BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計中的研究與實踐探討

李會燕

河南中建華工程造價咨詢有限公司 河南 洛陽 471000

引言

BIM技術(shù)是指建筑信息模型，通過將建筑的信息化模型進行整合，并分享傳遞到項目運行、策劃等生命周期當中，幫助技術(shù)人員充分獲取建筑信息，以此提高生產(chǎn)效率，節(jié)約經(jīng)濟成本。為了確保該技術(shù)能夠在裝配式建筑設(shè)計中得到高效運用，首先要對BIM技術(shù)的主要特點進行深入了解。

1 BIM技術(shù)特點分析

1.1 可視化

可視化是指數(shù)據(jù)、信息能夠“看得見、獲取到”的形式，比如以往施工人員只能在施工圖紙上查看用線條描繪的構(gòu)件信息，但實際結(jié)構(gòu)形式卻需要人員自行想象。而BIM技術(shù)則不同，其提供了一種三維立體視圖，能夠使人們直觀地看到構(gòu)件大小、顏色與所在位置，強化構(gòu)件之間的互動性，使項目設(shè)計、運用都能在可視化狀態(tài)下開展。

1.2 協(xié)調(diào)性

BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)性服務(wù)主要體現(xiàn)在處理構(gòu)件布置以及人員溝通交流方面，通過使用建筑信息模型完成不同專業(yè)碰撞問題的協(xié)調(diào)，生成相關(guān)協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，幫助施工人員圍繞電梯井設(shè)置、防火分區(qū)空間協(xié)調(diào)等問題進行深入探究。

1.3 模擬性

模擬性并非只是單純的完成建筑模型設(shè)計，還能夠模擬無法在實際生活中完成的相關(guān)操作，在設(shè)計環(huán)節(jié)，BIM技術(shù)可以呈現(xiàn)一定的模擬試驗。此外，BIM技術(shù)也能實現(xiàn)5D模擬，是指4D模型與造價控制的有機結(jié)合，達到控制施工成本的目的，使構(gòu)件空間布置更合理，保證空間利用率的最大化，避免不必要的資金支出。而在運營階段，還能夠完成緊急疏散與日常緊急狀況的模擬，通過開展逃生模擬活動，使工作人員更好地應(yīng)對突發(fā)事件，降低不良事故的影響[1]。

1.4 優(yōu)化性

BIM的優(yōu)化性主要體現(xiàn)在信息、復(fù)雜程度以及時間三個方面。BIM模型的信息呈現(xiàn)能力極強，能夠?qū)⒔ㄖ锏膸缀?、物理、?guī)則等數(shù)據(jù)展示在三維模型當中，同時還能完成數(shù)據(jù)更新，依照建筑物變化進行數(shù)據(jù)的及時調(diào)整。而在復(fù)雜程度方面，由于參與人員本身無法全面掌握全部的建筑物數(shù)據(jù)，因此需要借助一些科技設(shè)備與信息手段，簡化工作難度，將超出人員能力極限的內(nèi)容分配到配套工具當中。在時間方面，BIM技術(shù)的信息處理效率較高，實際監(jiān)控能力極強，能夠降低設(shè)計人員的工作負擔(dān)，釋放更多的精力與注意力放在其他環(huán)節(jié)，以此縮短工作進度，提高設(shè)計質(zhì)量。

1.5 可出圖性

BIM既可以完成建筑圖紙與構(gòu)件圖紙的繪制，還能完成建筑物可視化呈現(xiàn)、模擬與協(xié)調(diào)，進一步出具不同專業(yè)圖紙以及深化內(nèi)容，確保工程數(shù)據(jù)與表達更加全面與詳細。此外，BIM技術(shù)后續(xù)研發(fā)經(jīng)費較高，成果也較少，企業(yè)之間也無法做到相關(guān)資源的共享，進一步加深了技術(shù)的應(yīng)用難度。各建筑企業(yè)在使用BIM技術(shù)前，一定要結(jié)合企業(yè)自身情況和資金預(yù)算，合理引用相關(guān)技術(shù)。

