BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張少馳

中國(guó)建筑第八工程局有限公司 江蘇 南京 210000

1 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)是指建筑信息模型，它是基于3D數(shù)字技術(shù)，收集建筑整個(gè)生命周期的信息，然后創(chuàng)建建筑的3D模型。該技術(shù)在現(xiàn)代建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用，可以大大簡(jiǎn)化相關(guān)單位的規(guī)劃、建設(shè)、監(jiān)理等相關(guān)工作。BIM技術(shù)的本質(zhì)是將數(shù)字信息應(yīng)用到建設(shè)項(xiàng)目的全過程中，營(yíng)造一體化的管理模式，確保有效的施工監(jiān)理、資源管理和使用，將項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)降至最低。在當(dāng)前建筑行業(yè)快速發(fā)展的背景下，節(jié)能環(huán)保的需求日益增加，使得裝配式建筑成為行業(yè)發(fā)展的主要方向。與傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)相比，裝配式建筑效率更高，尤其是BIM技術(shù)的廣泛應(yīng)用，可以創(chuàng)建信息模型，在施工、運(yùn)維等過程中交換信息，保障決策的科學(xué)、有效性。

2 BIM技術(shù)主要功能與裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 BIM技術(shù)的主要功能

2.1.1 優(yōu)化工程設(shè)計(jì)。BIM技術(shù)具有可視化的特征優(yōu)勢(shì)，對(duì)建筑物的物理結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行數(shù)字化處理后，創(chuàng)造出線條和空間的多維表現(xiàn)形式，進(jìn)而彌補(bǔ)了人類想象力不足的缺陷。它在復(fù)雜建筑項(xiàng)目的建設(shè)起著至關(guān)重要的作用。此外，可視化功能在工程設(shè)計(jì)的探討有利于實(shí)現(xiàn)初步設(shè)計(jì)的優(yōu)化與完善；實(shí)現(xiàn)多方互動(dòng)參與，更方便地管理構(gòu)件參數(shù)計(jì)算與信息，并為高效、高質(zhì)量的設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1]。

2.1.2 精確功能預(yù)判。在BIM技術(shù)模擬性特征基礎(chǔ)上，可以用4D和5D技術(shù)模擬建筑物的基本功能，如節(jié)能模擬、緊急疏散模擬、陽光模擬、導(dǎo)熱模擬等，它可以作為未來建設(shè)和改進(jìn)的預(yù)先指定計(jì)劃。當(dāng)然，它在控制項(xiàng)目成本和改進(jìn)原計(jì)劃設(shè)計(jì)方面也發(fā)揮著重要作用。事實(shí)證明，BIM技術(shù)的預(yù)測(cè)功能蘊(yùn)含著前瞻性和綜合性的管理理念，其前瞻性特性可以將建設(shè)項(xiàng)目的各方面與傳統(tǒng)的概率通信方式相結(jié)合，轉(zhuǎn)向精確把握與預(yù)先管理。

2.1.3 容錯(cuò)性較強(qiáng)。綜合上述兩個(gè)技術(shù)特性，BIM技術(shù)的容錯(cuò)性也比較高，其源于技術(shù)本身的設(shè)計(jì)過程。即系統(tǒng)在各種因素的共同影響下，擁有了強(qiáng)大的不斷提升和優(yōu)化能力。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)原因、新的建筑設(shè)計(jì)條件、新的功能需求以及主客觀各種因素的改變，才能根據(jù)原有建筑設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，采用參數(shù)控制，對(duì)原有建筑設(shè)計(jì)作出全面的完善與優(yōu)化，從而合理地評(píng)價(jià)相關(guān)成果。在此基礎(chǔ)上，建筑總體工程設(shè)計(jì)才能得到完善與提高，以達(dá)到最佳的建設(shè)效果。

