基于BIM技術(shù)的裝配式建筑設(shè)計(jì)研究

王有為 王春暉 李證吉

(中國建筑第七工程局有限公司，河南 鄭州 450000)

將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑項(xiàng)目的所有階段，可以從模型中獲取全面準(zhǔn)確的信息和數(shù)據(jù)，并共享設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營和維護(hù)的所有階段數(shù)據(jù)信息。同時(shí)，在控制建設(shè)項(xiàng)目動(dòng)態(tài)時(shí)，可以登錄BIM模型平臺(tái)，了解施工情況，不斷提高項(xiàng)目的施工質(zhì)量，優(yōu)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

1 BIM技術(shù)優(yōu)勢與特點(diǎn)

BIM技術(shù)引入預(yù)制建筑是原始管理模式的改進(jìn)和創(chuàng)新，并確保預(yù)制建筑管理科學(xué)和準(zhǔn)確的發(fā)展。目前，人們對(duì)建筑行業(yè)具有更高的要求，許多傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)軟件和規(guī)劃無法滿足現(xiàn)代建筑工程的需要，已成為設(shè)計(jì)人員全面、準(zhǔn)確地完成工程設(shè)計(jì)任務(wù)的重要手段。針對(duì)于目前的施工管理，BIM技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，BIM技術(shù)可以讓設(shè)計(jì)者及時(shí)改進(jìn)和調(diào)整建筑模型，根據(jù)實(shí)際需求在特定條件下填充系統(tǒng)，使設(shè)計(jì)人員和管理人員能夠更好地理解和控制各種信息，可以直觀地反映與裝配式建筑密切相關(guān)的各種信息特征。為此，在實(shí)施預(yù)制建筑項(xiàng)目的過程中，可以利用BIM技術(shù)調(diào)和建筑物內(nèi)的各種數(shù)據(jù)關(guān)系，為相關(guān)人員提供更準(zhǔn)確、及時(shí)的信息[1]。

2 常見問題

2.1 管理水平不高

從設(shè)計(jì)到施工管理到隨后的操作，預(yù)制建筑物對(duì)管理層專業(yè)化有很高的要求，需要多級(jí)管理。例如，他們需要專注于零件的生產(chǎn)和專業(yè)管理部件的運(yùn)輸和安裝。與此同時(shí)，預(yù)制組件建筑具有高技術(shù)要求的定位、吊裝、拼接和其他過程，并且需要改善每個(gè)幀的制造精度。在傳統(tǒng)建筑物中，由于施工管理不當(dāng)，部件的開口尺寸和位置通常是不合理的，安裝效率不高，安全保護(hù)措施未到位。

2.2 協(xié)調(diào)配合不當(dāng)

預(yù)制建筑必須將所有步驟完全整合，形成一個(gè)完整的體系，最終實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)。在傳統(tǒng)建筑中，如果不使用BIM技術(shù)，各方很難參與和協(xié)調(diào)。在許多預(yù)制建筑項(xiàng)目中，溝通差異導(dǎo)致質(zhì)量問題和各個(gè)層面的沖突，導(dǎo)致了現(xiàn)代建設(shè)過程中追求的效率難以提高，因此，影響我國裝配式建筑發(fā)展的主要原因之一是缺乏組織協(xié)調(diào)能力。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用流程

3.1 構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化

BIM技術(shù)允許碰撞檢查，定義設(shè)計(jì)缺陷，有效解決預(yù)制PC組件之間的碰撞問題。生產(chǎn)人員可以使用BIM模型查看三維模型，清楚地看到生產(chǎn)組件的各種數(shù)據(jù)信息，施工單位利用BIM技術(shù)為制造商提供詳細(xì)準(zhǔn)確的材料、尺寸等相關(guān)參數(shù)，并利用QR碼技術(shù)將其轉(zhuǎn)換為加工參數(shù)，有助于準(zhǔn)確完成各種預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)，促進(jìn)后續(xù)安裝的順利進(jìn)行。

3.2 預(yù)裝配檢驗(yàn)