2 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計中的實踐路徑探究

2.1 策劃階段

首先，設(shè)計單位要做好BIM應(yīng)用的準備工作，掌握建設(shè)規(guī)模、成本限額等相關(guān)信息，制定科學(xué)、合理的技術(shù)實施策略，切實加強預(yù)制構(gòu)件的標準化程度，明確BIM的應(yīng)用模式，當前使用最廣泛的是以模型為主的應(yīng)用模式，需要對國外引入的BIM軟件進行二次設(shè)計，打造完整的BIM模型，實現(xiàn)圖形的自動生成。其次，要確定BIM的應(yīng)用范圍以及應(yīng)用目標，要充分結(jié)合項目特點，了解BIM技術(shù)的實施風(fēng)險，站在項目效益角度看待實際問題，充分發(fā)揮BIM模型的指導(dǎo)作用，高效完成施工模擬，保障二維圖紙的準確性，提高施工現(xiàn)場工作質(zhì)量。最后，要制定BIM應(yīng)用流程，即：前期規(guī)劃設(shè)計階段，主要以地形、氣候分析、輔助平面布局為主；前期策劃階段，需要制定概念方案；方案設(shè)計階段，需要依次建立建筑設(shè)計模型、結(jié)構(gòu)設(shè)計模型、MEP設(shè)計模型以及內(nèi)裝產(chǎn)品模型[2]。

2.2 規(guī)劃設(shè)計階段

第一，分析場地氣候條件，技術(shù)人員需利用ECOTECT建筑環(huán)境分析軟件中的氣象工具完成氣候模擬分析，充分考慮太陽輻射、地面性質(zhì)等環(huán)境因素，借助軟件工具中的氣象數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)換功能，掌握實際場地氣候狀況，為后續(xù)裝配建筑總體布局提供數(shù)據(jù)支持。第二，分析場地地形，工作人員要利用BIM場地分析程序進行三維建模，通過模擬施工場地周邊的植被狀況與地形地貌，完成基地高程與坡向的計算，借助與GIS系統(tǒng)的融合應(yīng)用，更準確地掌握建筑空間方位，并處理好與周邊地形間的關(guān)系。第三，輔助場地平面布局，設(shè)計人員要借助分析軟件ECOTECT中的陰影方位功能，模擬某一時間段建筑陰影變化規(guī)律，檢查建筑布局是否滿足日照間距標準。同時還要考慮到建筑的通風(fēng)條件是否良好，建筑布局方式與高度是否對自然通常產(chǎn)生影響。

2.3 方案設(shè)計階段

2.3.1 建筑功能模塊。首先要完成模塊單體的設(shè)計，要依照裝配式建筑空間功能、預(yù)制構(gòu)件類型將建筑整體分為樓梯、衛(wèi)生間、管井等多個模塊。之后結(jié)合功能單元條件實現(xiàn)模塊內(nèi)設(shè)計，保證各模塊受力科學(xué)、布局合理。在設(shè)計過程中要注意，上層模塊組合方式需要由次級模塊決定，模塊層次越低，模塊的機構(gòu)越簡單。同時在設(shè)計時，要建立一套具有普適性的模數(shù)協(xié)調(diào)原則與模數(shù)網(wǎng)絡(luò)，從而滿足模塊室內(nèi)部品的規(guī)格要求。利用BIM技術(shù)構(gòu)件多個裝配式建筑模型，其中一級模塊需包含基本幾何數(shù)據(jù)，二級模塊要包含建筑詮釋資料。其次要完成模塊組合設(shè)計，要求設(shè)計人員選出能夠通過模塊功能結(jié)構(gòu)接口的建筑單元模塊，并確保各模塊之間能夠?qū)崿F(xiàn)有機串聯(lián)。最后要進行建筑層設(shè)計，要求設(shè)計人員在模塊設(shè)計基礎(chǔ)上增加附屬構(gòu)件，實現(xiàn)各模塊的功能完善[3]。

2.3.2 結(jié)構(gòu)模塊。結(jié)構(gòu)模塊在設(shè)計時需要遵從分級設(shè)計的原則，確保模塊內(nèi)包含基本幾何信息以及配筋數(shù)據(jù)，依照拼裝好的建筑信息模型選取結(jié)構(gòu)模塊進行拼接設(shè)計，之后將其導(dǎo)入到分析軟件中實現(xiàn)結(jié)構(gòu)自動配筋，并根據(jù)測算結(jié)果對模型進行二次校準。若拼接設(shè)計滿足應(yīng)用需求，則鑒定為合格；若整體性與應(yīng)用標準不符，出現(xiàn)與建筑模塊的碰撞矛盾，則需對碰撞區(qū)域進行結(jié)構(gòu)模塊的重新選型。同時要注意調(diào)整后的模塊屬于二次生成的新模塊，需導(dǎo)入建筑模塊庫當中，便于后期調(diào)用。

