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

劉立超

(安徽晶宮綠建集團(tuán)有限公司，安徽 阜陽(yáng) 236112)

1 概述

裝配式建筑作為一種新型建筑，因其工廠生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)安裝的建造方式，可有效解決環(huán)境污染及勞動(dòng)力短缺等問(wèn)題，大幅度提高建筑質(zhì)量，已成為未來(lái)建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，近十年來(lái)，國(guó)務(wù)院及全國(guó)多個(gè)省市已發(fā)布相關(guān)政策，倡導(dǎo)、鼓勵(lì)、要求發(fā)展裝配式建筑[1]。

建筑信息化技術(shù)(BIM技術(shù))，具有可視化、集成化、參數(shù)化等優(yōu)勢(shì)，已逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)CAD技術(shù)，因其可以應(yīng)用在裝配式項(xiàng)目的不同階段，除了 BIM 軟件構(gòu)建信息管理的應(yīng)用，也可以擴(kuò)大其他領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)，包括其中虛擬現(xiàn)實(shí)施工技術(shù)、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，三維激光掃描、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)設(shè)備、云計(jì)算。應(yīng)用 BIM 集成技術(shù)將建設(shè)終端網(wǎng)站，將是一個(gè)重要的工程實(shí)踐和創(chuàng)新。目前多個(gè)城市已將BIM技術(shù)的使用作為投標(biāo)及裝配率計(jì)算的加分項(xiàng)。

裝配式建筑相比傳統(tǒng)建筑多了深化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)與構(gòu)件生產(chǎn)間起到了承上啟下的作用，傳統(tǒng)施工圖只包含設(shè)計(jì)階段的信息，無(wú)相關(guān)構(gòu)件的拆分及具體尺寸，構(gòu)件廠無(wú)法用其直接指導(dǎo)生產(chǎn)，需對(duì)施工圖進(jìn)一步深化設(shè)計(jì)，達(dá)到指導(dǎo)生產(chǎn)與現(xiàn)場(chǎng)施工的要求。因預(yù)制構(gòu)件對(duì)圖紙的精確性及各專業(yè)的協(xié)同性要求較高，目前已逐步引入BIM技術(shù)作為深化設(shè)計(jì)的主要工具，且取得了良好的使用效果[2-3]。

預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)是工業(yè)化住宅實(shí)施關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是工業(yè)化住宅優(yōu)于傳統(tǒng)住宅最集中的體現(xiàn)，集合了不同專業(yè)需求。目前工業(yè)化建筑合同模式下的構(gòu)件深化設(shè)計(jì)主要由構(gòu)件廠作為牽頭人，由構(gòu)件廠完成，即設(shè)計(jì)單位完成項(xiàng)目施工圖后，由構(gòu)件廠將需求整合后，結(jié)合構(gòu)件自身生產(chǎn)工藝需求后，完成深化設(shè)計(jì)任務(wù)。

2 蕪湖市晶宮江南府項(xiàng)目

2.1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目占地面積為61 201 m2，總建筑面積為158 715.47 m2,地上建筑面積122 359.27 m2，地下建筑面積36 356.2 m2，容積率為1.998，共計(jì)16棟高層住宅，3棟配套公共建筑，裝配率達(dá)55%以上(見(jiàn)圖1)。地塊需配建建筑面積不小于1 500 m2社區(qū)服務(wù)中心、建筑面積不小于2 000 m2菜市場(chǎng)及其他相關(guān)配套；戶型面積為70 m2,90 m2,110 m2三種戶型。

裝配式建筑構(gòu)件類型主要包括預(yù)制保溫外墻板、預(yù)制保溫外剪力墻板、預(yù)制混凝土隔墻、預(yù)制混凝土內(nèi)剪力墻板、預(yù)制混凝土PCF板、鋼管桁架預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板、預(yù)制疊合陽(yáng)臺(tái)、預(yù)制空調(diào)板、預(yù)制樓梯、預(yù)制梁等。

