BIM技術(shù)在裝配式建筑深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

劉業(yè)金

【摘要】裝配式建筑大力推行的背景下，深化設(shè)計(jì)工作面臨新的挑戰(zhàn)，出現(xiàn)了不少新的問題，文章從項(xiàng)目實(shí)際入手，分析了BIM技術(shù)在深化設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用路徑，其目的是為使運(yùn)用BIM技術(shù)的深化設(shè)計(jì)質(zhì)量效益充分體現(xiàn)，進(jìn)而推動(dòng)裝配式建筑行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù);裝配式建筑;深化設(shè)計(jì)

1、引言

2016年2月發(fā)布的《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》中指出，力爭(zhēng)用10年左右時(shí)間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到30%。2017年住房城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)的《“十三五”裝配式建筑行動(dòng)方案》中明確重點(diǎn)任務(wù)之一就是全面提升裝配式建筑設(shè)計(jì)水平，建立適合建筑信息模型（BIM）技術(shù)應(yīng)用的裝配式建筑工程管理模式，推進(jìn)BIM技術(shù)在裝配式建筑規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、裝修、運(yùn)行維護(hù)全過(guò)程的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)項(xiàng)目全生命周期數(shù)據(jù)共享和信息化管理。由此可以看出，中國(guó)的預(yù)制建筑正處于積極推進(jìn)發(fā)展的階段，國(guó)家層面對(duì)預(yù)制建筑的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)也正在逐步提高，BIM 技術(shù)在裝配式建筑信息傳遞中起到了集成融合的作用。通過(guò)數(shù)字化賦能，創(chuàng)建可視化建造信息平臺(tái)，豐富了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工的信息化全過(guò)程應(yīng)用。采用BIM技術(shù)的應(yīng)用，使預(yù)制混凝土構(gòu)件深化設(shè)計(jì)更一目了然，降低設(shè)計(jì)意圖的理解難度，并能通過(guò)BOM表自動(dòng)統(tǒng)計(jì)材料用量，從而在構(gòu)件的生產(chǎn)材料采購(gòu)、構(gòu)件的生產(chǎn)細(xì)節(jié)精度把控、構(gòu)件儲(chǔ)運(yùn)的合理排布、施工現(xiàn)場(chǎng)的碰撞避讓等方面均起到積極作用。

2、設(shè)計(jì)流程

2.1 ?施工圖模型搭建與專業(yè)碰撞檢查

利用 BIM 技術(shù)和經(jīng)圖審的圖紙，建立項(xiàng)目全專業(yè)的建筑信息模型。與采用CAD軟件所繪制的傳統(tǒng)二維圖紙不同，BIM技術(shù)所創(chuàng)建的建筑模型是三維的，且建筑、結(jié)構(gòu)、水電等專業(yè)信息數(shù)據(jù)具有動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)。在創(chuàng)建模型的過(guò)程中，對(duì)其中某一信息進(jìn)行改動(dòng)時(shí)，整個(gè)模型參數(shù)會(huì)同步發(fā)生改變，這樣避免了傳統(tǒng)圖紙的修改，專業(yè)不同步更新的困難。各專業(yè)間的碰撞可以在正式進(jìn)行構(gòu)件拆分設(shè)計(jì)前完成，從而避免拆分設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問題，再修改設(shè)計(jì)，循環(huán)往復(fù)的耽誤進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)工效的節(jié)約。目前深圳及湖南均開展了模型圖審的實(shí)踐探索，這對(duì)裝配式建筑來(lái)說(shuō)，是創(chuàng)新，也是將BIM技術(shù)的應(yīng)用充分前置，為深化設(shè)計(jì)工作開展創(chuàng)造更加便利條件。

2.2 ?構(gòu)件拆分與優(yōu)化設(shè)計(jì)