2.3.3 MEP模塊。MEP模塊設(shè)計主要以暖通系統(tǒng)以及給排水系統(tǒng)為主，模塊模型基本與結(jié)構(gòu)模型一致，同樣需以BIM模型基礎(chǔ)作為應(yīng)用前提。在組合模塊時需要充分掌握模塊特點，確保MEP布置科學(xué)合理，并采取碰撞分析測試，若組合方式不滿足使用標準，需對MEP模塊進行設(shè)計調(diào)整。若組合方式合理，則要開展水暖水力的計算，之后根據(jù)計算結(jié)果完成MEP管線調(diào)整，進行預(yù)留洞口的設(shè)計[4]。

2.3.4 內(nèi)裝部品。一方面要理清構(gòu)件、部品與模塊間的關(guān)系，部品屬于整體組成的基本單元，屬于成品的一部分，對其進行微觀拆分，便可得到用于工業(yè)產(chǎn)品的零件與用于建筑方面的構(gòu)件，因此部品更加完整，能夠通過零構(gòu)件拼裝生產(chǎn)出半成品，并運往集中廠進行二次拼接形成成品。另一方面，要做好內(nèi)裝部品的組合設(shè)計，內(nèi)裝部品屬于建筑信息模型的三級模塊，在設(shè)計過程中需要利用BIM模型庫對其進行增刪減查等調(diào)整，若無法滿足內(nèi)裝部品的使用要求，需重新建模，將符合標準的部品模型劃入到模型庫中以備使用。此外，設(shè)計人員要充分考慮部品類型的選擇，確保其與集成樓面系統(tǒng)與架空底板相互匹配，實現(xiàn)設(shè)備管線與梁柱的一體化調(diào)整，保證建筑結(jié)構(gòu)完整。

2.4 深化設(shè)計階段

2.4.1 構(gòu)件設(shè)計。在BIM過渡階段需要將預(yù)制構(gòu)件作為設(shè)計基本單元，做好構(gòu)件內(nèi)配筋的設(shè)計，進行非幾何參數(shù)的添加，并針對構(gòu)件開展碰撞檢查，依照檢查數(shù)據(jù)對構(gòu)件采取優(yōu)化處理。而在BIM成熟階段需要將模塊作為基本單元，利用構(gòu)件標準模塊庫對構(gòu)件材料以及生產(chǎn)維護信息進行添加操作，滿足構(gòu)件在施工、運維階段的應(yīng)用需求。同時要根據(jù)上述三種模塊的組合結(jié)果開展模擬分析，檢查各構(gòu)件的安裝順序是否正確，運動軌跡是否存在異常，若發(fā)生動態(tài)碰撞，需及時進行設(shè)計調(diào)整。

2.4.2 工程量統(tǒng)計。工程管理的核心指標即是工程造價，造價管理需要將工程量統(tǒng)計，以及成本預(yù)算作為管理基礎(chǔ)，以往使用繪圖工具進行工程量統(tǒng)計的方法，會耗費工作人員大量的工作時間，由于圖紙無法存儲能夠自動計算的部件數(shù)據(jù)，需要人工依照圖紙進行信息測量與統(tǒng)計，并憑借自身專業(yè)能力與工作經(jīng)驗進行內(nèi)容判斷，容易出現(xiàn)造價結(jié)果不準確的情況。而BIM模型則不同，其本質(zhì)上屬于一個包含信息的模塊數(shù)據(jù)庫，能夠為造價人員提供造價管理過程中所需的模塊信息，以此大幅度降低工程量統(tǒng)計時間，簡化工作難度，消除潛在的計量誤差。此外，在工程量統(tǒng)計方面需要分別做好預(yù)制構(gòu)件數(shù)量統(tǒng)計，以及各項材料、模塊的類型統(tǒng)計，確保為制造廠商提供的物料清單完整、準確。