BIM技術(shù)可用于仔細(xì)檢查PC組件的預(yù)組裝。在實(shí)際工作中，我們使用BIM模型和3D打印技術(shù)打印要生產(chǎn)的部件，然后預(yù)先組裝零件以找出缺陷。BIM模型預(yù)先組裝和使用可以及時(shí)調(diào)整尺寸、形狀、接口和其他數(shù)據(jù)，然后重新裝配，以實(shí)現(xiàn)PC部件的批量生產(chǎn)。預(yù)先組裝的仿真生產(chǎn)和組裝在初始階段可以降低大規(guī)模生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問題，減少廢料問題的產(chǎn)生，并能夠科學(xué)良好地驗(yàn)證預(yù)制組件的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3.3 材料選擇與設(shè)計(jì)速度提升

不同的巖石和土壤性質(zhì)以及不同建筑設(shè)計(jì)會(huì)影響建筑物的質(zhì)量。因此，首先要對(duì)不同地區(qū)的巖土結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體分析，分析這些巖土的年齡、形成原因、巖土的組成。為了更好地完成設(shè)計(jì)工作，需要做的就是充分分析場地的巖土條件。BIM技術(shù)的特點(diǎn)之一是允許在施工期間全面分析不同時(shí)代的巖石和土壤，以及這些巖石和土壤形成的原因。針對(duì)不同的巖土條件開發(fā)了獨(dú)特的建筑設(shè)計(jì)。通過這種方式，BIM技術(shù)可以容納大量的定制材料，可以大大提高裝配式建筑設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。

過去設(shè)計(jì)預(yù)制建筑的另一個(gè)重要步驟是根據(jù)實(shí)際發(fā)現(xiàn)創(chuàng)建建筑圖紙。在傳統(tǒng)的裝配式建筑設(shè)計(jì)中，創(chuàng)建圖紙的過程是一種浪費(fèi)時(shí)間和精力的過程，因?yàn)樵O(shè)計(jì)師必須先修改設(shè)計(jì)模型，然后再修改平面、剖面、細(xì)節(jié)和其他配套圖紙。但是，應(yīng)用BIM技術(shù)后，設(shè)計(jì)者可以通過修改模型，同時(shí)獲得修改后的圖紙。通過有效節(jié)省設(shè)計(jì)師的時(shí)間，大大提高了裝配式建筑設(shè)計(jì)和施工過程的整體工作效率。

3.4 施工過程

組裝的建筑物類似于構(gòu)建塊。BIM技術(shù)在預(yù)制部件組件中的應(yīng)用主要針對(duì)圓柱形部件。使用BIM技術(shù)的可視化、仿真和協(xié)調(diào)特性，協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)和信息處理的交互，傳達(dá)信息平臺(tái)，進(jìn)行組裝過程的交互式管理，有效地計(jì)劃和整合各種內(nèi)容信息，實(shí)現(xiàn)專業(yè)的管理和規(guī)劃，并充分利用BIM技術(shù)在預(yù)制建筑物的施工階段，4D程序用于模擬施工過程。與此同時(shí)，它還涉及調(diào)度，安全風(fēng)險(xiǎn)管理和質(zhì)量控制[2]。BIM技術(shù)可用于模擬現(xiàn)場安裝，避免建設(shè)事故，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)，使用BIM技術(shù)的背景仿真技術(shù)，員工可以通過全面的方式跟蹤和管理預(yù)制組件的運(yùn)輸，安裝和裝配過程，合理地協(xié)調(diào)模擬中的施工方案，優(yōu)化施工方案的有效性。

