BIM在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

李正浩 滕州市善源建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司

1 前言

裝配式建筑核心工藝就是按照構(gòu)件詳圖進(jìn)行采購(gòu)，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的組裝。BIM技術(shù)可確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工狀況與設(shè)計(jì)意圖的一致性。在裝配式建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，工作人員應(yīng)該充分了解BIM技術(shù)的應(yīng)用方案，通過(guò)各種信息進(jìn)行建模分析，從而促進(jìn)建筑工程施工能與建筑設(shè)計(jì)的步調(diào)相一致。建筑企業(yè)應(yīng)該結(jié)合當(dāng)前裝配式建筑項(xiàng)目運(yùn)行情況，將BIM技術(shù)貫穿各個(gè)環(huán)節(jié)，使其與工程有效銜接，充分發(fā)揮技術(shù)的作用及價(jià)值。

2 裝配式建筑與BIM概述

2.1 裝配式建筑

裝配式建筑，是指一種建筑施工技術(shù)手段，將建筑構(gòu)件在工廠中通過(guò)流水化作業(yè)的方式生產(chǎn)預(yù)制出來(lái)，然后直接運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配建筑。相比較傳統(tǒng)建筑施工而言，裝配式建筑建造需要經(jīng)歷設(shè)計(jì)、采購(gòu)、生產(chǎn)構(gòu)件、施工吊裝等多個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)有效、合理、科學(xué)的管理方式進(jìn)行全過(guò)程的管理。

我國(guó)最早引進(jìn)裝配式建筑是在20 世紀(jì)中葉，但是由于形式比較單一，造價(jià)過(guò)高，因此并未投入使用。到了20世紀(jì)80年代，國(guó)內(nèi)住宅在改革開(kāi)放形勢(shì)下進(jìn)行市場(chǎng)化改革，這為裝配式建筑的研究和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。近些年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑行業(yè)呈現(xiàn)出蓬勃的發(fā)展態(tài)勢(shì)，建筑工業(yè)化不斷創(chuàng)新和發(fā)展，再加之國(guó)家綠色生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展理念的深入，裝配式建筑受到各級(jí)政府和建筑行業(yè)從業(yè)者的關(guān)注。

首先，隨著城市化建設(shè)的發(fā)展，高樓林立已成為現(xiàn)今社會(huì)的直觀展現(xiàn)。高層建筑的施工建設(shè)包含高空作業(yè)，這在一定程度上為建筑工程施工帶來(lái)了安全隱患。而裝配式建筑在構(gòu)件預(yù)制環(huán)節(jié)便遵循相關(guān)控制標(biāo)準(zhǔn)，有利于確保構(gòu)件的精密度與質(zhì)量，以及構(gòu)件安裝結(jié)構(gòu)的緊密性，從而提高建筑安裝的穩(wěn)定性。同時(shí)，相關(guān)工作人員多數(shù)依靠現(xiàn)代化、專業(yè)化、機(jī)械化的機(jī)械設(shè)備協(xié)同完成安裝工作，這樣大大降低了安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，進(jìn)一步提高了建筑施工的安全性。

其次，裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求較高，確保了建筑構(gòu)件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。另外，建筑的組裝環(huán)節(jié)需要高質(zhì)量、高素質(zhì)的施工隊(duì)伍，對(duì)建筑方案的設(shè)計(jì)要求也明顯提高，進(jìn)一步保障了裝配式建筑的安全性與穩(wěn)定性。

最后，裝配式建筑在預(yù)制構(gòu)件的環(huán)節(jié)可實(shí)現(xiàn)相關(guān)資源的重復(fù)利用，有效減少施工現(xiàn)場(chǎng)的污染影響，如減輕垃圾污染、降低噪聲污染、減少?gòu)U水污染、規(guī)避粉塵污染及有毒有害廢棄物污染等，從而深入落實(shí)綠色發(fā)展的科學(xué)理念。

