探討裝配式建筑設(shè)計(jì)中的BIM方法

陳宗霖

（廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣州 510010）

0 引言

BIM技術(shù)是運(yùn)用建筑工程項(xiàng)目的相關(guān)數(shù)據(jù)信息創(chuàng)建三維立體空間模型。通過創(chuàng)建建筑信息模型，確保建筑工程設(shè)計(jì)與施工的協(xié)調(diào)性，提升工作效率與質(zhì)量。裝配式建筑具有簡(jiǎn)化施工流程，壓縮投資成本等優(yōu)勢(shì)，如圖1所示。但單純依靠傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)方法無法滿足裝配式建筑的設(shè)計(jì)需求。由此，將BIM技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑設(shè)計(jì)中具有重要意義。

圖1 裝配式建筑

1 BIM技術(shù)的基本概念

BIM技術(shù)，主要依靠專業(yè)建模軟件與三維數(shù)字技術(shù)構(gòu)建三維立體空間數(shù)據(jù)模型，通過構(gòu)建三維立體空間數(shù)據(jù)模型，全面表達(dá)建筑工程相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，并同時(shí)利用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)更新與整合，如圖2所示。

圖2 BIM技術(shù)

2 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（1）快速鎖定建筑工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的遺留問題。設(shè)計(jì)人員可以自主開發(fā)設(shè)計(jì)的建筑信息模型中的數(shù)據(jù)信息，并將對(duì)應(yīng)信息輸入到統(tǒng)一的BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫中，之后依靠碰撞功能與自動(dòng)糾錯(cuò)功能，篩選建筑設(shè)計(jì)中的沖突性問題。

（2）在裝配式建筑中，預(yù)制部件的種類與數(shù)量較為繁雜。對(duì)此，利用BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)功能可以確保其他設(shè)計(jì)人員實(shí)時(shí)接收和調(diào)用設(shè)計(jì)中修改的參數(shù)信息。

（3）BIM技術(shù)與裝配式建筑設(shè)計(jì)的有機(jī)整合，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的精細(xì)化設(shè)計(jì)，同時(shí)排除裝備沖突，避免工期延誤和材料過度損耗問題。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用途徑

3.1 戶型設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用

戶型內(nèi)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員要結(jié)合戶型功能需求，在結(jié)構(gòu)庫中篩選對(duì)應(yīng)的戶型結(jié)構(gòu)。同時(shí)，設(shè)備設(shè)計(jì)人員要注重戶型結(jié)構(gòu)與整體建筑結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性，避免預(yù)制構(gòu)件與原有的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生沖突。在戶型設(shè)計(jì)工作中，剪力墻模塊化設(shè)計(jì)至關(guān)重要，與整體設(shè)計(jì)品質(zhì)息息相關(guān)。而采用系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的戶型結(jié)構(gòu)庫，不僅可以提高協(xié)同設(shè)計(jì)效率，還能充分保證模塊化設(shè)計(jì)的精確性。在裝配式建筑工程施工全過程中都可應(yīng)用BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可利用BIM技術(shù)對(duì)施工流程進(jìn)行分解，然后對(duì)各個(gè)分解部分進(jìn)行仔細(xì)分析，進(jìn)而了解建筑工程結(jié)構(gòu)件的尺寸信息、質(zhì)量信息、形狀信息等內(nèi)容，為裝配式建筑施工的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。在裝配式建筑設(shè)計(jì)中，BIM技術(shù)可充分展現(xiàn)出三維設(shè)計(jì)理念以及四維設(shè)計(jì)理念，對(duì)于建筑信息的整合以及施工方案各個(gè)環(huán)節(jié)的整合更加準(zhǔn)確，能夠有效避免施工過程中施工人員與管理人員之間的協(xié)調(diào)問題，同時(shí)還可避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)不匹配、數(shù)據(jù)丟失的問題。設(shè)計(jì)人員在利用BIM技術(shù)進(jìn)行裝配式建筑設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)構(gòu)建建筑工程資源設(shè)計(jì)庫。由于建筑工程資源庫的內(nèi)容比較廣泛，因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)從多角度出發(fā)，對(duì)各類資源構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)一整合，然后再利用BIM技術(shù)對(duì)建筑工程資源庫的信息進(jìn)行管理分層，提升資源構(gòu)件的有序性。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用