3.5 運(yùn)維過程

預(yù)制建筑物只能在裝配和檢查之后使用，除此之外施工階段的問題程度可能會(huì)改變。利用BIM技術(shù)可以檢測預(yù)制建筑的操作，確保后續(xù)建筑使用中不出現(xiàn)問題。將BIM技術(shù)應(yīng)用于預(yù)制建筑物，可以監(jiān)控整個(gè)預(yù)制建筑使用的實(shí)時(shí)過程，執(zhí)行項(xiàng)目中每個(gè)組件的實(shí)時(shí)監(jiān)控和維護(hù)，無縫連接后續(xù)和早期信息的數(shù)據(jù)，能夠防止預(yù)制建筑信息丟失。例如，如果以后想對(duì)預(yù)制建筑進(jìn)行擴(kuò)充，可以使用BIM技術(shù)來顯示預(yù)制建筑構(gòu)件的原始數(shù)據(jù)，并根據(jù)相關(guān)信息對(duì)原始建筑進(jìn)行擴(kuò)充，以確保數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確和有效。房地產(chǎn)企業(yè)可以利用BIM技術(shù)在資產(chǎn)管理方面的優(yōu)勢，將相關(guān)設(shè)備與BIM平臺(tái)對(duì)接，利用BIM平臺(tái)的監(jiān)控信息準(zhǔn)確判斷通信、照明、電梯、消防等設(shè)備的運(yùn)行情況。

4 裝配式建筑設(shè)計(jì)中的BIM技術(shù)應(yīng)用

4.1 工程概況

某別墅建設(shè)項(xiàng)目總計(jì)有3層，建筑面積為415.65m2。為了確保項(xiàng)目的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，該項(xiàng)目根據(jù)實(shí)際情況，選擇裝配式混凝土施工技術(shù)方式，以裝配式建筑模式開展使用。在建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，切實(shí)提升工程的效率和質(zhì)量，對(duì)于提高工程總體效益有積極作用。

4.2 建筑各層面的設(shè)計(jì)

4.2.1 戶型設(shè)計(jì)

建筑工程結(jié)構(gòu)的戶型要保證和功能是完全匹配的，確保各個(gè)功能區(qū)都可以分配到各個(gè)建筑區(qū)域內(nèi)。為了滿足這一要求，要做好如下工作。(1)結(jié)合別墅業(yè)主對(duì)于功能性要求，根據(jù)需要進(jìn)行不同樓層功能區(qū)的設(shè)置，明確不同功能的位置。(2)確定功能區(qū)分部和戶型分部是否匹配，如果發(fā)生不匹配的情況，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況做出調(diào)整。(3)詳細(xì)計(jì)算確定構(gòu)件受力條件，確定沒有設(shè)備發(fā)生碰撞的情況。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)作為指導(dǎo)，保證戶型設(shè)計(jì)滿足要求。(4)戶型內(nèi)要合理進(jìn)行功能性劃分，根據(jù)BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能有效配合應(yīng)用，形成整體結(jié)構(gòu)，各個(gè)功能區(qū)獨(dú)立運(yùn)行，也存在著一定的聯(lián)系，保證建筑的整體性與和諧性。

4.2.2 標(biāo)準(zhǔn)層設(shè)計(jì)

裝配式建筑在應(yīng)用中，標(biāo)準(zhǔn)層的設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)戶型圖之前，需要設(shè)置必要的附件以形成特定的層次，這種設(shè)計(jì)方案應(yīng)用BIM技術(shù)完成，實(shí)現(xiàn)模塊化水平的提升，促進(jìn)總體設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升，具體從下述幾個(gè)方面出發(fā)。(1)采集相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)層的數(shù)據(jù)信息，比如尺寸；將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)紹IM軟件內(nèi)，利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，可以完成標(biāo)準(zhǔn)層的設(shè)計(jì)，為施工提供參考意見。(2)如果施工環(huán)節(jié)發(fā)生數(shù)據(jù)變化，應(yīng)該及時(shí)更新BIM系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)有效利用，讓項(xiàng)目可以順利的進(jìn)行。

4.2.3 整體設(shè)計(jì)

