BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計中的研究與實踐

李 敏

中核第四研究設(shè)計工程有限公司 河北 石家莊 050021

信息技術(shù)的發(fā)展，推動了建筑設(shè)計行業(yè)的進(jìn)步，建筑設(shè)計行業(yè)當(dāng)前與信息技術(shù)已經(jīng)深度融合，能夠提升設(shè)計方案科學(xué)性，尤其是對于裝配式建筑而言，BIM技術(shù)具有良好的應(yīng)用效果，能夠使得裝配式建筑設(shè)計方案更加直觀化、立體化，能將更多的設(shè)計細(xì)節(jié)充分展現(xiàn)，在BIM建筑信息模型中，整個過程都是可視化的，有利于在建筑物建造前期對各專業(yè)的碰撞問題進(jìn)行協(xié)調(diào)，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，進(jìn)而對設(shè)計方案進(jìn)行整體性優(yōu)化，提升裝配式建筑設(shè)計質(zhì)量。為此，需要明確BIM技術(shù)的具體應(yīng)用方式，掌握技術(shù)應(yīng)用要點，對于建筑設(shè)計行業(yè)發(fā)展具有重要作用。

1 BIM技術(shù)及裝配式建筑概述

1.1 BIM技術(shù)概述

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是一種以建筑信息為核心，采用三維數(shù)字化建模技術(shù)，集成建筑設(shè)計、施工、管理和維護等各個環(huán)節(jié)的一種現(xiàn)代化建筑技術(shù)。在應(yīng)用過程中，通過信息化平臺，以數(shù)據(jù)的方式呈現(xiàn)建筑設(shè)計方案，使得各項細(xì)節(jié)更加直觀與全面地展現(xiàn)出來。BIM技術(shù)將建筑各個環(huán)節(jié)的信息進(jìn)行統(tǒng)一的建模和管理，實現(xiàn)信息互通和共享。BIM技術(shù)的核心是建筑信息模型，模型包括建筑物的幾何形狀、材料、施工工藝、構(gòu)件參數(shù)、維修保養(yǎng)等方面的信息，建筑信息模型不僅是一個建筑物的三維模型，更是一個全方位的建筑物信息數(shù)據(jù)庫。BIM技術(shù)的特點是將建筑各個環(huán)節(jié)進(jìn)行了有機整合，建立單一工程數(shù)據(jù)源，確保信息的準(zhǔn)確性和一致性，實現(xiàn)項目各參與方之間的信息交流和共享。從根本上解決項目各參與方基于紙介質(zhì)方式進(jìn)行信息交流形成的“信息斷層”和應(yīng)用系統(tǒng)之間“信息孤島”的問題，有效地降低建筑物設(shè)計和施工的成本和風(fēng)險。例如在設(shè)計階段：實現(xiàn)三維設(shè)計。能夠根據(jù)3D 模型自動生成各種圖形和文檔，而且始終與模型邏輯相關(guān)，當(dāng)模型發(fā)生變化時，與之關(guān)聯(lián)的圖形和文檔將自動更新；設(shè)計過程中所創(chuàng)建的對象存在著內(nèi)建的邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系，當(dāng)某個對象發(fā)生變化時，與之關(guān)聯(lián)的對象隨之變化。在施工階段：實現(xiàn)集成項目交付IPD（Integrated Project Delivery ）管理，著眼于項目的全生命期，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行虛擬設(shè)計、建造、維護等，實現(xiàn)建設(shè)項目施工階段工程進(jìn)度、人力、材料、設(shè)備、成本和場地布置的動態(tài)集成管理及施工過程的可視化模擬。在計算機上執(zhí)行建造過程，虛擬模型可在實際建造之前對工程項目的功能及可建造性等潛在問題進(jìn)行預(yù)測，包括施工方法實驗、施工過程模擬及施工方案優(yōu)化等。在建筑物使用和維護階段：可以快速、準(zhǔn)確地查詢建筑物信息，提高了建筑物的使用效率和維護效果[1]。