2.2 裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括多方面內(nèi)容。首先，從設(shè)計(jì)的整體角度來看，要明確建筑類型、構(gòu)件類型、構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)、聯(lián)合設(shè)計(jì)等因素，同時(shí)要特別注意各類建筑的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。例如板材、盒式、骨架板材等。其次，關(guān)于具體的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都有自己比較完善的標(biāo)準(zhǔn)體系。例如，成本控制、規(guī)模和項(xiàng)目定位都包含在技術(shù)規(guī)劃中。又比如：在為零件的加工制作圖紙時(shí)，不僅要加強(qiáng)與施工各方的聯(lián)系，還要一些特殊項(xiàng)目的相關(guān)要求，充分考慮預(yù)制裝配式建筑構(gòu)件的臨時(shí)設(shè)施安裝問題、管線預(yù)埋問題等。結(jié)構(gòu)裝配的設(shè)計(jì)不僅影響著構(gòu)件本身的質(zhì)量，也關(guān)系到項(xiàng)目整體施工品質(zhì)。最后，從施工管理的角度來看，預(yù)制設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的過程控制性，并且基于預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)的約束，促進(jìn)了一體化設(shè)計(jì)、工業(yè)制造、裝配式建筑和一體化精整。除了技術(shù)操作，還要認(rèn)識(shí)到生產(chǎn)效率、節(jié)能環(huán)保等價(jià)值觀的重要性。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

3.1 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)用

與傳統(tǒng)建筑有所不同，在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要考慮的兩方面內(nèi)容就是預(yù)制構(gòu)件預(yù)埋和預(yù)留過程，這一環(huán)節(jié)的施工需要大量設(shè)計(jì)師的團(tuán)結(jié)協(xié)作，同時(shí)對(duì)溝通的效率和及時(shí)性提出了較高的要求。以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)劃平臺(tái)，支持設(shè)計(jì)師之間的協(xié)作與溝通、建筑信息的高效聯(lián)動(dòng)、規(guī)劃方案的同步適配。在具體的工作中，設(shè)計(jì)師可以廣泛利用云技術(shù)和BIM技術(shù)，將BIM模型的信息快速傳輸?shù)郊傻腂IM設(shè)計(jì)平臺(tái)，通過碰撞測(cè)試和自動(dòng)糾錯(cuò)解決不同學(xué)科之間的沖突和差距。同時(shí)，B1M技術(shù)的聯(lián)合設(shè)計(jì)，使得信息參數(shù)同步成為可能，方便專業(yè)設(shè)計(jì)師調(diào)整設(shè)計(jì)方案。

3.2 BIM技術(shù)在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)中的應(yīng)用

在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程中，BIM技術(shù)的主要用途體現(xiàn)在以下兩方面：一方面，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)流程中必須同時(shí)涵蓋了建造和設(shè)計(jì)兩個(gè)主要階段。為提高預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)信息的實(shí)際可信度，建筑制造商可以通過直接從BIM模型中獲取各種結(jié)構(gòu)的詳細(xì)尺寸信息，進(jìn)而制訂科學(xué)合理的制造規(guī)劃。在這些情形下，應(yīng)該在制造的同時(shí)將過程狀態(tài)傳遞到施工單位。此外，制造商還必須在生產(chǎn)中將RFID芯片用于各種設(shè)計(jì)，并在其中存儲(chǔ)尺寸、材料類型、安裝位置等信息，這也可以為后續(xù)的施工和管理工作提供便利。另一方面，對(duì)裝配式建筑的模型測(cè)試和生產(chǎn)過程進(jìn)行分析和優(yōu)化。裝配式建筑的規(guī)劃完成后，規(guī)劃部門必須與制造商共享BIM模型中各個(gè)預(yù)制構(gòu)件的信息，便于制造商快速開展生產(chǎn)活動(dòng)，進(jìn)而提高施工效率。為保證數(shù)據(jù)信息與零部件成品系統(tǒng)的有效對(duì)接，信息處理參數(shù)可存儲(chǔ)為條形碼，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，方便企業(yè)進(jìn)行試生產(chǎn)。