2.4.3 施工模擬。相較于以往的現(xiàn)澆建筑來說，裝配式建筑的施工速度更加優(yōu)越，若想確保施工現(xiàn)場施工效率得到有效提升，便需要合理把控施工進度。設(shè)計人員需要在BIM軟件中建立3D建筑信息模型，對各模塊與構(gòu)件增添時間條件，實現(xiàn)4D管理，之后開展施工模擬演示。

2.5 圖紙生成

與傳統(tǒng)的出圖方式不同，BIM基礎(chǔ)的出圖方法更加高效、快捷，能夠保證圖紙信息的準確，裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件通常是在工廠內(nèi)加工出來的，因此其施工圖紙需要分為兩部分完成，一部分用作預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)指導(dǎo)，內(nèi)容以三維數(shù)據(jù)以及配筋、材料的信息為主。另一部分用作現(xiàn)場施工的指導(dǎo)，包括各構(gòu)件的連接節(jié)點圖紙。

BIM技術(shù)輸出的圖紙數(shù)據(jù)與模型參數(shù)能夠保持高度統(tǒng)一，實現(xiàn)在建筑設(shè)計與施工環(huán)境的無損信息傳遞，并且裝配式建筑的出圖數(shù)量較多，BIM技術(shù)能夠有效提高該環(huán)節(jié)的出圖效率，梳理預(yù)制構(gòu)件的復(fù)雜節(jié)點，借助三維圖紙交底，簡化施工人員的工作難度，確保各項工作順利開展。除此之外，BIM技術(shù)進一步提高了圖紙的精確度，通過在以往的出圖流程上進行創(chuàng)新與優(yōu)化，實現(xiàn)信息傳遞方式的改變，做好與生產(chǎn)商關(guān)于預(yù)制構(gòu)件圖紙信息的溝通與交流，在設(shè)計前期便檢驗構(gòu)件性能與完整程度，確保出現(xiàn)問題后能夠第一時間進行相應(yīng)調(diào)整。

在生產(chǎn)階段，要求生產(chǎn)人員能夠理解設(shè)計人員的設(shè)計意圖，做好技術(shù)交底工作，借助BIM云平臺，完成設(shè)計單位與生產(chǎn)廠家的實時工作對接，確保信息的實時反饋，減少不必要的工程造價，縮短生產(chǎn)工期，借助BIM模型的提取與更新，進一步加快機械化生產(chǎn)與加工效率。同時將BIM與射頻識別技術(shù)進行融合，能夠?qū)FID標簽融入構(gòu)件當中，借助構(gòu)件生產(chǎn)管理系統(tǒng)從BIM數(shù)據(jù)庫中準確獲取構(gòu)件設(shè)計數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)信息，還能將預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)信息、存儲信息返回到BIM數(shù)據(jù)庫中，保證信息安全。以預(yù)制墻體構(gòu)件作為分析對象，在實際生產(chǎn)過程中，工作人員需要利用建筑信息模型直接讀取參數(shù)化模型信息，使墻內(nèi)鋼筋、管線布置等信息得到具象化處理，從而更直觀地查看構(gòu)件屬性，了解墻內(nèi)構(gòu)造，為后續(xù)構(gòu)件生產(chǎn)提高數(shù)據(jù)支持，避免購進在生產(chǎn)、運輸過程中出現(xiàn)信息誤差。工作人員要充分考慮實際施工進度，將生產(chǎn)信息實施反饋到生產(chǎn)管理系統(tǒng)當中，幫助設(shè)計人員優(yōu)化構(gòu)件生產(chǎn)方案，降低待料情況產(chǎn)生的可能性，防止資金的不合理使用。

BIM技術(shù)所生產(chǎn)的施工圖紙主要以建筑平面圖紙、立面圖紙、剖面圖紙為主，同時還包括結(jié)構(gòu)、MEP、預(yù)制構(gòu)件加工等圖紙，能夠針對裝配置建筑的構(gòu)件節(jié)點生成二維圖紙與三維圖紙，從而更好地實現(xiàn)施工指導(dǎo)。

3 結(jié)束語

綜上所述，通過對BIM技術(shù)特點進行分析討論，提出將其運用在裝配式建筑設(shè)計中的實踐路徑，以此打破專業(yè)壁壘，使裝配式建筑設(shè)計質(zhì)量與效率得到大幅度提升，促進建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。