常見的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件有疊合梁、框架柱、內(nèi)外墻板、疊合樓板、陽(yáng)臺(tái)、樓梯、飄窗及空調(diào)板等。BIM 模型建立以后，為形成可進(jìn)入工廠制造的構(gòu)件，需要將模型進(jìn)行拆分。在前述搭建的 BIM模型基礎(chǔ)上拆分構(gòu)件，可以使項(xiàng)目更具有連貫性，從而避免數(shù)據(jù)信息的缺省。通過(guò)構(gòu)件拆分可以更清楚的展示構(gòu)件之間的搭接關(guān)系，對(duì)于一些節(jié)點(diǎn)也更容易觀察。構(gòu)件拆分的原則是盡量減少構(gòu)件種類與數(shù)量。構(gòu)件形狀復(fù)雜，在后期加工制作階段一方面模具的成本會(huì)比較高，另一方面產(chǎn)量效率相對(duì)低下，容易導(dǎo)致項(xiàng)目建造成本增高。構(gòu)件拆分后可以對(duì)構(gòu)件進(jìn)行細(xì)節(jié)上的優(yōu)化，比如同跨度進(jìn)深的疊合板在人工拆分下，可能會(huì)出現(xiàn)不同板寬的情況，而采用BIM技術(shù)可迅速查詢同板寬的板塊數(shù)，及時(shí)調(diào)整板寬，減少模具規(guī)格類型，彌補(bǔ)人工不足之處。BIM技術(shù)人員應(yīng)從深化設(shè)計(jì)角度出發(fā)，通過(guò)不斷優(yōu)化技術(shù)運(yùn)用水平與工藝控制措施，來(lái)使裝配式建筑在所處行業(yè)中的功能效果發(fā)揮出來(lái)，進(jìn)而推動(dòng)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程[1]。

2.3 ?深化設(shè)計(jì)

根據(jù)Revit軟件的建模特點(diǎn)，以族作為單位，將系統(tǒng)族、標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件族、內(nèi)建族等族文件輸入，以加以組合，從而提高模型搭建效率。對(duì)于構(gòu)件的預(yù)制，可將不同埋件（水電安裝、結(jié)構(gòu)固定、預(yù)制拆卸）、不同構(gòu)件類型的外輪廓、不同鋼筋彎曲錨固形式，作為一種族文件。如墻板的類型，按圖集可分為帶窗洞口、不帶洞口、帶門洞三種，均能搭建可編輯參數(shù)。再以鋼筋族文件的繪制為例，可以按照鋼筋在構(gòu)件中的存在形狀，同時(shí)創(chuàng)建可編輯的彎折角度與規(guī)格等參數(shù)，來(lái)確定參照平面。以組合狀態(tài)構(gòu)建邏輯關(guān)系的各種族文件，就能在較短的時(shí)間更趨高效地完成裝配式建筑的構(gòu)件深化設(shè)計(jì)。再如在對(duì)無(wú)洞口內(nèi)墻墻板進(jìn)行BIM建模過(guò)程中，因內(nèi)墻板主要由混凝土、鋼筋、水電預(yù)埋件組成。為此，BIM技術(shù)深化設(shè)計(jì)人員就可將水平筋、拉筋、水電預(yù)埋等作為族文件。對(duì)于內(nèi)墻的實(shí)體模型構(gòu)建，可將參數(shù)化外輪廓邊線、墻板厚度，作為基礎(chǔ)，并確定混凝土標(biāo)號(hào)、參照平面為族文件。這樣一來(lái)，內(nèi)墻的鋼筋、水電預(yù)埋件、混凝土族文件繪制，就更高效便捷。為實(shí)現(xiàn)裝配式建筑各個(gè)專業(yè)之間的協(xié)調(diào)，作為共享信息載體的建筑信息模型，可通過(guò)插入、提取、更新與修改模型中的信息數(shù)據(jù)。

