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

李光耀，陳晨

（濰坊市建筑設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，山東 濰坊 261205）

裝配式建筑工程現(xiàn)已成為我國建筑行業(yè)中的一大主體類型，運用裝配式開展施工建設(shè)不僅能簡化工序，還能有效避免工期延誤等問題出現(xiàn)，施工安全及施工質(zhì)量也能得到有效保障。但開展施工建設(shè)前，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性及合理性是必須要保障的，這是確保各環(huán)節(jié)工序能得以緊密銜接、各項計劃施工工藝能得以準(zhǔn)確落實的根本所在，且將與最終施工建設(shè)質(zhì)量掛鉤。將BIM技術(shù)運用到裝配式建筑施工中后，建筑工程的設(shè)計方案將以建模這一直觀的形式展現(xiàn)給相關(guān)工作人員，這種可視化的效果能幫助相關(guān)人員在開展施工前根據(jù)實際需求調(diào)整項目結(jié)構(gòu)或工序設(shè)計，進(jìn)而保障后續(xù)施工的準(zhǔn)確性與有序性。

1 簡析BIM技術(shù)的特點及優(yōu)勢

BIM技術(shù)能幫助施工方整合建筑工程建設(shè)中維護(hù)、運營、設(shè)計及施工等多方面的內(nèi)容，并以數(shù)字化可視技術(shù)予以展現(xiàn)，將BIM技術(shù)運用到裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中能有效提升收集處理材料的效率?？傮w來看，BIM技術(shù)具備可視化、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性三方面的顯著特點。

（1）傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計具備一定的抽象性。工作人員會將所需建設(shè)項目的整體設(shè)計描繪在圖紙上，施工人員需借助觀察圖紙，結(jié)合自身想象展開建設(shè)。這種工作模式具備一定抽象性，而將BIM技術(shù)運用其中之后，以往抽象化的設(shè)計思路將以更為直觀的形式來展現(xiàn)。將施工設(shè)計方案轉(zhuǎn)換為可視化的三維立體模型，其清晰性和直觀性都得到了極大限度的提升；其次，在以往的項目實際建設(shè)過程中，裝配式建筑的設(shè)計復(fù)雜性較高，無論是前期設(shè)計生產(chǎn)環(huán)節(jié)，還是運輸存放環(huán)節(jié)，或是后續(xù)施工環(huán)節(jié)，各項工作的協(xié)調(diào)性是必須要保障的，這是提升建設(shè)效率的關(guān)鍵。將BIM技術(shù)運用到施工設(shè)計中后，各部門間的溝通聯(lián)系會更加緊密，能夠借此來解決大多專業(yè)建設(shè)問題。且施工人員往往會在建設(shè)環(huán)節(jié)進(jìn)行工程優(yōu)化，BIM技術(shù)可借助構(gòu)建模型來為施工人員提供建筑物建設(shè)過程中產(chǎn)生的各項信息，幫助工作人員優(yōu)化復(fù)雜工程。

（2）工程施工人員可借助BIM技術(shù)來分析建筑構(gòu)件的類型和使用方式，各項建筑材料的信息都能利用BIM技術(shù)來儲存調(diào)用。運用BIM技術(shù)直觀清晰地將建筑材料及幾何尺寸呈現(xiàn)出來，能便于工作人員理解。尤其是在設(shè)計結(jié)構(gòu)節(jié)點等內(nèi)容等，建筑施工單位可借助BIM技術(shù)分析各項建筑構(gòu)件的運用方式和具體用處，針對墻、板等方面的設(shè)計進(jìn)行直觀解釋。在BIM技術(shù)未投入使用前，工作人員若想深入分析結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，就必須展開模型構(gòu)造，但模型構(gòu)件中諸多復(fù)雜數(shù)據(jù)材料的掌握難度較高，而運用BIM技術(shù)以模型方式展示建筑結(jié)構(gòu)，能極大限度地縮減理解難度。且BIM技術(shù)所具備的協(xié)調(diào)性特點還能推動各部門間的合作分工，減少設(shè)計施工過程中各項問題的產(chǎn)生頻率，達(dá)成整體性和層次性。

2 BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運用

2.1 提升設(shè)計效率

傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)施工設(shè)計圖是以平面圖的形式來呈現(xiàn)的，是一種二維圖紙。以往的建筑工程人員往往會由某一關(guān)鍵節(jié)點繪制三維圖，借此來拆分細(xì)化建筑結(jié)構(gòu)，幫助施工人員理解。但這種定點式的分離方法，無法直觀區(qū)分預(yù)制結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆構(gòu)件，也無法對某一部分展開整體設(shè)計及布局優(yōu)化。而BIM軟件可繪制出各種專業(yè)圖紙，根據(jù)事先導(dǎo)入的數(shù)據(jù)，對建筑結(jié)構(gòu)展開預(yù)制設(shè)計，將2D平面設(shè)計圖轉(zhuǎn)換為3D表達(dá)形式，以具備高度可視性的三維模型來幫助建筑工程負(fù)責(zé)人員直觀分析建筑設(shè)計圖紙中的問題，并展開針對性的調(diào)整。

