BIM技術在裝配式建筑深化設計中的應用

耿君

（合肥工業(yè)大學設計院（集團）有限公司，合肥 230000）

1 前言

BIM技術是減少工程建設復雜度的重要手段，其在應用過程中易受人為、環(huán)境等因素的影響，從而降低了其應用的可信度。由于裝配式建筑預制的特點，使得施工管理變得更加困難。在預制構件中應用BIM技術，由于其市場環(huán)境較差，不能適應這種建筑物的施工和利用。因此，要加強BIM技術應用的科學性，即通過建模、可視化、信息化等手段來提高其運用的科學性與合理性，從而增強其在裝配式建筑工程應用中的安全性和穩(wěn)定性。

2 裝配式建筑和BIM技術概述

2.1 裝配式建筑

預裝配式建筑是一種利用預先裝配好的構件進行現(xiàn)場裝配的建筑。與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆結構相比，本工程具有快速施工、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點，但結構設計難度大、整體性差。目前，預制建筑在國內的發(fā)展尚處在初期，在市場中所占的比例并不高，造成這種現(xiàn)象的主要原因有：一是大眾對裝配技術認識不足；二是沒有對預制件進行推廣、改進與發(fā)展，也沒有對系統(tǒng)和關鍵技術進行整合創(chuàng)新[1]。

2.2 BIM技術

BIM技術是以有關資料為基礎，利用數(shù)字技術來模擬建筑物的實際情況，利用三維建模技術完成項目監(jiān)控、設備管理、數(shù)字處理、項目管理等。BIM技術的特點是信息的完整性、相關性、連通性、可視化、可用性等。BIM作為最后的組裝信息管理平臺，能夠為用戶提供一個直觀的演示。此外，標準的部件和設備數(shù)量可以標準化，并且可以創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、設備系統(tǒng)。同時，利用BIM平臺對每個構件進行編碼，采用二維代碼作為識別目標，并將BIM部件的參數(shù)和結構圖結合起來，以達到精確的預制。

3 在裝配式建筑中應用BIM技術的意義

3.1 能夠轉變施工管理的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的裝配式工程管理工作只能在預制場中派專業(yè)人員進行監(jiān)測，由于施工人員的能力、觀察力、技術水平等因素的制約，導致施工成本控制不合理、設計精確度不高，而采用BIM技術后，可以提高成本分析的精度，并將市場上的各種材料的價格信息錄入到系統(tǒng)中，既可以自動比較成本，也可以保證設計的精確度和合理性。根據(jù)現(xiàn)場的具體條件進行設計，并在設計完成后，系統(tǒng)會自動分析設計過程中的缺陷，有沒有施工上的變化，并給出相應的解決方案，保證設計的精確度。此外，在使用過程中，該系統(tǒng)還具有自動過濾功能，防止了數(shù)據(jù)重復輸出的不合理現(xiàn)象，提高了各個部門、各個工序之間的協(xié)同作用，減少了工作人員人數(shù)，這樣可以有效控制和減少項目的費用。

3.2 能夠提升施工的可視化

在使用BIM技術的同時，還可以提高可視化的程度，保證資源的使用效果，主要是在使用BIM技術的時候，在此基礎上，可以將工程資料錄入到系統(tǒng)中，構建出三維模型，而5d模型部門則可以利用這個模型，了解不同的資源利用狀況，并根據(jù)不同的工作環(huán)境，進行相應的管理和協(xié)調。其次，利用建模技術與功能，將各工序的模型與各施工單位共享。有了模型的支持，施工單位就能清楚地了解他們的工作內容。最后，技術人員通過云計算平臺，進行預制構件的加工，并在此基礎上對預制構件的性能進行比較和分析，對標準的形狀、尺寸、參數(shù)進行了嚴格的控制，提高了施工的質量，避免了裝配誤差。比如，技術人員通過可視化的方式，對預制構件的尺寸參數(shù)進行可視化的調整，并對鋼筋直徑、強度進行明確的規(guī)定。這樣既能保證施工的質量，又能防止出現(xiàn)誤差和其他錯誤。

3.3 有助于控制周期進度

在采用這種技術時，可以對各種構件的安裝、墻體澆筑等進行可視化的指導，并對存在的工程質量風險、設計變更、現(xiàn)場安裝等方面的問題進行預測，提出相應的預防措施，避免出現(xiàn)問題，從而縮短施工周期。為了防止噪聲污染，很多裝配式建筑都會在晚上進行現(xiàn)場安裝，而BIM技術則可以精確的計算出噪聲污染與光污染，從而制定相應的控制措施[2]。