3.2.1 預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件

裝配式建筑是標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制構(gòu)件的整體裝配產(chǎn)物。傳統(tǒng)建筑主要依靠平面圖紙進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的加工改造。而基于BIM技術(shù)，可以整合預(yù)制構(gòu)件模型系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件庫的裝配。

3.2.2 可視化設(shè)計(jì)

相比傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)方式，基于BIM技術(shù)的建筑設(shè)計(jì)更加精細(xì)化，且能夠合理應(yīng)用BIM技術(shù)的可視化特征。此外，BIM技術(shù)的人機(jī)交互功能，可以更好的修改建筑設(shè)計(jì)方案。

3.2.3 預(yù)制構(gòu)件拆分

結(jié)構(gòu)構(gòu)件拆分是裝配式建筑設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。通常情況下，建筑圖紙?jiān)O(shè)計(jì)完畢后，方可開展結(jié)構(gòu)構(gòu)件拆分工作。首先，邀請(qǐng)專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行前期策劃，確保建筑設(shè)計(jì)方案滿足實(shí)際需求。之后按照既定的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件拆分，并對(duì)設(shè)計(jì)方案中不合理部分進(jìn)行調(diào)整。其次，在建筑設(shè)計(jì)過程中，BIM技術(shù)對(duì)單個(gè)外墻構(gòu)件具有極大的影響。依靠BIM技術(shù)的可視化功能，可有效調(diào)節(jié)建筑外墻板與構(gòu)件數(shù)量，實(shí)現(xiàn)理想化設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3.3 施工模擬方面的應(yīng)用

在建筑工程施工階段，通過創(chuàng)建三維立體空間數(shù)據(jù)模型，保證各空間要素和時(shí)間要素的精細(xì)化整合，加快創(chuàng)建四維立體空間數(shù)據(jù)模型的進(jìn)程，更加直觀化、精確化的了解各施工階段的具體情況。

而要想實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，設(shè)計(jì)人員就要具備明確的預(yù)見意識(shí)，嚴(yán)格控制裝配式建筑的施工進(jìn)度，合理規(guī)劃施工工序和施工場(chǎng)地。一旦察覺特殊情況，立即進(jìn)行調(diào)整處理。將裝配式建筑施工環(huán)節(jié)的各項(xiàng)復(fù)雜性內(nèi)容進(jìn)行整合，提前開展模擬演練，確保施工人員全面掌握施工環(huán)境以及突發(fā)狀況的處理措施，進(jìn)一步提高建筑工程的施工效率。同時(shí)，基于BIM技術(shù)，創(chuàng)建可視化、互動(dòng)化與共享化平臺(tái)，可以全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)督整個(gè)裝配式建筑的設(shè)計(jì)與施工流程，并且將裝配式建筑的各類多元化信息導(dǎo)入云端操控系統(tǒng)，快速調(diào)取工程信息，增強(qiáng)整體施工精確性。

3.4 BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑的協(xié)同設(shè)計(jì)

3.4.1 編制建筑設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用

在建筑方案設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備階段，基于BIM技術(shù)可促進(jìn)工程裝修、工程設(shè)備與工程架構(gòu)的有機(jī)整合，并且按照預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安裝要求、規(guī)范要求、經(jīng)濟(jì)要求與可執(zhí)行性要求完成設(shè)計(jì)。在方案設(shè)計(jì)過程中，將安全技術(shù)作為基準(zhǔn)依據(jù)，深入到建筑立面、平面與剖面的設(shè)計(jì)工作中，提升模板應(yīng)用效率，加快集成進(jìn)度。在平面施工過程中，促進(jìn)墻面與地板的整合，滿足建筑立面設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)，依托專業(yè)協(xié)同性，保證建筑設(shè)計(jì)的合理性。

3.4.2 編制設(shè)計(jì)方案初期階段的應(yīng)用

在建筑工程方案設(shè)計(jì)初期階段，要加強(qiáng)各專業(yè)基礎(chǔ)工作的有機(jī)整合，深化設(shè)計(jì)工作。且選擇合理的建筑裝飾材料，編制完整的外立面設(shè)計(jì)方案，促進(jìn)墻面設(shè)計(jì)方案、地板設(shè)計(jì)方案和立面設(shè)計(jì)方案的協(xié)同規(guī)劃，保證整體建筑立面設(shè)計(jì)效果。在提前預(yù)制的墻面構(gòu)件中，應(yīng)充分考慮強(qiáng)、弱電箱位置、開關(guān)位置與管線走向。在建筑工程裝修設(shè)計(jì)中，編制完整的工程設(shè)計(jì)圖紙?；贐IM技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行檢查，并以此為基礎(chǔ)，保證建筑工程設(shè)計(jì)圖紙的可行性。

