基于BIM的裝配式建筑協(xié)同設(shè)計方法

李尚杰

摘 ? ?要：隨著我國經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，社會在不斷進(jìn)步，為促進(jìn)BIM在裝配式建筑設(shè)計中的應(yīng)用，本文對BIM協(xié)同設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計方法進(jìn)行比較，基于BIM技術(shù)IDM（InformationDeliveryManagement）要求建立PCP協(xié)同設(shè)計概念模型，確定不同設(shè)計階段BIM模型精度，利用參數(shù)化設(shè)計工具Dynamo和StructuralPrecastforRevit對裝配式建筑進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件拆分、鋼筋配置、結(jié)構(gòu)分析，通過實(shí)例驗(yàn)證基于BIM的建筑協(xié)同設(shè)計方法的有效性。

關(guān)鍵詞：BIM;裝配式建筑;協(xié)同設(shè)計

1 ?引言

隨著經(jīng)濟(jì)的增長，建筑行業(yè)的發(fā)展也得到了很大的進(jìn)步。由于城鎮(zhèn)化以及工業(yè)化建設(shè)的推進(jìn)，在無形中也就推動了建筑方面相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中由于涉及到的內(nèi)容多、周期短、建模軟件缺乏，因此尋求一種能夠有效解決以上問題的技術(shù)就顯得十分緊迫。BIM技術(shù)的出現(xiàn)可以讓設(shè)計人員以更加直觀的方式對建筑模型進(jìn)行設(shè)計，并且能夠?qū)δＰ椭写嬖诘囊恍﹩栴}進(jìn)行有效的分析和整改，是實(shí)現(xiàn)裝配式建筑全生命周期設(shè)計的必要條件，最終達(dá)到提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的目的。

2 ?BIM技術(shù)應(yīng)用在裝配式建筑設(shè)計中的優(yōu)勢

現(xiàn)階段，裝配式建筑發(fā)展存在的困境并非表現(xiàn)在技術(shù)層面，而是如何有效整合資源，在資源整合方面需要依賴于現(xiàn)代信息技術(shù)，而BIM技術(shù)恰恰可以有效解決這一問題。當(dāng)前，我國裝配式建筑的產(chǎn)業(yè)鏈并不完整，各個環(huán)節(jié)的技術(shù)以及管理表現(xiàn)出不均衡的特點(diǎn)，比如設(shè)計環(huán)節(jié)的信息無法準(zhǔn)確、高效的傳遞至生產(chǎn)以及裝配環(huán)節(jié)，這就導(dǎo)致在實(shí)際建設(shè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)多種問題，極大的限制了裝配式建筑的發(fā)展。在裝配式建筑中應(yīng)用BIM技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在其可以實(shí)現(xiàn)裝配式建筑全過程的一體化，即從設(shè)計、生產(chǎn)到裝配施工以及后期運(yùn)行維護(hù)，各個環(huán)節(jié)之間可以實(shí)現(xiàn)信息共享，進(jìn)而形成一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈?；诖?，裝配式建筑可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)數(shù)控化、管理信息化、施工集成化，對于裝配式建筑的發(fā)展具有極大的促進(jìn)作用。以往在裝配式建筑設(shè)計階段，主要以二維平面圖紙為主，各個環(huán)節(jié)的信息流轉(zhuǎn)共享均以此為主，這就導(dǎo)致在信息傳遞過程中易發(fā)生信息不對稱問題，進(jìn)而影響到后續(xù)生產(chǎn)以及施工裝配。而在裝配式建筑設(shè)計環(huán)節(jié)采用BIM技術(shù)，最終交付結(jié)果以三維模型為主，同時各個環(huán)節(jié)的工作人員可以利用BIM平臺實(shí)現(xiàn)信息的傳遞，進(jìn)而對設(shè)計模型進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)專業(yè)信息的共享。此外，還可以使用navisworks軟件做碰撞測試，檢測模型設(shè)計中存在的沖突，及時發(fā)現(xiàn)其中存在的矛盾。

3 ?基于BIM的裝配式建筑協(xié)同設(shè)計實(shí)現(xiàn)

3.1 ?BIM模型交付標(biāo)準(zhǔn)

協(xié)同設(shè)計的關(guān)鍵工作是各確定模型設(shè)計深度和精度。按GB/T 51301—2018《建筑信息模型設(shè)計交付標(biāo)準(zhǔn)》裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件各專業(yè)BIM模型精細(xì)度如表2所示。裝配式建筑主設(shè)計主要分為四個階段：（1）方案設(shè)計。結(jié)構(gòu)工程師介入，模型精細(xì)度為LOD200。根據(jù)建筑布局初步確定結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行構(gòu)件拆分、預(yù)拼裝模擬，配合業(yè)主和建筑設(shè)計師進(jìn)行方案可行性評估;（2）初步設(shè)計。暖通設(shè)備工程師介入，模型精細(xì)度為LOD300，完成構(gòu)件的土建、鋼筋、設(shè)備、管線布設(shè)等信息;（3）施工圖及深化設(shè)計。對節(jié)點(diǎn)連接等內(nèi)容進(jìn)行深化及補(bǔ)充建模，達(dá)到LOD400的要求，進(jìn)行碰撞檢查、施工模擬、施工圖設(shè)計優(yōu)化;（4）施工階段。模型精細(xì)度為LOD500，要求模型中包含以實(shí)際施工工藝為主的時間、成本、采購、加工及運(yùn)輸?shù)裙こ坦芾韮?nèi)容。