圖1是某裝配式建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置圖。相較于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方式而言，這種借助BIM軟件繪制的三維模型會更為準(zhǔn)確化，設(shè)計效率也會更高，施工進(jìn)度和返工次數(shù)都能得到有效掌控。以BIM技術(shù)繪制的三維模式具備高度可視化，施工人員可在施工前借此模擬實體建筑，提前發(fā)現(xiàn)并糾正設(shè)計錯誤，進(jìn)而使得建筑模型能逐漸契合于建筑項目的實際情況，在確保項目設(shè)計準(zhǔn)確無誤的前提下展開施工。

圖1 裝配式結(jié)構(gòu)布置

2.2 減少設(shè)計誤差

預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計具備高度復(fù)雜性，施工圖中經(jīng)常遇到墻體及管道布置不合理的問題，借助傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法所設(shè)計的圖紙精細(xì)化低，上述問題難以及時找尋。施工圖紙中的問題無法及時調(diào)整，當(dāng)投入施工建設(shè)環(huán)節(jié)后，各類設(shè)計問題才會暴露，這就使得工程進(jìn)度不得不中斷，需再次調(diào)整施工方案。但這會使得施工建筑材料的耗費量上漲許多，施工進(jìn)度也會無法順利推進(jìn)，最終將導(dǎo)致工期延誤。將BIM軟件運用到預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計中后上述問題便可得以有效解決，相關(guān)工作人員可借助BIM軟件來自動檢測設(shè)計圖紙中的問題，借助審評三維模型來模擬實際施工環(huán)境，依據(jù)其中暴露出的問題，歸攏整改信息，及時修正設(shè)計方案，并將完善后的圖紙信息導(dǎo)入BIM軟件展開二次檢測，直至軟件不再報錯，方可投入施工。

如在開展預(yù)制房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計時，建筑管線的種類繁多，強弱電線和排水管等都是需要格外注意的，而裝配式構(gòu)件本身具備鮮明的預(yù)制性和模塊性，要想?yún)f(xié)調(diào)好管道和結(jié)構(gòu)絕非易事。但工作人員可借助BIM軟件來檢測各管道的布置位置是否合理，如若軟件檢測到存在各類異?，F(xiàn)象將會報錯，進(jìn)而有針對地優(yōu)化管線布置，提升結(jié)構(gòu)構(gòu)件預(yù)制的安全合理性，切實降低裝配式建筑設(shè)計環(huán)節(jié)產(chǎn)生的誤差。

2.3 提升預(yù)制構(gòu)件設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化和協(xié)調(diào)化

標(biāo)準(zhǔn)化的原則為簡化、統(tǒng)一、系統(tǒng)、通用、模塊、組合。在裝配式建筑設(shè)計過程中，為確保預(yù)制構(gòu)件可共用模板，達(dá)到節(jié)約成本的目的。傳統(tǒng)項目規(guī)劃中常見到互為鏡像式的樓棟相互拼接，但裝配式建筑項目運用最多的是平移式的關(guān)系。借助組合化及模塊化對單一構(gòu)件進(jìn)行變化，借助一種構(gòu)件或多種構(gòu)件的巧妙排列組合使之呈現(xiàn)不同變化形式，并將其反應(yīng)在建筑戶型、立面及使用功能上。

運用BIM軟化繪制整合三維模型，能夠直觀觀察各構(gòu)件的布局情況，并分析各類構(gòu)件間的位置關(guān)系。裝配式建筑工程的相關(guān)負(fù)責(zé)人員還可借助BIM這一三維協(xié)同環(huán)境，提升設(shè)計、施工及機電安裝等各環(huán)節(jié)工作的協(xié)調(diào)性與高效性，并對裝配件及管線進(jìn)行優(yōu)化布置，提升其合理性及利用率。將BIM技術(shù)運用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中能確保各設(shè)計人員集思廣益地共同完成設(shè)計任務(wù)，并整合匯總各項數(shù)據(jù)信息，提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體協(xié)同性。通過建設(shè)數(shù)據(jù)庫將各項數(shù)據(jù)信息整合于同一數(shù)據(jù)處理平臺，實現(xiàn)信息共享。

2.4 提升結(jié)構(gòu)設(shè)計的可視化

BIM模式不僅可供工作人員審查不同學(xué)科的設(shè)計，還可借助三維可視化來幫助相關(guān)人員分析其中存在的問題，進(jìn)而實現(xiàn)多學(xué)科間的協(xié)同化作業(yè)。土建施工過程中，各施工人員可在BIM軟件上輸入所運用各構(gòu)件的信息，進(jìn)而準(zhǔn)確開展施工澆筑及安裝。項目參與者可充分利用其可視性，來把握建筑工程的整體設(shè)計布局，深入分析設(shè)計細(xì)節(jié)。