3.4.3 編制施工圖紙階段的應(yīng)用

在建筑工程施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段，以預(yù)先完成的設(shè)計(jì)工作作為基礎(chǔ)，進(jìn)一步深化設(shè)計(jì)工作。針對(duì)各專業(yè)的基本需求，促進(jìn)構(gòu)件制作廠、裝飾廠與材料廠的協(xié)調(diào)配合。與現(xiàn)澆架構(gòu)相比，裝配式建筑結(jié)構(gòu)以建筑工程設(shè)計(jì)文件作為基礎(chǔ)保障，完成連接部位構(gòu)造圖與墻面構(gòu)件圖的參數(shù)組合。此外，設(shè)計(jì)人員要嚴(yán)格履行職責(zé)，保證預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)圖紙的完整性與合理性，滿足建筑工程設(shè)計(jì)的基本需求。

3.4.4 BIM技術(shù)在裝配式建筑戶型內(nèi)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

在裝配式建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)時(shí)，為保證戶型內(nèi)設(shè)計(jì)的整體效果，應(yīng)結(jié)合戶型功能要求出發(fā)，科學(xué)選擇對(duì)應(yīng)戶型，明確戶型結(jié)構(gòu)布置特征，優(yōu)化裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，選定設(shè)備模塊后，應(yīng)用BIM技術(shù)開展戶型內(nèi)設(shè)計(jì)。在這一過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)做好各方協(xié)調(diào)工作，尤其是要做好設(shè)備與建筑、結(jié)構(gòu)戶型之間的良性協(xié)調(diào)，保證構(gòu)件處理的妥善性，一旦構(gòu)件之間出現(xiàn)碰撞，會(huì)嚴(yán)重影響裝配式建筑戶型內(nèi)設(shè)計(jì)效果。也就是說，在應(yīng)用BIM技術(shù)開展裝配式建筑戶型內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注重三個(gè)要點(diǎn)：①科學(xué)劃分戶型內(nèi)功能區(qū)；②妥善布置受力構(gòu)件；③保證設(shè)備協(xié)調(diào)無碰撞，基于這三點(diǎn)出發(fā)，可順利開展戶型內(nèi)設(shè)計(jì)工作。對(duì)于裝配式建筑設(shè)計(jì)來說，戶型內(nèi)設(shè)計(jì)的高效開展，是剪力墻體系模塊化設(shè)計(jì)的重要前提，若想要保證裝配式建筑設(shè)計(jì)的整體效果，就必須要高度重視戶型內(nèi)設(shè)計(jì)工作，保證其標(biāo)準(zhǔn)化，通過戶型庫的科學(xué)運(yùn)用，改善協(xié)同設(shè)計(jì)成效，促進(jìn)剪力墻體系模塊化的順利實(shí)現(xiàn)。

3.4.5 BIM技術(shù)在裝配式建筑戶外設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

戶外設(shè)計(jì)主要包括裝配式結(jié)構(gòu)的構(gòu)成、裝配式建筑對(duì)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(jì)需求，在三維模型當(dāng)中模擬裝配結(jié)構(gòu)構(gòu)成的流程，同時(shí)觀測(cè)各結(jié)構(gòu)之間是否存在力學(xué)結(jié)構(gòu)不合理、強(qiáng)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(rèn)處理措施的有效性；在裝配式建筑對(duì)周邊環(huán)境的影響方面，因?yàn)檠b配式建筑施工同樣會(huì)面臨不規(guī)則沉降的問題，針對(duì)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(duì)此進(jìn)行處理。另外，裝配式建筑施工還可能對(duì)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(jìn)行調(diào)節(jié)，避免兩者出現(xiàn)沖突。

4 結(jié)束語

綜上所述，將BIM技術(shù)拓展應(yīng)用到裝配式建筑工程設(shè)計(jì)中，依靠三維立體空間數(shù)據(jù)模型，可以進(jìn)一步優(yōu)化工程設(shè)計(jì)方案，保證整體建筑工程設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性。