1.2 裝配式建筑的基本概念分析

裝配式建筑是指在工廠、車間等集中生產(chǎn)制造建筑構(gòu)件，將預(yù)制構(gòu)件運到工地現(xiàn)場，再通過簡單的組裝或拼接，完成建筑的施工和組裝。該建筑方式可以減少工地施工時間和現(xiàn)場污染，提高建筑質(zhì)量和施工效率，逐漸成為建筑工程中的主流施工模式。裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑方式相比，具有如下幾項特點：（1）工廠化生產(chǎn)。裝配式建筑是在工廠、車間等集中生產(chǎn)制造建筑構(gòu)件，與傳統(tǒng)建筑方式不同，不需要在現(xiàn)場進(jìn)行大量的加工和制造，工廠化生產(chǎn)方式可以提高生產(chǎn)效率，降低制造成本，同時也能夠控制施工質(zhì)量。（2）組裝簡單。裝配式建筑的施工方式比傳統(tǒng)建筑方式更加簡單，建筑構(gòu)件在工廠制造完成后，只需要運到現(xiàn)場，再進(jìn)行簡單的組裝和拼接，就可以完成建筑的組裝，該施工方式可以大幅度縮短施工周期，減少現(xiàn)場工人的勞動強度。（3）環(huán)保節(jié)能。裝配式建筑的生產(chǎn)和施工過程中，可以減少對環(huán)境的污染，因為該施工方式減少了現(xiàn)場的施工噪音、粉塵等污染源。同時，裝配式建筑的構(gòu)件制造材料更加環(huán)保，能夠降低建筑對環(huán)境的影響；由于裝配式建筑的建筑構(gòu)件制造和運輸都比較規(guī)范，因此能夠更好地控制建筑能耗和節(jié)能[2]。（4）安全性更好。裝配式建筑的施工方式更加安全可靠，可以降低了現(xiàn)場的施工噪音、粉塵等危險源，減少工人受傷的概率；建筑構(gòu)件在制造和運輸過程都經(jīng)過了規(guī)范化控制，能夠大大減少施工現(xiàn)場的事故。

2 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計中的重要作用分析

BIM技術(shù)是一種綜合性的數(shù)字化建筑設(shè)計與管理工具，其在裝配式建筑設(shè)計中具有重要的作用，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）提高設(shè)計效率。傳統(tǒng)建筑設(shè)計需要使用2D圖紙，而BIM技術(shù)可以快速生成3D建模，有效提高了設(shè)計效率。在裝配式建筑中，BIM技術(shù)可以幫助設(shè)計人員更好地控制構(gòu)件尺寸和精度，從而提高裝配效率和精度。（2）提高設(shè)計質(zhì)量。BIM技術(shù)可以通過可視化和模擬等方式幫助設(shè)計人員更好地理解建筑結(jié)構(gòu)和性能，避免設(shè)計上的錯誤和遺漏。在裝配式建筑中，BIM技術(shù)可以幫助設(shè)計人員明確構(gòu)件的拼接和裝配方式，避免設(shè)計缺陷和質(zhì)量問題。（3）促進(jìn)協(xié)同設(shè)計和施工。BIM技術(shù)可以實現(xiàn)多方面的協(xié)同設(shè)計，將設(shè)計、施工、材料采購等各方面的信息整合在一起，方便各參建單位的溝通和協(xié)作。在裝配式建筑中，BIM技術(shù)可以幫助設(shè)計人員和施工方更好地協(xié)同工作，提高裝配效率和施工質(zhì)量。（4）優(yōu)化建筑管理。BIM技術(shù)可以幫助建筑管理員實現(xiàn)更精細(xì)化的建筑管理，包括建筑維護、安全監(jiān)測和節(jié)能管理等方面，BIM技術(shù)可以有效識別危險源，還能夠?qū)崿F(xiàn)對危險處理方案的編制與優(yōu)化，提高維護效率和節(jié)能效果。（5）降低建筑成本。BIM技術(shù)可以通過虛擬建模和模擬分析等方式，幫助設(shè)計人員更好地優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)和材料，從而降低建筑成本，BIM技術(shù)可以實現(xiàn)對成本的科學(xué)化管控，幫助編制成本管理方案，優(yōu)化構(gòu)件設(shè)計和制造流程，從而降低裝配成本。