圖2為建筑結(jié)構(gòu)的可視化設(shè)計圖，運用BIM技術(shù)作出上述圖紙之后，設(shè)計者可借此來分析裝配式構(gòu)件、管線等的設(shè)計是否合理，針對其中存在的問題及時加以解決，確保最終設(shè)計結(jié)果能得到各方的滿意。

圖2 建筑結(jié)構(gòu)可視化設(shè)計

2.5 提升各項建筑數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性

預(yù)制構(gòu)件房屋竣工后，應(yīng)在驗收環(huán)節(jié)對房屋資料展開復(fù)核，確保其建設(shè)質(zhì)量能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，確保房屋建筑具備安全性。借助傳統(tǒng)式的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方式來建造預(yù)制構(gòu)件房屋時，需在竣工驗收環(huán)節(jié)花費大量時間。這主要是由于這項建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜性過高，且其中涵蓋大量數(shù)據(jù)信息，這就使得計算工作變得極為繁雜，出錯也是無法避免的。且一旦發(fā)生錯誤便需重新計算，工作人員也常在此環(huán)節(jié)產(chǎn)生意見分歧，驗收階段所耗費的時間和精力都是巨大的。在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的全過程中運用BIM技術(shù)，能有效解決上述竣工驗收數(shù)據(jù)核算問題，將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的各項數(shù)據(jù)資料整合于BIM軟件之中，并為各項目設(shè)置專項數(shù)據(jù)庫，工作人員便可借助BIM系統(tǒng)來查閱各項資料的準(zhǔn)確性，并以此為驗收階段的理論憑證。

2.6 提升尺寸及布置設(shè)計的科學(xué)性

運用BIM技術(shù)設(shè)計生成建筑圖紙時，設(shè)計人員可借助所獲取的建筑剖面圖及平面圖來掌握建筑物各類材料的尺寸信息，如鋼筋等重要材料。信息化技術(shù)手段的運用可強化裝配式建筑中鋼筋材料的設(shè)計效果，相關(guān)人員可借助BIM技術(shù)來分析所需用到的鋼筋材料數(shù)量及各項參數(shù)，為整體布局設(shè)計打造良好基礎(chǔ)。如在設(shè)計預(yù)制梁鋼筋時，設(shè)計人員需對梁跨中后澆帶的縱筋實施切開處理，進(jìn)而開展后續(xù)澆筑工作，為其他施工環(huán)節(jié)提供極大便利。設(shè)計分析梁段的最大值時，需對箍筋實施加密處理，分析設(shè)計所需的鋼筋、箍筋數(shù)量及箍筋間的相互距離。工作人員可借助BIM技術(shù)展開模擬分析，對各項復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并分析設(shè)計情況是否與實際需求相符，有效提升設(shè)計科學(xué)性。

而作為裝配式建筑設(shè)計中的另一重要部分，預(yù)埋件的布置也是極為關(guān)鍵的，需借助嚴(yán)密的拆分來提升整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的詳細(xì)準(zhǔn)確性，確保其布置具備高度科學(xué)性及合理性。為達(dá)成這一設(shè)計目標(biāo)，并有效提升現(xiàn)場施工作業(yè)的開展質(zhì)量，需提前對預(yù)制埋件的各內(nèi)嵌展開科學(xué)設(shè)計。選擇設(shè)計方式時需及時調(diào)整優(yōu)化預(yù)制墻柱、鋼板等各項關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的參數(shù)，確保整體參數(shù)設(shè)計能得以良性銜接，借助BIM技術(shù)以智能化的形式獲取各項參數(shù)信息能提升預(yù)埋件布局的合理性。如在進(jìn)行裝配式墻體的設(shè)計時，可借助BIM技術(shù)來實現(xiàn)參數(shù)創(chuàng)建共享，詳細(xì)展示各材料尺寸。運用砌塊處理工藝時，可借助BIM技術(shù)自動計算所需使用的砂漿量，明晰砌塊過梁位置及數(shù)量，對整體工程建設(shè)中所需的預(yù)埋件數(shù)量及位置布置展開科學(xué)分析，并完成各項技術(shù)參數(shù)的儲存。實際施工過程中各項參數(shù)會發(fā)揮出極為關(guān)鍵的作用。

3 結(jié)語

總而言之,將BIM技術(shù)運用到裝配式建筑設(shè)計中是極為必要的。建筑工程負(fù)責(zé)人員可借此來優(yōu)化各項建筑細(xì)節(jié)，借助BIM技術(shù)的可視化特點來展開模擬分析，集中展示各項結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容的最終建設(shè)效果，確保其建設(shè)質(zhì)量能得到可靠保障。因此，廣大設(shè)計人員需加強對BIM技術(shù)的運用，切實提升我國建筑設(shè)計質(zhì)量。