2.2 項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)流程

2.2.1 模型深度確定

模型深度是BIM技術(shù)應(yīng)用的基本，在項(xiàng)目的不同階段，對(duì)模型深度有不同的要求，在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，模型深度較低。在深化設(shè)計(jì)階段，需綜合考慮建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、暖通、給排水等多個(gè)專業(yè)的協(xié)同，反映實(shí)際生產(chǎn)、施工信息，并根據(jù)對(duì)應(yīng)的模型制作施工指導(dǎo)動(dòng)畫。根據(jù)GB/T 51301—2018建筑信息模型設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)可知，其模型單元分級(jí)及精度等級(jí)劃分如表1，表2所示。

表1 模型單元的分級(jí)

表2 模型精細(xì)度基本等級(jí)劃分

2.2.2 模型拆分

基于項(xiàng)目實(shí)際情況和計(jì)算機(jī)硬件性能，按照不同專業(yè)對(duì)項(xiàng)目模型進(jìn)行拆分和整合，使信息更加方便高效的傳遞，有助于后期項(xiàng)目的各方協(xié)同。以本文項(xiàng)目為例，將項(xiàng)目按照樓棟-樓層-專業(yè)進(jìn)行拆分，由于項(xiàng)目為住宅，可簡(jiǎn)單分為地下部分、地上現(xiàn)澆層數(shù)、預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)層、頂層，其拆分整體布局為總體模型→某號(hào)樓模型→地下室、標(biāo)準(zhǔn)層、現(xiàn)澆層、頂層，其中標(biāo)準(zhǔn)層包含各類預(yù)制構(gòu)件、施工臨時(shí)構(gòu)造、暖通、機(jī)電、給排水等各類模型。具體模型完成情況如下：

1)地下室模型：本項(xiàng)目地下室為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)單獨(dú)完成后通過(guò)鏈接進(jìn)行各專業(yè)模型拼裝，最后完成模型的查缺補(bǔ)漏。

2)地上現(xiàn)澆層模型：本項(xiàng)目1層～3層為現(xiàn)澆層，主要分為結(jié)構(gòu)部分與建筑部分，實(shí)際建模方法與地下室模型類似。

3)標(biāo)準(zhǔn)層模型：根據(jù)裝配率計(jì)算要求，立足安徽省裝配率計(jì)算要求、工廠生產(chǎn)能力，選擇合適的拆分方案。

2.2.3 深化設(shè)計(jì)

以鋼管桁架疊合板為例。在BIM軟件中(一般采用revit軟件)對(duì)整棟建筑進(jìn)行模型繪制，首先依靠拆分方案，將板按照“少規(guī)格、多組合”的形式進(jìn)行拆分，完成后根據(jù)疊合板尺寸大小進(jìn)行編號(hào)，并根據(jù)板的尺寸進(jìn)行單向板或雙向板的確定，再根據(jù)建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位及構(gòu)件生產(chǎn)單位要求，選定疊合板拼縫形式，本文項(xiàng)目疊合板為密拼縫。針對(duì)疊合板設(shè)計(jì)要點(diǎn)，采用revit中族功能新建一個(gè)參數(shù)化的預(yù)制疊合板族，主要包括板的長(zhǎng)、寬、高、主筋位置及尺寸、分布筋位置及尺寸、鋼管桁架位置及尺寸，基于此族的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變某些參數(shù)可以得到型號(hào)各異的預(yù)制鋼管桁架疊合板。

結(jié)構(gòu)專業(yè)完成設(shè)計(jì)后由建筑、機(jī)電、給排水專業(yè)進(jìn)行機(jī)電管線的布置，并留有孔洞，針對(duì)較大孔洞需進(jìn)行洞口加強(qiáng)，若存在同尺寸板管線位置及洞口大小不一時(shí)，可對(duì)疊合板編號(hào)進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)充，完成疊合板的三維模型后，統(tǒng)一鏈接到模型中進(jìn)行錯(cuò)誤檢查，如碰撞、尺寸偏差等，校準(zhǔn)無(wú)誤后利用BIM軟件自動(dòng)生成圖紙、料表、鋼筋加工表等重要資料。