4 在裝配式建筑深化設計中BIM技術應用現(xiàn)狀

與傳統(tǒng)結構相比，裝配式建筑增加了預制構件的制造過程，要求其結構更加精細、高效、協(xié)調、低誤差。隨著BIM技術的發(fā)展，對裝配式建筑深化設計進行了深入的研究。但是，在實踐中，也有一些問題[3]。

4.1 BIM技術在裝配式建筑深化設計中的問題

第一，在進行深化設計時，BIM需要大量的溝通、協(xié)調和獲取信息，而且需要高度的耦合。在此基礎上，利用BIM技術將這些信息引入到三維建模中，利用建模的可視化、參數(shù)化、仿真和協(xié)同作業(yè)等特點，實現(xiàn)了沖突檢測、進度模擬和協(xié)同優(yōu)化。在進行數(shù)據(jù)資料的輸入時，必須有一個統(tǒng)一的程序和準則，否則，在深化設計過程中，由于各個參與者持續(xù)地導入本專業(yè)相關的數(shù)據(jù)，這樣會導致信息的錯亂，影響到工作的順利進行。

第二，目前，歐特克公司的Revit是國內最大的BIM軟件，這是一款國外的軟件，在中國的眾多工程實踐和軟件開發(fā)商的努力下，Revit一直在進行著調整，以更好地滿足中國的需求。目前Revit的建模技術比較成熟，但是在出圖上還沒有達到國內標準的要求，缺少相關的族庫和模型，軟件的底層數(shù)據(jù)無法按照國內的標準進行相應的修改。

第三，在進行深化設計時，應對預制構件的數(shù)目進行分類，以減少重復性工作。由于項目各方的深度介入，可以從一種設計中衍生出更多形狀相似但大小不一的產品，而在BIM技術中使用人工建模、繪制圖紙時，往往會產生大量的重復和機械性工作。

第四，建立好BIM技術的模型平臺之后，將基于BIM技術的信息資料進行傳輸與集成，從而方便了各個專業(yè)的深入設計工作。但是，目前BIM設計軟件中的信息傳遞還存在以下問題：單個模型無法有效地進行信息的傳輸和整合，模型之間的信息傳遞效率較低。特別是在裝配式建筑中，由于要將多個預制構件的模型連接到一起，BIM技術不能很好地對這些數(shù)據(jù)進行提取。

4.2 解決方案

為了有效地解決上述問題，應從技術和管理兩個層面著手，為在裝配式建筑中運用BIM技術進行深層次設計奠定基礎。

4.2.1 BIM規(guī)范的制訂

這是各個專業(yè)分工合作的基礎，特別是在分工明確、重復率高的情況下，更是如此。

4.2.2 模型拆分原則的確立

通過對BIM模型的拆分、集成，可以促進各參與方之間的協(xié)作和信息的高效傳輸。

4.2.3 確定BIM模型深度

模型深度是BIM數(shù)據(jù)平臺工作的基礎，根據(jù)工程建設的不同階段，不同的模型深度要求也會有相應的要求。

4.2.4 對沖突的重點進行梳理

裝配式建筑的深化設計涉及各個參與者的協(xié)作，由于信息的持續(xù)輸入，導致了不同的沖突，因此對其進行重點梳理和沖突檢測。

4.2.5 完善BIM深化設計制圖規(guī)范

結合國家標準圖冊及項目各方的特殊要求，制訂BIM深化設計制圖規(guī)范，明確圖紙的種類及具體內容。

5 BIM技術在裝配式建筑深化設計中的應用

5.1 優(yōu)化設計方案

在工程項目開始前，有關部門要對施工場地進行分析，對施工中所采用的技術、所需的材料以及要注意的問題進行分析。在設計方案編制的時候，相關的設計人員可以通過BIM技術建立一個三維的數(shù)據(jù)模型，從而更好地判斷出施工需要達到的效果，以及滿足開發(fā)商和業(yè)主的要求。

同時，結合裝配式建筑的特點，對建筑結構進行分析，通過數(shù)字化建模進行建筑結構的劃分、建筑結構的設計要求、建筑結構的造價等方面的分析。其次，通過BIM技術，將建筑的3D模型進行分解，并將建筑結構具體化，分析其構成和施工標準，以保證其符合實際需要，并對其進行細化分析，最后通過BIM技術對其進行組裝，并進行可行性分析。BIM技術能夠更客觀地反映設計在其施工中的運用狀況，通過數(shù)據(jù)模擬分析設計是否合理，是否能夠為工程建設提供依據(jù)。