3 裝配式建筑傳統(tǒng)設(shè)計模式中存在的主要問題分析

近些年來，裝配式建筑因其綠色、節(jié)能、快速施工等優(yōu)勢，成為建筑行業(yè)的一個新熱點，但是目前我國裝配式建筑仍然處于發(fā)展初期，傳統(tǒng)設(shè)計模式中依然存在一些主要問題，不僅影響裝配式建筑的開發(fā)和應(yīng)用，同時限制了行業(yè)的發(fā)展。首先，在傳統(tǒng)的建筑設(shè)計中，設(shè)計人員主要是通過二維平面圖紙和手工模型等方式進(jìn)行設(shè)計，該設(shè)計方式存在誤差和不足之處，例如設(shè)計圖紙的縮放比例不一致、設(shè)計人員手誤等等，誤差可能導(dǎo)致裝配式構(gòu)件的尺寸偏差，從而影響安裝質(zhì)量。其次，裝配式建筑由多個構(gòu)件組成，構(gòu)件之間的連接為關(guān)鍵所在，在傳統(tǒng)設(shè)計模式中，構(gòu)件的連接通常是通過焊接、螺栓等方式連接的，該連接方式需要現(xiàn)場加工，存在加工難度大、加工時間長、精度難以保證等問題，而且焊接等工藝對于構(gòu)件的材質(zhì)也有一定的要求，所以在傳統(tǒng)設(shè)計模式下，結(jié)構(gòu)連接可能存在一定的質(zhì)量問題。第三，傳統(tǒng)的建筑設(shè)計模式需要進(jìn)行大量的手工繪圖和模型制作，設(shè)計周期長，效率低下，且在對設(shè)計進(jìn)行修改時，需要重新制作圖紙和模型，不僅費時費力，而且容易出現(xiàn)誤差。在裝配式建筑的開發(fā)過程中，低效的設(shè)計模式可能導(dǎo)致開發(fā)周期變長，增加了成本和風(fēng)險。最后，傳統(tǒng)設(shè)計模式下，設(shè)計人員需要對所有細(xì)節(jié)進(jìn)行考慮和把握，但是由于人為因素和設(shè)計工具的限制，設(shè)計質(zhì)量難以保證，設(shè)計人員可能會遺漏一些重要的細(xì)節(jié)或者產(chǎn)生錯誤的判斷，從而導(dǎo)致裝配式建筑的安全性和穩(wěn)定性受到影響。

4 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計中的具體應(yīng)用措施分析

基于上文的分析可以看到，裝配式建筑與BIM技術(shù)的融合發(fā)展，能夠有效推動裝配式建筑設(shè)計質(zhì)量提升，在現(xiàn)代建筑工程設(shè)計行業(yè)中具有重要的作用，但是由于缺乏實踐經(jīng)驗，在具體應(yīng)用過程中還存在著一些問題，導(dǎo)致BIM技術(shù)的優(yōu)勢沒有充分發(fā)揮，所以需要結(jié)合裝配式建筑的基本特征，對技術(shù)應(yīng)用方式進(jìn)行優(yōu)化與創(chuàng)新。因此，本文依據(jù)實踐工作經(jīng)驗，總結(jié)如下多項BIM技術(shù)的具體應(yīng)用措施：