裝配式建筑整體設(shè)計(jì)的作用就是保證模塊之間的協(xié)調(diào)性合理，達(dá)到業(yè)主對(duì)于功能性的要求。應(yīng)用BIM技術(shù)之后，滿足整體性設(shè)計(jì)的需要，主要措施如下。(1)設(shè)計(jì)人員集中開展設(shè)計(jì)工作，綜合分析建筑各個(gè)功能區(qū)的設(shè)計(jì)方式。(2)做好各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)的控制，將數(shù)據(jù)全部傳輸?shù)较到y(tǒng)內(nèi)，保證裝配式建筑各個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容都可以有效的應(yīng)用。(3)在參數(shù)傳輸完畢之后，開始運(yùn)行模型，明確是否存在設(shè)計(jì)缺陷，如果有問題，及時(shí)做出改進(jìn)，保證系統(tǒng)模型可以有效的運(yùn)行，各個(gè)功能達(dá)到要求，滿足正常運(yùn)行。

4.3 各施工環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)

4.3.1 構(gòu)件設(shè)計(jì)

裝配式建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)方式如下所示：(1)發(fā)布完善的建設(shè)模型，傳輸?shù)絉evit軟件中，真實(shí)反映出建筑輪廓以及鋼筋相應(yīng)的信息。(2)檢查模型是否存在問題，確定是否有設(shè)計(jì)漏洞存在，如果存在，立即采取措施糾正處理。(3)拆分構(gòu)件，采用Dtnamo實(shí)現(xiàn)可視化編程；各個(gè)結(jié)構(gòu)分拆分成為零部件的形式，檢查是否達(dá)到完整性標(biāo)準(zhǔn)，如果有缺失，要立即做出改正，以滿足運(yùn)行要求。

4.3.2 鋼筋設(shè)計(jì)

裝配置建筑鋼筋的設(shè)計(jì)方法如下。(1)嚴(yán)格落實(shí)國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，明確鋼筋設(shè)置流程，同時(shí)了解模型的相關(guān)信息，確保鋼筋技術(shù)參數(shù)符合要求；(2)鋼筋分布到結(jié)構(gòu)部件內(nèi)，保證達(dá)到結(jié)構(gòu)尺寸的要求；(3)將模型進(jìn)行加密，完成設(shè)計(jì)方案。

4.3.3 埋件設(shè)計(jì)

建筑工程項(xiàng)目內(nèi)，在預(yù)制構(gòu)件的埋設(shè)施工環(huán)節(jié)，根據(jù)需要進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)和控制，比如梁柱預(yù)埋施工環(huán)節(jié)，包含多個(gè)部件，比如內(nèi)嵌梁柱，但是梁柱、模板的鋼筋吊鉤形式比較多，這是因?yàn)椴煌ㄖ锏慕Y(jié)構(gòu)形式相差很大，造成建筑結(jié)構(gòu)無法達(dá)到要求，所以需要做出必要的調(diào)整，保證埋件設(shè)計(jì)符合要求，從而可以符合工程的使用需要。此外，預(yù)制構(gòu)件埋設(shè)施工環(huán)節(jié)，在現(xiàn)場設(shè)置必要的預(yù)制柱的結(jié)構(gòu)，首先需要進(jìn)行安裝處理，墻和柱的連接要布置規(guī)定強(qiáng)度要求的鋼板，技術(shù)參數(shù)符合要求，且模型設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)該及時(shí)做出結(jié)構(gòu)的調(diào)整，保證技術(shù)參數(shù)滿足要求，可以切實(shí)提升工程的施工效果，全面落實(shí)管理和控制措施，不會(huì)存在違規(guī)作業(yè)的情況?？傊瑢?duì)于裝配式建筑來說，BIM技術(shù)的優(yōu)勢比較明顯，應(yīng)用范圍比較大，要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及鋼筋設(shè)計(jì)方面出發(fā)，保證埋件結(jié)構(gòu)達(dá)到科學(xué)性、合理性的要求。基于此，BIM技術(shù)是裝配式建筑設(shè)計(jì)的主要方式，切實(shí)提升模型精確性的要求，符合建筑工程的施工需要，為后續(xù)的建設(shè)施工提供良好基礎(chǔ)。所以建筑工程單位對(duì)于BIM技術(shù)的應(yīng)用要提起足夠的重視，嚴(yán)格落實(shí)到實(shí)踐中，保障項(xiàng)目順利實(shí)施，提高施工效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目綜合效益的提升。