5.2 BIM技術在工程模擬中的使用

裝配式建筑的主要施工工作是進行前期的建筑規(guī)劃和模擬，在這個過程中，工作人員會利用BIM技術對建筑進行建模，通過建立模型分析建筑模擬效果、能耗分析、成本分析等，從而降低后期的組裝問題。比如在某小區(qū)的規(guī)劃設計中，工作人員就是利用BIM技術，將房屋建筑與周圍的環(huán)境進行建模，然后根據(jù)設計圖紙和模擬數(shù)據(jù)進行對比，再進行下一步的設計。在二次設計的時候，利用BIM技術，工作人員可以對裝配式建筑構件進行詳細的設計，比如房屋的大小所要用到的材料用量、房屋的位置與實際的位置的匹配，這樣就可以將施工的情況與規(guī)劃配合起來，從而提高整個裝配施工的工作效率。

5.3 預制構件生產中的合理運用

在預制構件生產過程中，應注重BIM技術的應用，將預設數(shù)據(jù)信息傳遞到數(shù)據(jù)平臺上，包括構件、材料、型號、參數(shù)等信息，并將這些信息傳遞給供應商，以確保供應商在最短的時間內完成預制構件的制造，從而提高預制過程的工作效率。同時，還要通過數(shù)據(jù)平臺將預制生產過程的信息實時反饋給施工單位，便于施工人員了解預制生產工藝參數(shù)、規(guī)格、尺寸是否符合設計規(guī)范，防止因參數(shù)不合理而延誤工期。最后，在工廠完成了預制構件的制造工作后，還要利用BIM技術，通過RFID芯片來檢測構件的材質、質量、尺寸等，并進行相應的調整，以保證各項指標的一致性。

5.4 BIM技術對于施工場地的布置

對裝配式建筑施工現(xiàn)場進行合理的布局，不僅可以實現(xiàn)綠色施工，而且可以合理地調節(jié)施工現(xiàn)場的空間分布，減少施工中的阻礙。首先，工作人員根據(jù)BIM模型，對施工現(xiàn)場上的建筑材料進行放置，根據(jù)實際工程的規(guī)劃，合理調整建筑材料的擺放位置，防止物料的堆放會影響到施工現(xiàn)場的綠化，也可以有效地提高建筑材料的運輸效率。其次，利用BIM模型對施工場地的空間進行劃分，既保證施工場地的使用效率，又降低了施工對場地的影響，并按照施工要求，將施工場地的綠化面積控制在5%以上，達到綠色化的施工目標。

5.5 設計裝配式建筑深化架構

為滿足構件的規(guī)范化需求，進行再設計，在設計階段預設施工深化體系是通過BIM技術在預制結構中的運用。運用BIM模型對傳統(tǒng)的施工模式進行了比較，并將整個可視化的深化設計分為三個階段。通過集成管線協(xié)同設計預成型機制建筑將建筑項目簡化為一個可視化的預制結構，通過對設計階段的模型和組件庫中的產品進行比對，從而實現(xiàn)了對裝配式建筑的深化和三維設計的結合，通過對“二維”的施工圖紙進行了修改，并將其融入了圖紙中，從而降低了設計圖紙和標準部件的誤差。

在深化體系結構中，構建了一個建筑信息庫，通過BIM技術，對建筑空間進行了再檢驗，并將相應的設施和設備與工程建設信息數(shù)據(jù)庫連接起來。在建筑空間和設備設施的交匯空間中，將建設完成后的信息倉庫引入到深化體系結構的設計之中。在BIM框架中，對工程建設中存在的各種危險進行了仿真，采用三維建模方法，將工程建設中的實際工程信息和設備設施與工程圖進行了聯(lián)系。針對裝配式結構的深入結構，通過對施工過程的碰撞檢驗和對傳統(tǒng)建筑的預制構件進行判斷，在深化結構的基礎上對工期進行嚴格限制保證施工內容與設計的深化，避免因缺少富有建筑經(jīng)驗的專業(yè)人員而導致施工困難。采用深化體系結構，對建筑工程中的構件進行了可視化，減少了設計人員和施工方之間的交流時間，同時也加深了建筑設計人員對結構體系的認識。

6 結論

隨著我國市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，建設單位之間的競爭日益加劇，建設單位要在市場上建立自己的競爭優(yōu)勢，就必須要提高自己的工作效率和質量，同時還必須改進自己的施工方法，縮短建設周期，降低成本。BIM技術具有參數(shù)化、可視化、模擬化、協(xié)調性、動態(tài)化等特性，對建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。因此，在裝配式建筑深化設計中，科學合理地應用BIM技術是非常有必要的。