4.1 在圖紙設(shè)計中的應(yīng)用

BIM技術(shù)可以實現(xiàn)對建筑物的三維建模，在裝配式建筑的圖紙設(shè)計中，設(shè)計人員可以使用BIM軟件進(jìn)行建模，通過預(yù)設(shè)模型庫或自己設(shè)計模型，生成建筑物的三維模型，可以更加直觀地展現(xiàn)建筑物的設(shè)計方案，各專業(yè)之間可以更好地進(jìn)行協(xié)作。BIM技術(shù)可以實現(xiàn)對建筑物構(gòu)件的參數(shù)化設(shè)計，在裝配式建筑的圖紙設(shè)計中，設(shè)計人員可以在BIM軟件中設(shè)置建筑構(gòu)件的參數(shù)，例如構(gòu)件的材料、尺寸、安裝方式等。通過該方式，可以快速、精準(zhǔn)地生成構(gòu)件圖紙，避免了手工繪圖的繁瑣和出錯風(fēng)險。BIM技術(shù)還可以實現(xiàn)裝配式建筑的構(gòu)件庫管理，在BIM軟件中可以建立裝配式建筑構(gòu)件的庫存信息，包括庫存數(shù)量、庫存位置、材料規(guī)格等，助于設(shè)計人員更好地管理建筑構(gòu)件，實現(xiàn)構(gòu)件的重復(fù)利用和快速拼裝。BIM技術(shù)還可以實現(xiàn)裝配式建筑的自動化布局，在BIM軟件中可以設(shè)置構(gòu)件的排列方式、拼裝順序等參數(shù)，通過算法自動計算最優(yōu)的構(gòu)件布局方式，從而能夠提高建筑的裝配效率，減少工期和人力成本[3]。

4.2 在規(guī)劃與調(diào)整中的應(yīng)用

在裝配式建筑的規(guī)劃與調(diào)整中，涉及到多個領(lǐng)域和多個專業(yè)的知識，因此需要各方的協(xié)同合作，BIM技術(shù)可以實現(xiàn)多個專業(yè)之間的信息共享和協(xié)同設(shè)計，從而實現(xiàn)高效的合作與協(xié)作，各專業(yè)可以通過BIM軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入和輸出，實現(xiàn)對規(guī)劃與調(diào)整過程的實時協(xié)同，協(xié)同的結(jié)果也可以在模型中得到立體展示，方便設(shè)計人員進(jìn)行對設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)整。BIM技術(shù)可以通過3D模型展現(xiàn)建筑設(shè)計的各項細(xì)節(jié)，使得規(guī)劃與調(diào)整的結(jié)果呈現(xiàn)在屏幕上，方便設(shè)計人員進(jìn)行模型瀏覽和評估，在設(shè)計過程中可以對重點內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，更好地理解裝配式建筑的結(jié)構(gòu)和組成，從而提升設(shè)計方案合理性與科學(xué)性。

4.3 在鋼筋設(shè)計中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在裝配式建筑的鋼筋設(shè)計中，可以進(jìn)行三維建模，利用三維建?？梢钥焖贅?gòu)建出建筑結(jié)構(gòu)的立體模型，有利于設(shè)計人員快速定位和檢查建筑結(jié)構(gòu)的缺陷，包括鋼筋的尺寸和布置；在對鋼筋結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行檢驗時，可以更加充分地展現(xiàn)出各項細(xì)節(jié)問題，且能夠在模型中對設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)整，整體過程便捷性較好。在傳統(tǒng)的建筑鋼筋設(shè)計中，需要手動對鋼筋進(jìn)行標(biāo)注和繪制，但是在采用BIM技術(shù)之后，鋼筋的繪制和標(biāo)注可以進(jìn)行自動化處理，不僅能夠節(jié)約時間，而且還能夠降低人為出錯的風(fēng)險；自動化鋼筋繪制也可以對鋼筋進(jìn)行快速的調(diào)整和修改，設(shè)計人員只需要輸入對應(yīng)的數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)設(shè)計方案的自動優(yōu)化。BIM技術(shù)還可以在鋼筋設(shè)計中提供可視化的鋼筋預(yù)覽功能，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員可以對鋼筋的尺寸、數(shù)量、分布等進(jìn)行調(diào)整和修改，通過BIM技術(shù)，設(shè)計人員可以實時地查看鋼筋設(shè)計效果，確保所存在的問題能夠及時發(fā)現(xiàn)。平臺具有良好的計算與檢驗?zāi)芰?，在裝配式建筑鋼筋設(shè)計中，鋼筋數(shù)量的計算是一項重要環(huán)節(jié)，涉及到建筑的穩(wěn)定性和安全性，通過BIM技術(shù)，能夠避免計算結(jié)果出現(xiàn)偏差，以此為基礎(chǔ)對設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)整，并能夠準(zhǔn)確地估算出建筑結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性[4]。