2.2 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)全稱建筑信息模型，是指在建筑領(lǐng)域工程項(xiàng)目中，用信息數(shù)字代表相關(guān)建筑的物理特征、功能特點(diǎn)等，并建立信息數(shù)據(jù)模型的一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)。在建筑工程各階段科學(xué)運(yùn)用BIM技術(shù)方法，合理實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息的登記錄入、輸出優(yōu)化、數(shù)據(jù)更新、模型修正等操作，可在一定程度上為建筑項(xiàng)目的有效決策提供基礎(chǔ)保障。

BIM技術(shù)特點(diǎn)主要包括：能夠展現(xiàn)出可視化的模型、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模擬、兼顧多方面協(xié)調(diào)、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案等。對(duì)于能夠展現(xiàn)出可視化的模型，主要可表現(xiàn)為，通過(guò)相關(guān)設(shè)計(jì)師理論設(shè)計(jì)，基于二維圖紙等的參數(shù)信息通過(guò)電子計(jì)算機(jī)加以整合，為相關(guān)企業(yè)或部門(mén)展示出一個(gè)具體可視化的結(jié)構(gòu)模型，能夠最大程度還原工程結(jié)構(gòu)和相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)。

根據(jù)這一特點(diǎn)，在化工工程建設(shè)方面，經(jīng)常會(huì)遇到各種各樣的不可視工程盲點(diǎn)，此刻運(yùn)用BIM技術(shù)就能夠有效解決這一問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑工程建設(shè)人員更好地把握工程進(jìn)度和情況，進(jìn)而做出更好的管理和應(yīng)對(duì)。

對(duì)于兼顧多方面協(xié)調(diào)，在工程設(shè)計(jì)建設(shè)之前，都會(huì)經(jīng)歷招標(biāo)和投資方投資等相關(guān)進(jìn)程，在此過(guò)程中由于參與方較多，各方都有自己的態(tài)度和意見(jiàn)，難免會(huì)產(chǎn)生意見(jiàn)分歧或其他現(xiàn)象，這些在工程設(shè)計(jì)建設(shè)中都是難以避免的。

而在工程設(shè)計(jì)建設(shè)之前能夠很好地運(yùn)用BIM 技術(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)提前對(duì)相關(guān)工程建設(shè)的內(nèi)容和參數(shù)可視化表現(xiàn)出來(lái)，促進(jìn)多方面的協(xié)調(diào)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)裝配式設(shè)計(jì)建設(shè)的正常開(kāi)展具有不可磨滅的影響。對(duì)于BIM技術(shù)同樣具有其他多方面的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，在對(duì)于工程建設(shè)等方面都有著或多或少的重要影響。

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

3.1 提高裝配式建筑設(shè)計(jì)效率

通過(guò)BIM技術(shù)的運(yùn)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)設(shè)計(jì)信息的共享，并深入分析各項(xiàng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，確保在規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠提升整體設(shè)計(jì)效果，為后續(xù)施工的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。除此之外，在實(shí)際建筑設(shè)計(jì)工作執(zhí)行的過(guò)程中，設(shè)計(jì)工作人員需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)進(jìn)行信息傳輸，并以共享平臺(tái)建立完善BIM 技術(shù)的運(yùn)用方案，確保通過(guò)專業(yè)內(nèi)容的上傳實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確高效的主體設(shè)計(jì)，而且在云計(jì)算技術(shù)的幫助下，可以強(qiáng)化對(duì)BIM技術(shù)的運(yùn)用，通過(guò)三維虛擬建模系統(tǒng)優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)，篩選設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，并尋求創(chuàng)新點(diǎn)，減少影響及限制。

3.2 提升裝配式施工的合理性

針對(duì)當(dāng)前裝配式建筑施工，為保證施工的合理性，應(yīng)該做好相對(duì)較為全面的分析，并適當(dāng)?shù)貎?yōu)化與落實(shí)各項(xiàng)工作，遵循各項(xiàng)工作標(biāo)準(zhǔn)，明確整體施工要求，通過(guò)規(guī)劃設(shè)計(jì)將BIM技術(shù)貫穿各個(gè)環(huán)節(jié)。