3.3 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工中的應(yīng)用

在裝配式的施工建設(shè)中，BIM技術(shù)也可以進(jìn)行倉儲(chǔ)管控、現(xiàn)場(chǎng)綜合管控以及施工流程的優(yōu)化。尤其是在預(yù)制件的庫存管理方面，通過應(yīng)用BIM技術(shù)和RFID技術(shù)，能夠大大提高預(yù)制件的檢驗(yàn)工作效率，并進(jìn)行電子化、自動(dòng)檢驗(yàn)，從而減少因人工檢驗(yàn)造成的質(zhì)量差錯(cuò)。同時(shí)，建筑施工者也能夠在整個(gè)檢驗(yàn)流程中隨時(shí)隨地查看有關(guān)預(yù)制構(gòu)件的信息，以確定正確的安裝方式[2]。其次，BIM技術(shù)還能夠在現(xiàn)場(chǎng)管理中仿真裝配式建筑物的施工作業(yè)過程，施工人員也能夠使用該功能更進(jìn)一步地熟悉并了解技術(shù)運(yùn)用的基本要領(lǐng)，尤其是在某些關(guān)鍵部位的裝配式建筑物部件的裝配過程，其復(fù)雜程度允許施工人員進(jìn)行反復(fù)的定向訓(xùn)練。另外，BIM技術(shù)還可用來在工地上智能規(guī)劃道路，從而提升交通運(yùn)輸效能。最后，可以優(yōu)化施工工藝，BIM技術(shù)的3D模型可以轉(zhuǎn)化為5D模。在此基礎(chǔ)上，建筑單位可以高效地對(duì)資源消耗進(jìn)行建模，進(jìn)而制定動(dòng)態(tài)的施工管理計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工的全面掌控。

3.4 BIM技術(shù)在裝配式建筑中的后期運(yùn)行維護(hù)

首先，BIM技術(shù)可用于管理設(shè)備的維護(hù)。例如，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，管理人員可以使用B1M的綜合數(shù)據(jù)管理和應(yīng)急管理功能，準(zhǔn)確定位火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，明確火災(zāi)所需的材料，使滅火變得更加容易。在進(jìn)行設(shè)備維護(hù)時(shí)，可以從 BIM模型中快速檢索現(xiàn)成組件所需的設(shè)備信息并聯(lián)系制造商。其次，管理設(shè)備品質(zhì)和能耗。BIM技術(shù)可幫助智能裝配式建設(shè)等信息化工作，設(shè)備管理者也能夠使用RFID技術(shù)對(duì)預(yù)制件質(zhì)量進(jìn)行快速了解來自構(gòu)件生產(chǎn)商、運(yùn)輸和安裝人員的相關(guān)信息，以便迅速精確地監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量問題。另外，BIM技術(shù)還能夠進(jìn)行裝配式建筑的綠色維護(hù)管控，例如，使用裝配式部件中的RFID信號(hào)實(shí)時(shí)追蹤建筑內(nèi)的物料消耗，或者通過BIM軟件在模型中分析使用情況。甚至在建筑的拆除階段，BIM技術(shù)也能夠成為建筑資源分類的重要手段，確保資源節(jié)約。

4 裝配式建筑的發(fā)展現(xiàn)狀

在裝配式建筑領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)尚處于起步階段，能夠組裝構(gòu)件的制造商相對(duì)較少，制造技術(shù)和配置不能達(dá)到理想的生產(chǎn)要求。相關(guān)技術(shù)人才和勞動(dòng)力相對(duì)稀缺，裝配式建筑的人工成本高于傳統(tǒng)施工方式，更不利于市場(chǎng)的發(fā)展。此外，裝配式建筑的開發(fā)應(yīng)用模型尚未形成，尚未完全進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，離建筑一體化的目標(biāo)還相距甚遠(yuǎn)。在管理標(biāo)準(zhǔn)方面還存在許多不足之處，不能完全控制和跟蹤裝配式房屋的生產(chǎn)需求，制造業(yè)對(duì)質(zhì)量安全的要求進(jìn)一步收緊?？偟膩碚f，現(xiàn)在正在慢慢探索裝配式建筑的發(fā)展。

5 BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用措施

5.1 注重流程再造，強(qiáng)化優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)