4.4 在組織管理設(shè)計中的應(yīng)用

首先，在裝配式建筑設(shè)計中，各專業(yè)之間需要進(jìn)行有效的協(xié)同，BIM技術(shù)能夠提供共享平臺，使得各專業(yè)之間能夠更好地協(xié)同工作；BIM模型中包括建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管道、電氣等所有專業(yè)的設(shè)計信息，每個專業(yè)都可以在同一個平臺上進(jìn)行設(shè)計和交流，避免了信息的重復(fù)輸入和交叉修改，提高設(shè)計效率和準(zhǔn)確性；BIM模型可在建筑物建造前期對各專業(yè)的碰撞問題進(jìn)行協(xié)調(diào)，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，提供出來，通過共同討論和協(xié)作解決設(shè)計問題，提高協(xié)同效果。其次，BIM技術(shù)還可以用于裝配式建筑的進(jìn)度管理，在裝配式建筑中，各組件的制造、運輸、安裝等工作都需要按照一定的進(jìn)度進(jìn)行，BIM技術(shù)可以在模型中設(shè)置各個組件的制造、運輸、安裝等時間節(jié)點，并根據(jù)節(jié)點進(jìn)行進(jìn)度計算，從而能夠在設(shè)計階段就預(yù)測和規(guī)劃好各個工序的時間，避免了后期工作的延誤和不必要的浪費。再次，裝配式建筑需要嚴(yán)格控制各種資源的使用，比如材料、工人、機械等，BIM技術(shù)可以在模型中建立各種資源的信息庫，并對其進(jìn)行管理和優(yōu)化，例如在模型中可以對各種材料的數(shù)量、類型、用途等進(jìn)行管理，實現(xiàn)材料的精準(zhǔn)計算和精細(xì)管理。在模型中可以模擬各種情況下的資源利用情況，比如模擬施工進(jìn)度、材料需求量等，從而實現(xiàn)資源的科學(xué)配置和高效利用[5]。最后，BIM技術(shù)在裝配式建筑組織管理中還可以用于信息交流，裝配式建筑中涉及到的信息較多，包括設(shè)計圖紙、施工圖紙、技術(shù)規(guī)范、施工方案、進(jìn)度計劃等等，BIM技術(shù)可以將信息統(tǒng)一到一個平臺上，使得各方可以更加便捷地獲取和分享信息，能夠提升溝通交流效率，實現(xiàn)協(xié)同化設(shè)計的目標(biāo)，是BIM技術(shù)具有的重要作用。

5 結(jié)束語

綜上所述，信息技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了與建筑設(shè)計行業(yè)的深度融合，尤其是在BIM技術(shù)得以全面應(yīng)用后，為建筑設(shè)計行業(yè)提供了新型工具，可以實現(xiàn)對裝配式建筑設(shè)計的全面優(yōu)化。本文簡要闡述了BIM技術(shù)與裝配式建筑的基本內(nèi)涵，并對BIM技術(shù)的重要作用進(jìn)行分析，總結(jié)了裝配式建筑傳統(tǒng)設(shè)計中存在的問題，最后提出多項BIM技術(shù)的具體應(yīng)用方式，希望可以對建筑工程行業(yè)起到一定的借鑒與幫助作用，不斷提升建筑設(shè)計質(zhì)量。