2.2.4 BIM深化設(shè)計(jì)出圖

裝配式建筑的圖紙包括拆分圖及單個(gè)構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)圖，同型號(hào)構(gòu)件可共用一張圖，因其設(shè)計(jì)范圍小，復(fù)雜程度相比傳統(tǒng)施工圖有所降低，實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化較為快捷，以鋼管桁架疊合樓板為例，需要包含建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、給排水等專業(yè)的施工信息，保證圖紙深度達(dá)到生產(chǎn)及施工要求，其至少需要2張圖：

1)模板圖：主要反映預(yù)制構(gòu)件的尺寸、構(gòu)配件、預(yù)留孔洞、定位、吊點(diǎn)等信息，包括正視圖、俯視圖和右視圖，針對(duì)復(fù)雜構(gòu)件，可根據(jù)實(shí)際情況添加對(duì)應(yīng)的剖面圖。

2)配筋圖：主要包括預(yù)制構(gòu)件的鋼筋信息，包含鋼筋位置、尺寸、型號(hào)以及BOOM表。

3 裝配式建筑BIM技術(shù)深化設(shè)計(jì)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

3.1 協(xié)同工作

項(xiàng)目的深化設(shè)計(jì)需建筑、結(jié)構(gòu)、水電、設(shè)備等多個(gè)專業(yè)完成，同一專業(yè)也需多名設(shè)計(jì)師參與，相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)易存在的錯(cuò)、漏、碰、缺等問(wèn)題，BIM技術(shù)利用工作集和鏈接模型很好的解決此問(wèn)題，即多名設(shè)計(jì)人員可在一個(gè)模型文件上進(jìn)行繪圖，能隨時(shí)觀察到其他專業(yè)的進(jìn)度及構(gòu)件位置、尺寸等信息，合理繪制本專業(yè)圖紙。最終可通過(guò)鏈接模型的方式，將多專業(yè)模型進(jìn)行鏈接歸并，達(dá)到統(tǒng)一的效果，便于檢查錯(cuò)誤及專業(yè)間的干擾。

3.2 視圖關(guān)聯(lián)與料表自動(dòng)生產(chǎn)

在BIM軟件中，通過(guò)對(duì)模型的建立，可做到對(duì)不同視圖(平、立、剖、三維等)的觀察和修改，修改后，其相應(yīng)視圖會(huì)同時(shí)修改，與之對(duì)應(yīng)的料表也會(huì)變更，極大程度的節(jié)約從業(yè)人員工作量，提升圖紙正確率。

3.3 參數(shù)化設(shè)計(jì)

裝配式建筑因?yàn)樘匦?，將建筑分為多種不同尺寸的構(gòu)件，同類構(gòu)件主要區(qū)別在于尺寸的差異，BIM軟件因其自帶參數(shù)化設(shè)計(jì)功能，利用BIM軟件的參數(shù)化功能繪制預(yù)制混凝土構(gòu)件，同類型構(gòu)件只需一個(gè)模板，根據(jù)實(shí)際尺寸填入對(duì)應(yīng)參數(shù)，極大的提升繪圖效率，因軟件已存入相關(guān)規(guī)范，若設(shè)計(jì)人員出現(xiàn)尺寸偏差或結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤時(shí)，可及時(shí)報(bào)錯(cuò)。

3.4 三維圖形與二維圖紙自動(dòng)生產(chǎn)

BIM軟件基于三維成像基礎(chǔ)進(jìn)行圖紙的繪制，可完成模型信息協(xié)同編輯、實(shí)際物體布爾運(yùn)算、參數(shù)化表達(dá)技術(shù)、數(shù)據(jù)保存、大型場(chǎng)景信息組織、外觀渲染等，模型完成后，可根據(jù)設(shè)計(jì)師要求進(jìn)行平面、立面、剖面圖提取，并給予部分插件進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)注，生成施工圖。