通過(guò)BIM技術(shù)加強(qiáng)工程管理，需要加強(qiáng)對(duì)渠道與裝配施工管理控制的認(rèn)識(shí)，尤其是專業(yè)規(guī)劃管理，需要針對(duì)方案實(shí)施情況進(jìn)行修正，通過(guò)BIM技術(shù)保證網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的穩(wěn)定化發(fā)展，專業(yè)化設(shè)計(jì)工作人員應(yīng)該掌握充分整體設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并適當(dāng)?shù)貎?yōu)化與落實(shí)，通過(guò)BIM技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)一步規(guī)劃問(wèn)題，最大限度保證裝配式建筑設(shè)計(jì)深化的安全性及穩(wěn)定性。

3.3 裝配式建筑信息集成化

在此階段應(yīng)用BIM 技術(shù)的關(guān)鍵是信息內(nèi)容數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢，并且基于三維體系結(jié)構(gòu)模型的產(chǎn)生來(lái)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)查詢。它不僅包括裝配式建筑設(shè)計(jì)計(jì)劃信息，還涵蓋從項(xiàng)目設(shè)計(jì)到工程設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容。實(shí)際工程建設(shè)的信息材料要比涵蓋整體工程建設(shè)過(guò)程的各種信息資源高。每個(gè)階段都可以使用交互式軟件轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，傳輸實(shí)體模型數(shù)據(jù)，確保建設(shè)項(xiàng)目的基本實(shí)體模型信息內(nèi)容在基本建設(shè)的整個(gè)過(guò)程中保持一致。

4 裝配式建筑設(shè)計(jì)中的BIM方法應(yīng)用措施

4.1 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的方法思路

現(xiàn)階段，建筑設(shè)計(jì)方式已從混凝土澆筑設(shè)計(jì)發(fā)展成更便捷、更快速的裝配式設(shè)計(jì)形式，其主要從建筑物的整體設(shè)計(jì)出發(fā)，針對(duì)建筑設(shè)計(jì)拆解分析，完成建筑構(gòu)件與精細(xì)構(gòu)件的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)。裝配式建筑設(shè)計(jì)在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，是由不同建筑設(shè)計(jì)單位自主設(shè)計(jì)的，在交流方面缺乏及時(shí)有效的溝通，往往導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件的繁雜、設(shè)計(jì)方案的不合理等，在一定程度上影響了建筑項(xiàng)目的質(zhì)量與效率。

因此，建筑企業(yè)應(yīng)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中融合BIM技術(shù)，科學(xué)建立并完善協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)。這樣有助于相關(guān)設(shè)計(jì)人員及時(shí)上傳設(shè)計(jì)效果，獲取其他設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)預(yù)案，并在加強(qiáng)溝通交流的同時(shí)協(xié)調(diào)各單位協(xié)同設(shè)計(jì)，從而確保設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)性與合理性。

4.2 圖紙繪制與模型建立

在應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行建模的過(guò)程中，各個(gè)構(gòu)件資料以參數(shù)形式在數(shù)據(jù)庫(kù)中儲(chǔ)存，需要根據(jù)實(shí)際情況制定標(biāo)準(zhǔn)并建立模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的合理化應(yīng)用，而且BIM技術(shù)的應(yīng)用可以確定任何一個(gè)構(gòu)件的尺寸，進(jìn)而將其數(shù)據(jù)合理地儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

因此，在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，若出現(xiàn)構(gòu)件修改的情況，只需要在BIM 技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行調(diào)整，使模型中與之相關(guān)的數(shù)據(jù)得到修改，避免傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)容的重復(fù)改正，降低因圖紙修改而產(chǎn)生的影響。通過(guò)建立BIM 模型可以方便快捷地檢索各種構(gòu)建信息，并根據(jù)實(shí)際情況生成三維模型及參數(shù)列表，通過(guò)可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)各構(gòu)件的分析，保證材料質(zhì)量。