5 具體行動(dòng)

5.1 技術(shù)顧問團(tuán)隊(duì)

為了實(shí)現(xiàn)BIM作用于裝配式建筑的過程，應(yīng)該建立專門的技術(shù)團(tuán)體以及專家顧問，這是由于在新時(shí)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展背景下，新的技術(shù)也不斷加入到BIM技術(shù)的使用中，因此需要專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行新技術(shù)研究與進(jìn)一步開發(fā)，同時(shí)促進(jìn)硬件設(shè)備與軟件的不斷升級(jí)優(yōu)化，確保BIM能夠切實(shí)幫助預(yù)制建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化。

5.2 結(jié)合實(shí)際情況

如今，建筑物的類型和功能日益多樣化，裝配式建筑已經(jīng)能夠充分滿足各類建筑的需求。確保裝配式建筑構(gòu)件質(zhì)量，快速替換原有構(gòu)件的缺陷，提高設(shè)計(jì)水平，加強(qiáng)各種設(shè)計(jì)技術(shù)和軟件的應(yīng)用。

當(dāng)前的預(yù)制建筑種類較多，在將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式預(yù)制建筑的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該考慮到施工過程中對(duì)于各種構(gòu)建的影響，從而合理設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)以及與構(gòu)件，這樣也能夠保證構(gòu)建質(zhì)量，確保施工中不出現(xiàn)問題或者在問題初期就能夠及時(shí)更換構(gòu)件。

5.3 促進(jìn)資產(chǎn)運(yùn)維

BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)中不僅可以改善設(shè)計(jì)效果，促進(jìn)建筑設(shè)計(jì)水平的提高，幫助施工安全穩(wěn)定并且提高建筑的質(zhì)量水平，而且也能夠進(jìn)行建設(shè)成本規(guī)劃，這一技術(shù)能夠在建筑成本以及設(shè)施管理方面起到很大作用，對(duì)于整體資產(chǎn)運(yùn)維的作用值得研究[3]。

5.4 技術(shù)發(fā)展

在裝配式建筑的發(fā)展過程中，由于其具有較高的施工效率，同時(shí)便于組織管理，能夠有效提高施工質(zhì)量并節(jié)約資源，但是當(dāng)前的裝配式建筑管理以及產(chǎn)業(yè)還有待進(jìn)一步發(fā)展。BIM技術(shù)的加入，能夠?qū)崿F(xiàn)裝配式建筑設(shè)計(jì)過程的不斷優(yōu)化，同時(shí)強(qiáng)化項(xiàng)目建設(shè)過程中的運(yùn)維管理，無論是從項(xiàng)目質(zhì)量還是項(xiàng)目成本控制等方面都有著很好的應(yīng)用效果。為了實(shí)現(xiàn)未來的裝配式建筑進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)該積極推動(dòng)BIM技術(shù)與裝配式建筑設(shè)計(jì)的結(jié)合，同時(shí)不斷優(yōu)化BIM技術(shù)的應(yīng)用方式，實(shí)現(xiàn)專門化與專業(yè)化的市場發(fā)展模式，大幅度提高BIM技術(shù)的有效覆蓋，相信這些在未來的建筑技術(shù)以及設(shè)計(jì)研究過程中都可以得到突破。

6 結(jié) 語

綜上所述，裝配式建筑作為一種新的現(xiàn)代化建筑形式，應(yīng)用逐漸廣泛，在施工過程中應(yīng)該更加追求多種技術(shù)方法的融合，促進(jìn)建筑質(zhì)量進(jìn)一步提高。裝配式建筑與BIM技術(shù)的融合，可以大大提高施工效率，提高裝配式構(gòu)件的精度，促進(jìn)施工效率的優(yōu)化。相關(guān)人員應(yīng)進(jìn)一步探索現(xiàn)代信息技術(shù)和建筑業(yè)的發(fā)展，積極變革、創(chuàng)新和推廣機(jī)械設(shè)備，促進(jìn)建筑行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。