基于裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程要點(diǎn)和BIM技術(shù)的信息集成特性，首先需要明確應(yīng)用范圍，這就需要我們從項(xiàng)目各方面管理入手，重新設(shè)計(jì)和規(guī)劃操作流程，充分利用BIM技術(shù)的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)、多種溝通功能，保證二者在相互促進(jìn)中實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。首先要呈現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)計(jì)元素的智能化；其次，要對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)過程實(shí)行綜合管理，從設(shè)計(jì)規(guī)劃到完成，必須把原設(shè)計(jì)看成一個(gè)整體，協(xié)調(diào)各專業(yè)之間的各種相互關(guān)系。規(guī)范、良好的設(shè)計(jì)協(xié)同工作，確保所有結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)在項(xiàng)目中有序進(jìn)行。此外，還需要突出溝通、反饋和多方利益相關(guān)者的功能，確保設(shè)計(jì)內(nèi)容為多方接受。

5.2 明確問題導(dǎo)向，強(qiáng)化實(shí)際應(yīng)用

在建筑施工中運(yùn)用BIM技術(shù)時(shí)，重點(diǎn)是要解決裝配式建筑在設(shè)計(jì)與規(guī)劃中存在的問題，并以問題為導(dǎo)向，加強(qiáng)對(duì)不足之處的認(rèn)識(shí)。由于我國(guó)裝配式建筑施工技術(shù)應(yīng)用時(shí)間較短，在實(shí)際應(yīng)用仍面臨一些挑戰(zhàn)和難題。第一，關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制問題。如砂漿錨栓嵌入鋼筋、套管、搭接孔前角度不精確，遺漏節(jié)點(diǎn)或結(jié)節(jié)堵塞，夾芯板錨栓松動(dòng)等。第二，一刀切情況嚴(yán)重。如果超過了裝配式結(jié)構(gòu)的規(guī)格，都會(huì)導(dǎo)致工作量和施工成本的增加。第三，自身特點(diǎn)和規(guī)律不明確。例如，標(biāo)準(zhǔn)化工作或節(jié)點(diǎn)圖的剛性復(fù)制在裝配式房屋的設(shè)計(jì)和施工中并沒有成為科學(xué)的設(shè)計(jì)規(guī)范體系，其在降低成本和提高施工效率方面的作用尚不清楚。因此，BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑設(shè)計(jì)時(shí)，首先要消除各方面的不足，糾正其發(fā)展中的錯(cuò)誤，進(jìn)一步深化設(shè)計(jì)方案，嚴(yán)格把控關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量和工藝[3]。

5.3 采取必要的經(jīng)濟(jì)措施

將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式房屋結(jié)構(gòu)質(zhì)量管理，采取必要的經(jīng)濟(jì)措施，結(jié)合當(dāng)前市場(chǎng)環(huán)境和建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際狀況，制定科學(xué)的重大經(jīng)濟(jì)對(duì)策，全方位規(guī)劃資金需求，確保任何資金都能從中受益，真正發(fā)揮出優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，制定BIM技術(shù)質(zhì)量管理專項(xiàng)資金，實(shí)施資金合理使用，并進(jìn)行相應(yīng)的記錄和管理控制。在專項(xiàng)資金執(zhí)行要求的框架內(nèi)提供項(xiàng)目質(zhì)量管理資金。此外，在開展經(jīng)濟(jì)活動(dòng)時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)優(yōu)質(zhì)人員的管理，建立有效的獎(jiǎng)懲機(jī)制，對(duì)表現(xiàn)突出的優(yōu)質(zhì)人員給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)，以調(diào)動(dòng)員工的工作積極性和積極性，進(jìn)而提高工作質(zhì)量和效率。只有這樣才能為裝配式建筑的建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)保障。

6 結(jié)束語

通過文章分析得知，裝配式建筑設(shè)計(jì)中科學(xué)合理運(yùn)用BIM技術(shù)，可以進(jìn)一步提升裝配式建筑行業(yè)整體的質(zhì)量和效率，有助于裝配式建筑行業(yè)朝著更好、更快的方向發(fā)展。兩者的結(jié)合不應(yīng)局限于單獨(dú)的技術(shù)或流程聯(lián)動(dòng)，而應(yīng)著眼于BIM技術(shù)在更高層次的裝配式建筑屋整體規(guī)劃過程中的功能和意義，從而發(fā)揮其更大的技術(shù)價(jià)值。