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

BIM 技術(shù)與裝配式建筑的協(xié)同設(shè)計(jì)流程一般分為四個(gè)階段，即建筑項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)、建立并完善預(yù)制構(gòu)件庫(kù)、構(gòu)建并優(yōu)化BIM三維模型、強(qiáng)化構(gòu)件設(shè)計(jì)。

第一，建筑項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)。建筑項(xiàng)目的相關(guān)設(shè)計(jì)單位應(yīng)以客戶對(duì)裝配式建筑戶型的可行性評(píng)價(jià)為依據(jù)，了解客戶的裝配需求，基于BIM 技術(shù)結(jié)合建筑實(shí)際與客戶需求初步設(shè)計(jì)方案模型，加深客戶對(duì)裝配式設(shè)計(jì)方案的了解，明確裝配式建筑的整體設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為后續(xù)的建筑設(shè)計(jì)與施工環(huán)節(jié)提供重要保障。

第二，建立并完善預(yù)制構(gòu)件庫(kù)。預(yù)制構(gòu)件庫(kù)的建立與完善是BIM三維模型構(gòu)建、預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)條件，也是裝配式建筑設(shè)計(jì)的核心工作。因此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)以實(shí)際建筑的具體功能、結(jié)構(gòu)需求、外觀表現(xiàn)為依據(jù)，合理設(shè)計(jì)并優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件，明確所需構(gòu)件的種類、數(shù)量、尺寸等，建立并完善裝配式建筑設(shè)計(jì)的預(yù)制構(gòu)件庫(kù)。然后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合具體建筑分析預(yù)制構(gòu)件是否符合實(shí)際需求，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整與補(bǔ)充。

第三，構(gòu)建并優(yōu)化BIM三維模型。BIM模型的搭建與完善以方案設(shè)計(jì)為前提基礎(chǔ)，在相關(guān)設(shè)計(jì)人員的操作下，借助預(yù)制構(gòu)件協(xié)調(diào)裝配而成；同時(shí)，應(yīng)用BIM技術(shù)選用沖突檢查、凈高檢查等方式進(jìn)行模型的問(wèn)題檢驗(yàn)與協(xié)同優(yōu)化。

第四，強(qiáng)化構(gòu)件設(shè)計(jì)。在構(gòu)件強(qiáng)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，建筑企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)設(shè)計(jì)單位、施工團(tuán)隊(duì)與構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)的有效溝通，協(xié)調(diào)構(gòu)件的強(qiáng)化設(shè)計(jì)。施工單位應(yīng)向設(shè)計(jì)單位及時(shí)反饋建筑項(xiàng)目的實(shí)際施工需求，如固定孔、安裝孔的預(yù)埋預(yù)留問(wèn)題等；構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)以設(shè)計(jì)單位的預(yù)制構(gòu)件技術(shù)需求為依據(jù)進(jìn)行生產(chǎn)加工；設(shè)計(jì)單位應(yīng)加強(qiáng)與施工單位的交流，深入了解施工現(xiàn)場(chǎng)情況，同時(shí)將預(yù)制構(gòu)件的更新優(yōu)化設(shè)計(jì)及時(shí)反饋給生產(chǎn)企業(yè)。另外，在強(qiáng)化構(gòu)件設(shè)計(jì)后，建筑企業(yè)應(yīng)針對(duì)BIM模型進(jìn)行嚴(yán)格審查與結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)，確保設(shè)計(jì)模型的質(zhì)量與可行性。

4.4 碰撞檢查

對(duì)于裝配式建筑設(shè)計(jì)計(jì)劃，特別是管線設(shè)計(jì)計(jì)劃，設(shè)計(jì)人員通常盡可能多地處理預(yù)制部件問(wèn)題，傳統(tǒng)的2D工程圖很難顯示工程裝配式建筑物的建造情況，因此，不可能充分反映裝配式建筑系統(tǒng)彼此之間的碰撞狀況，或預(yù)制構(gòu)件與工程裝配式建筑系統(tǒng)之間的沖突。由于2D 工程圖的準(zhǔn)確性不足，在工程施工中容易忽略一些碰撞問(wèn)題，這給工程施工帶來(lái)很大的不便。BIM 技術(shù)是根據(jù)多層三維裝配式建筑模型制定的工程裝配式建筑設(shè)計(jì)計(jì)劃中。