3.5 IFC數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)格式

IFC數(shù)據(jù)格式是一個(gè)公開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)，是一種基于數(shù)據(jù)信息模型的對(duì)象文件標(biāo)準(zhǔn)格式，是目前BIM核心軟件中普遍存在的格式。IFC標(biāo)準(zhǔn)的提出為整個(gè)建筑行業(yè)提供了一個(gè)可以描述整個(gè)項(xiàng)目周期數(shù)據(jù)的、不依賴于單一數(shù)據(jù)系統(tǒng)的中間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用在全生命周期的階段之間的信息數(shù)據(jù)傳遞與共享。BIM軟件生成的模型可導(dǎo)出IFC格式文件，便于其他軟件進(jìn)行文件共用，實(shí)現(xiàn)模型信息的多項(xiàng)應(yīng)用[4]。

4 裝配式建筑BIM技術(shù)深化設(shè)計(jì)的應(yīng)用難點(diǎn)分析及解決措施

4.1 存在的問(wèn)題

1)逆向設(shè)計(jì)：目前結(jié)構(gòu)及建筑設(shè)計(jì)最終出圖多為CAD圖紙，深化設(shè)計(jì)人員在拿到圖紙后，若運(yùn)用BIM軟件進(jìn)行翻模出圖，不可避免的要重新建模，增大工作量，且翻模的過(guò)程中可能存在些許錯(cuò)誤，影響后期出圖精度。

2)溝通難：BIM深化設(shè)計(jì)與上游規(guī)劃設(shè)計(jì)單位及下游生產(chǎn)施工單位溝通多，信息量大，參與人員多，溝通復(fù)雜。深化設(shè)計(jì)人員需根據(jù)業(yè)主、設(shè)計(jì)方、構(gòu)件廠、施工單位、預(yù)埋件供貨商等單位進(jìn)行信息交流，將各方要求融入圖紙中，如果缺失統(tǒng)一的流程及信息優(yōu)先級(jí)的約定，導(dǎo)致各方信息及要求存在一定的沖突，為深化設(shè)計(jì)工作帶來(lái)一定的難度，造成圖紙的復(fù)雜及大量的變更[5]。

3)構(gòu)件種類多：同類型構(gòu)件雖然做到標(biāo)準(zhǔn)化，但存在細(xì)微差別，如預(yù)埋件位置、線盒位置、線管走向、正反手等，導(dǎo)致有差別需單獨(dú)出圖，增加圖紙量和深化人員工作量，且上游設(shè)計(jì)單位按傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，未考慮深化設(shè)計(jì)及工廠生產(chǎn)，為后期深化帶來(lái)了一定難度，增加了構(gòu)件數(shù)量和種類，使得企業(yè)生產(chǎn)施工成本增加。

4)模型數(shù)據(jù)傳遞不暢：傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞形式為線性傳遞方式，順序?yàn)椋阂?guī)劃單位→設(shè)計(jì)單位→深化單位→構(gòu)件廠→施工現(xiàn)場(chǎng)，信息傳遞流程慢，準(zhǔn)確度差，若部分問(wèn)題需多個(gè)單位協(xié)同處理，則會(huì)出現(xiàn)互相“踢皮球”現(xiàn)象，嚴(yán)重阻礙項(xiàng)目的推進(jìn)，影響工期。

5)數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一管理與運(yùn)用：目前深化設(shè)計(jì)圖紙及模型多為一個(gè)項(xiàng)目使用，完工后模型及數(shù)據(jù)封存，缺乏對(duì)數(shù)據(jù)的整體利用，針對(duì)不同項(xiàng)目同類問(wèn)題重復(fù)出現(xiàn)，多依靠技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，缺乏可靠的理論依據(jù)，不能形成固定的體系供新人學(xué)習(xí)。相關(guān)技術(shù)總結(jié)、進(jìn)度計(jì)劃安排、質(zhì)量、安全、成本、現(xiàn)場(chǎng)管理等數(shù)據(jù)并未融入模型，并加以利用。