將構(gòu)件進(jìn)行可視化拆分并按照國(guó)家規(guī)范圖集標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行連接構(gòu)造的設(shè)計(jì)，生成構(gòu)件加工詳圖。構(gòu)件加工詳圖可以完整的將構(gòu)件的信息表達(dá)清楚，例如鋼筋信息（規(guī)格、形狀、級(jí)別）、模具規(guī)格、水電安裝預(yù)埋定位等，實(shí)現(xiàn)與預(yù)制構(gòu)件加工廠的全要素對(duì)接。將建筑模型分派給各專業(yè)設(shè)計(jì)人員，相應(yīng)設(shè)計(jì)人員對(duì)自己的專業(yè)部分進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行細(xì)節(jié)修改。由此可見，BIM技術(shù)在裝配式建筑施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工作中的運(yùn)用，能夠有效提高設(shè)計(jì)效率且能通過(guò)提取信息，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)的BOM表信息提取，及時(shí)采購(gòu)加工制作。利用基于BIM設(shè)計(jì)信息的裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件信息化加工（CAM）和MES技術(shù)，將BIM信息直接導(dǎo)入工廠中央控制系統(tǒng)，無(wú)需人工二次錄入，與加工設(shè)備對(duì)接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備對(duì)設(shè)計(jì)信息的識(shí)別和自動(dòng)化加工，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)信息與加工信息無(wú)縫對(duì)接與共享[2]。

2.4 ?施工模擬與碰撞檢查

建立基于項(xiàng)目的BIM全專業(yè)模型，涵蓋建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通和機(jī)電模型，導(dǎo)入專業(yè)軟件，實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)間的碰撞檢查;通過(guò)設(shè)定構(gòu)件或吊裝機(jī)械的運(yùn)動(dòng)路徑，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)碰撞檢查。將檢查結(jié)果反饋給BIM模型，實(shí)現(xiàn)裝配式結(jié)構(gòu)的拆分優(yōu)化，如減少塔吊遠(yuǎn)端構(gòu)件的重量，實(shí)現(xiàn)塔吊的優(yōu)化選型，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑全生命周期的精細(xì)化管理和效益最大化。

通過(guò)施工模擬可以有效的提高施工過(guò)程的流程組織，且對(duì)構(gòu)件的生產(chǎn)及運(yùn)輸堆放提供有效的流水化參考。同時(shí)還可以對(duì)復(fù)雜的梁、柱、墻等水平垂直構(gòu)件交叉部位進(jìn)行施工模擬，對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，避免節(jié)點(diǎn)鋼筋施工期間的碰撞。碰撞檢查檢測(cè)出的鋼筋沖突節(jié)點(diǎn)可以在設(shè)計(jì)階段對(duì)其進(jìn)行改正，減少后續(xù)施工階段返工帶來(lái)的進(jìn)度與造價(jià)損失。

3、BIM技術(shù)在裝配式建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用前景

預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)工作在建筑工業(yè)化產(chǎn)業(yè)鏈中有著舉足輕重的作用，應(yīng)在設(shè)計(jì)初期謀劃預(yù)制率、裝配率等滿足當(dāng)?shù)卣咭蟮臅r(shí)候就介入，避免在構(gòu)件預(yù)制選擇上出現(xiàn)不足，導(dǎo)致二次調(diào)整。從目前全產(chǎn)業(yè)鏈角度來(lái)看，BIM技術(shù)在深化設(shè)計(jì)的應(yīng)用中可以更好整合各專業(yè)、各階段對(duì)裝配式建筑構(gòu)件提出的要求，并可向前后端延伸，從前期拆分的方案設(shè)計(jì)到后期施工建造管理都可使用。目前，BIM技術(shù)在構(gòu)件深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有效提高了設(shè)計(jì)工作效率，完善了設(shè)計(jì)工作整合的準(zhǔn)確性，全方位立體式展現(xiàn)出預(yù)制構(gòu)件在實(shí)際施工中的節(jié)點(diǎn)安裝方式，并且以Revit軟件直接出圖的工作方式擺脫了二維平面繪圖的弊端，更好地利用軟件功效實(shí)現(xiàn)高效快捷的深化設(shè)計(jì)工作[3]。由此可見，BIM技術(shù)在裝配式建筑領(lǐng)域中具有更為廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，通過(guò)深化設(shè)計(jì)這一重要環(huán)節(jié)的牽引作用實(shí)現(xiàn)更多增值。

參考文獻(xiàn)：

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浙江省教育廳科研項(xiàng)目資助（Y201942689）