3.2 ?裝配式建筑的前期策劃

在傳統(tǒng)的設(shè)計模式里，各專業(yè)的深化設(shè)計呈線性關(guān)系，上游完成了一個階段才會遞進(jìn)到下游，出現(xiàn)問題時不能及時有效地反饋，各方信息相對閉塞。而各個牽涉到的專業(yè)不同側(cè)重點(diǎn)也不同，因此最后的落地成果往往也會出現(xiàn)偏差。這就需要在設(shè)計前期對整個建筑的設(shè)計做好前期統(tǒng)籌策劃，基于裝配式建筑的特點(diǎn)，為凸顯其模塊化特點(diǎn)，節(jié)省建造成本，前期項(xiàng)目策劃對預(yù)制裝配式建筑的實(shí)施起到十分重要的作用，設(shè)計單位應(yīng)在充分了解項(xiàng)目定位、建設(shè)規(guī)模、產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)、成本限額、外部條件等影響因素的情況下，制定合理的技術(shù)路線，提高預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化程度，并與建設(shè)單位共同確定技術(shù)實(shí)施方案，為后續(xù)的設(shè)計工作提供設(shè)計依據(jù)。具體的策劃可以從以下三個角度展開：（1）美學(xué)理念，基于裝配式的工藝，構(gòu)件單元將更復(fù)合化與專業(yè)化，結(jié)構(gòu)功能、裝飾功能、使用功能得以有機(jī)統(tǒng)一。而裝配式建筑的設(shè)計美學(xué)更多地強(qiáng)調(diào)于功能單元的創(chuàng)意式尺寸參數(shù)設(shè)計和單元間的多樣組合。（2）經(jīng)濟(jì)性思考，裝配式建筑施工的成本構(gòu)成中，主要包含模具制作、車間加工和調(diào)運(yùn)安裝。而在建筑設(shè)計中，細(xì)節(jié)尺寸的凌亂極易導(dǎo)致上述三項(xiàng)成本的大幅增加。而對于異型建筑，傳統(tǒng)施工方法極難達(dá)到理想效果，但運(yùn)用裝配式技術(shù)就完全可以實(shí)現(xiàn)。因此，裝配式建筑在方案設(shè)計階段，就需要將裝配式建筑特有的模數(shù)化及模塊化理念納入設(shè)計前期策劃中。（3）專業(yè)協(xié)同，裝配式建筑的設(shè)計難點(diǎn)，在項(xiàng)目方案基本確定后耗時最長的各專業(yè)和各方深化設(shè)計的過程中，主要在于需要反復(fù)進(jìn)行方案的調(diào)整。因?yàn)?，裝配式建筑是集設(shè)計、生產(chǎn)、施工、裝修和管理為一體的集成化建筑，從設(shè)計到施工運(yùn)營的各個階段都需要建筑結(jié)構(gòu)、構(gòu)件生產(chǎn)、暖通、給排水、機(jī)電和裝修等專業(yè)設(shè)計人員共同配合工作。

3.3 ?精細(xì)化設(shè)計降低裝配式建筑的設(shè)計誤差

因?yàn)轭A(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜性，施工圖經(jīng)常遇到墻、管等情況，以往結(jié)構(gòu)設(shè)計方法設(shè)計的圖紙，即使是二維圖紙，上面的問題是不容易找出來的。在施工的時候，問題就會暴露出來，結(jié)構(gòu)碰撞發(fā)生后，建設(shè)單位不得不要調(diào)整施工方案，避開碰撞的地方，這樣就會導(dǎo)致使用的建筑材料增多，拖慢了施工進(jìn)度，最終導(dǎo)致項(xiàng)目不能按時完成。BIM軟件就不會出現(xiàn)這個問題，有了三維模型后，模型會被軟件自動檢測、評審，模型設(shè)計中存在的問題歸納為一起，設(shè)計人員收到問題信息后對設(shè)計方案進(jìn)行整改、修正。整改、修正完畢，BIM軟件又重新檢測、評審三維模型，并再次提示錯誤，如此反復(fù)多次，直到所有問題都得到解決。例如，在預(yù)制房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，經(jīng)常發(fā)生管線布置自身及與結(jié)構(gòu)構(gòu)件碰撞，這是因?yàn)榻ㄖ芫€種類多，有給排水管、強(qiáng)弱電線等，裝配式構(gòu)件又具有預(yù)制性及模塊性，管道與結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)是很難實(shí)現(xiàn)的，但BIM軟件可以檢測管道位置是否正確，如果軟件檢測到有碰撞等異常情況時，系統(tǒng)就會有出錯的提示，在監(jiān)理人員的充分參與下完成分析過程，能夠促使管線更加優(yōu)化、結(jié)構(gòu)構(gòu)件更加安全合理，降低裝配式建筑的設(shè)計誤差。

4 ?結(jié)語

裝配式建筑是建筑業(yè)轉(zhuǎn)型的方向，BIM技術(shù)是促進(jìn)裝配式建筑實(shí)施的有效平臺和方法，基于BIM的參數(shù)化集成設(shè)計方法有助于裝配式建筑設(shè)計模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，參數(shù)化設(shè)計可以極大提高設(shè)計效率，有助于設(shè)計方案的優(yōu)化比選。本文采用的基于Dynamo的構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計方法，仍屬于弱參數(shù)化應(yīng)用，如何在BIM平臺下以PCP概念模型為切入點(diǎn)，建立不同結(jié)構(gòu)形式的裝配式建筑參數(shù)化設(shè)計平臺是未來研究的重點(diǎn)。

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