4.2 解決措施

1)正向設(shè)計(jì)：從源頭解決問(wèn)題，項(xiàng)目規(guī)劃階段，采用BIM技術(shù)，后續(xù)設(shè)計(jì)、深化、生產(chǎn)、施工、進(jìn)度、質(zhì)量、成本等各方面信息都在此BIM模型上進(jìn)行細(xì)部添加或相關(guān)信息輸入，為項(xiàng)目收尾做好信息收集，為下個(gè)項(xiàng)目提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，其流程見(jiàn)圖2。

2)整體溝通：利用BIM技術(shù)作為信息平臺(tái)，各參與單位立足于項(xiàng)目整體質(zhì)量、進(jìn)度、安全、成本的角度，在項(xiàng)目實(shí)施前、實(shí)施中、實(shí)施后提出相關(guān)建議并輸入信息平臺(tái)，各參與單位均可在信息平臺(tái)收到信息，并針對(duì)問(wèn)題對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，尋求最優(yōu)的解決辦法，避免單線交流引起的問(wèn)題解決周期長(zhǎng)、難解決等問(wèn)題。

3)優(yōu)化深化設(shè)計(jì)：項(xiàng)目設(shè)計(jì)之處，深化單位上傳相關(guān)構(gòu)件族庫(kù)、構(gòu)件模數(shù)，工廠上傳其生產(chǎn)能力至BIM信息平臺(tái)中，設(shè)計(jì)單位根據(jù)此類相關(guān)信息進(jìn)行設(shè)計(jì)，做到標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化，深化單位在此基礎(chǔ)上做到構(gòu)件的少種類、多組合，為生產(chǎn)單位節(jié)約模具成本。

4)信息利用：項(xiàng)目實(shí)施前，根據(jù)已有圖紙及模型，對(duì)項(xiàng)目成本做到細(xì)致的預(yù)算，實(shí)施過(guò)程中，利用BIM模型及平臺(tái)，對(duì)資金的投入、質(zhì)量的把控、管理的措施、安全的針對(duì)防護(hù)做到全面細(xì)致的掌握，并根據(jù)掌握的信息，實(shí)時(shí)更新相關(guān)計(jì)劃，使項(xiàng)目始終處于動(dòng)態(tài)管理中[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)作為一項(xiàng)新型建筑設(shè)計(jì)類工具，因其具有可視性、協(xié)調(diào)性、模擬性、高效性等相關(guān)優(yōu)點(diǎn)，可與裝配式深化設(shè)計(jì)有較深的契合點(diǎn)，目前已逐步推廣，但也存在BIM軟件的文件格式不一致、BIM平臺(tái)投入高、項(xiàng)目信息化程度低等不足之處。立足目前裝配式深化設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：

1)制定深化設(shè)計(jì)的BIM標(biāo)準(zhǔn)，包括模型的建立、拆分、精度等，促進(jìn)協(xié)同設(shè)計(jì)，減少后期圖紙的變更。

2)在實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用中，應(yīng)不局限于出圖、管線碰撞檢測(cè)、預(yù)拼裝、做視頻等功能，應(yīng)對(duì)項(xiàng)目產(chǎn)生的信息加以利用，如項(xiàng)目質(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本等方面的統(tǒng)計(jì)。

3)針對(duì)BIM技術(shù)，從使用工具的角度轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒕C合處理平臺(tái)，BIM技術(shù)單純作為深化設(shè)計(jì)的工具，其優(yōu)勢(shì)僅限于提高出圖效率，應(yīng)向上游設(shè)計(jì)端推廣，下游生產(chǎn)施工端深入，以BIM技術(shù)作為基礎(chǔ)，打造信息化平臺(tái)，掌握施工全流程信息。