另外，在模擬練習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了碰撞測(cè)試。這樣，管線沖擊問(wèn)題可能會(huì)更加清楚。在數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)計(jì)劃環(huán)境中，可以幫助設(shè)計(jì)計(jì)劃人員進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)的改進(jìn)，并盡量避免可能發(fā)生的管線沖突。

4.5 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

4.5.1 預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)

裝配式建筑的基礎(chǔ)是生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件，構(gòu)件作為裝配式建筑的重要組成部分，應(yīng)合理地進(jìn)行規(guī)劃，制定符合建筑工程施工的方案，提升整體設(shè)計(jì)的效果，減少過(guò)程中產(chǎn)生的影響及限制，發(fā)揮不可替代的優(yōu)勢(shì)。BIM 信息共享平臺(tái)的建立有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)建生產(chǎn)廠商的落實(shí)，通過(guò)建立與健全各項(xiàng)工作方案，提升整體設(shè)計(jì)的效果，杜絕多種因素的影響與限制，為工程項(xiàng)目管理及流程優(yōu)化提供幫助。

需要注意的是，在實(shí)際規(guī)劃建設(shè)的過(guò)程中，還應(yīng)該對(duì)預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)要點(diǎn)有充足的掌握，并適當(dāng)?shù)貎?yōu)化與落實(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程準(zhǔn)備計(jì)劃的落實(shí)，為裝配式建筑設(shè)計(jì)深化奠定基礎(chǔ)。

4.5.2 預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸

生產(chǎn)與運(yùn)輸作為裝配式建筑設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化與落實(shí)，并不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，全面分析體積較大和重量較大構(gòu)件的運(yùn)輸，掌握整體運(yùn)輸效果，實(shí)現(xiàn)更加合理的控制，杜絕運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。因此，在進(jìn)行運(yùn)輸與設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要全面監(jiān)控運(yùn)輸車(chē)輛，并通過(guò)定位芯片的裝備，實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)輸車(chē)輛的情況，提前做好相應(yīng)的準(zhǔn)備，保證整體設(shè)計(jì)效果。

4.5.3 預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

在裝配式建筑設(shè)計(jì)中，預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是BIM 技術(shù)的前提基礎(chǔ)，精確、標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制構(gòu)件對(duì)于預(yù)制構(gòu)件庫(kù)的建立、BIM模型的構(gòu)建均有著非常重要的影響。因此，設(shè)計(jì)單位應(yīng)合理整合并調(diào)整預(yù)制構(gòu)件組裝結(jié)構(gòu)，確保其滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際需求，同時(shí)以標(biāo)準(zhǔn)要求為基礎(chǔ)，以建筑結(jié)構(gòu)為依據(jù)，嚴(yán)格設(shè)計(jì)并優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件，確保預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化，為裝配式建筑設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)保障。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，盡管當(dāng)前的BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中仍處于起步階段，但是，作為一種新型的管理技術(shù)，在特定用途時(shí)下，其使用價(jià)值已引起廣泛關(guān)注。例如，設(shè)計(jì)計(jì)劃、檢查、工程圖、練習(xí)、演算；工程施工過(guò)程中活動(dòng)場(chǎng)所的布局、圖紙審查記錄、工程施工模擬和工程施工審查、安全技術(shù)公開(kāi)、預(yù)制件生產(chǎn)加工、安裝模擬、進(jìn)度控制、安全質(zhì)量和安全檢查、工程量清單和配置管理；在運(yùn)維管理階段中使用三維可見(jiàn)性，并整合全息投影信息內(nèi)容。完善的管理運(yùn)維服務(wù)，學(xué)習(xí)培訓(xùn)和遠(yuǎn)程診斷，工藝流程仿真等。因此，在裝配式建筑進(jìn)行全生命周期管理過(guò)程中，不斷地補(bǔ)充完善和使用BIM信息模型，可以進(jìn)一步提高工程質(zhì)量。