù)特點，做好協(xié)同設(shè)計，確保各環(huán)節(jié)施工均在設(shè)計中有序開展；最后，要突出發(fā)揮信息交互、反饋及多方參與功能，確保設(shè)計內(nèi)容為多方接受、構(gòu)件設(shè)計符合標(biāo)準(zhǔn)、節(jié)點設(shè)計精準(zhǔn)無誤等。

3.2 明確問題導(dǎo)向，強化具體應(yīng)用

在BIM 技術(shù)應(yīng)用中，要著眼于解決現(xiàn)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題，以問題和發(fā)展為導(dǎo)向，增強短板意識，提高BIM 技術(shù)應(yīng)用的針對性。因我國裝配式建筑技術(shù)起步較晚，現(xiàn)還面臨一些發(fā)展中的問題。具體包括：（1）關(guān)鍵環(huán)節(jié)質(zhì)量控制問題。如鋼筋、套筒、漿錨搭接孔預(yù)埋位置角度不精準(zhǔn)，遺漏節(jié)點與節(jié)點堵塞問題，夾心保溫板拉結(jié)件錨不牢固問題，等等。（2）一刀切問題。如超出裝配式建筑技術(shù)能力范圍，無論什么建筑都搞裝配式，徒增了費用和成本。（3）自身特點與規(guī)律特點突顯不明。如在裝配式建筑設(shè)計施工中，僵化照搬規(guī)范作業(yè)圖或節(jié)點圖，沒有形成科學(xué)的設(shè)計規(guī)范體系，同時，在降低成本、提高工程效率等方面的作用發(fā)揮也不明顯。因此，BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑設(shè)計中時，必須首先直面短板，解決其發(fā)展中的不足問題，進一步深化設(shè)計方案，嚴格關(guān)鍵環(huán)節(jié)質(zhì)量技術(shù)控制，強化對成本、效率、綠色建筑理念在裝配式建筑設(shè)計中的價值體現(xiàn)【2】。

3.3 提升核心能力，強化引帶作用

應(yīng)明確二者手段——目的的關(guān)系，既要明確BIM 技術(shù)的手段工具價值，不應(yīng)在應(yīng)用中對其過分依賴，甚至將BIM 技術(shù)等同于工程設(shè)計本身。同時要警惕BIM 技術(shù)在建筑施工應(yīng)用中存在的問題，并立足裝配式建筑設(shè)計本身發(fā)展，尋找解決問題的方法。具體而言，BIM 技術(shù)有其自身的發(fā)展路徑，其應(yīng)用范圍的廣度與應(yīng)用程度的深度，都不能從根本上解決裝配式建筑設(shè)計自身存在的諸多問題。對于裝配式建筑模型的選擇、點線面空間位置關(guān)系布局、構(gòu)件設(shè)計中人性化設(shè)計方案、構(gòu)件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等問題，還需從設(shè)計施工中找答案。另外，全流程管理理念是BIM 技術(shù)本身無法創(chuàng)設(shè)的，而只能依據(jù)人的管理需要，進而體現(xiàn)技術(shù)的價值。

4 結(jié)語

BIM 技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑設(shè)計中，對裝配式建筑產(chǎn)業(yè)整體具有提質(zhì)、增效的作用，能夠較好地促進裝配式建筑產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。二者的結(jié)合不應(yīng)被局限在個別技術(shù)或流程環(huán)節(jié)上，而應(yīng)注重在更高層面思考BIM 技術(shù)對于裝配式建筑設(shè)計整體流程的功用與價值，惟有如此，才能科學(xué)、合理、客觀地將該項技術(shù)應(yīng)用好，進而發(fā)揮其更大的技術(shù)價值。