BI M技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

任亞華

（星際空間（天津）科技發(fā)展有限公司，天津 300384）

1 引言

BIM 技術(shù)在建筑行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用， 它能夠協(xié)助人們更好地管理建筑工程。特別是在裝配式建筑設(shè)計(jì)中，BIM 技術(shù)還能利用模型和分析協(xié)助設(shè)計(jì)師更直接地理解建筑內(nèi)涵，并為他們創(chuàng)造交流和探討的平臺(tái)， 從而大大提高質(zhì)量和工作效率。 由于運(yùn)用BIM 軟件管理系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的快速調(diào)整，并且由于BIM 技術(shù)具備數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的能力，即可實(shí)現(xiàn)技術(shù)參數(shù)的實(shí)時(shí)變化，從而大幅提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期，為裝配式建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展帶來了強(qiáng)大的支持。

2 BI M技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

2.1 促進(jìn)協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM 技術(shù)將建筑設(shè)計(jì)方案通過3D 模型進(jìn)行展示， 設(shè)計(jì)人員和相關(guān)參與者可以在同一平臺(tái)上協(xié)同工作、 交流和探討設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)的精度和質(zhì)量。 在裝配式建筑設(shè)計(jì)中，各專業(yè)設(shè)計(jì)可以通過BIM 技術(shù)進(jìn)行集成和協(xié)調(diào)，避免專業(yè)之間的誤差和沖突，從而實(shí)現(xiàn)快速且準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)[1]。

2.2 提高設(shè)計(jì)效率

BIM 技術(shù)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)能力， 設(shè)計(jì)人員可以通過3D 模型實(shí)時(shí)調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)， 這樣可以大大提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期，為裝配式建筑的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐。

2.3 模擬施工過程

通過BIM 技術(shù)，能夠?qū)⒔ㄖＰ娃D(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)時(shí)可視化的形式，模擬施工中的各類情景，預(yù)測(cè)可能會(huì)發(fā)生的實(shí)際問題，為方案的優(yōu)化提供可靠的參考。 特別是在裝配式建筑設(shè)計(jì)中，BIM 技術(shù)能夠模擬出模塊化安裝的過程， 依據(jù)情況對(duì)模板加以調(diào)節(jié)，從而合理提升施工效率和品質(zhì)[2]。

2.4 實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理

BIM 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的全過程管理， 提高項(xiàng)目管理的效率和質(zhì)量。在裝配式建筑設(shè)計(jì)中，BIM 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)建筑構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化管理，確保構(gòu)件生產(chǎn)的精度和質(zhì)量，提高整個(gè)建筑施工的效率和準(zhǔn)確性。

2.5 優(yōu)化設(shè)計(jì)過程的具體方式

BIM 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)建筑設(shè)計(jì)全過程的數(shù)字化， 通過建立三維模型， 在設(shè)計(jì)的每個(gè)階段， 設(shè)計(jì)人員都能夠?qū)崟r(shí)查看模型，優(yōu)化和修改設(shè)計(jì)方案。 同時(shí)，BIM 技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)模型的信息共享， 建筑專業(yè)的各個(gè)設(shè)計(jì)人員之間可以實(shí)現(xiàn)信息交流和協(xié)同設(shè)計(jì)。 通過這些，可以提高設(shè)計(jì)過程的效率和精度。

2.6 減少工期和成本

裝配式建筑構(gòu)件的制造和安裝工序具有重復(fù)性和規(guī)?；卣鳎珺IM 技術(shù)能夠幫助設(shè)計(jì)人員提高工作效率， 減少人力、物力和時(shí)間的浪費(fèi)，降低成本。

2.7 提高設(shè)計(jì)質(zhì)量

BIM 技術(shù)能夠全面、 精確地展示建筑設(shè)計(jì)的各個(gè)細(xì)節(jié)和組成部分， 設(shè)計(jì)人員可以通過模擬和仿真實(shí)現(xiàn)建筑方案的優(yōu)化和完善， 避免因施工過程中出現(xiàn)的不確定因素而造成建筑質(zhì)量問題。 同時(shí)，在裝配式建筑中，BIM 技術(shù)還能對(duì)構(gòu)件之間的配合精度進(jìn)行檢測(cè)和控制，保證裝配質(zhì)量。

2.8 促進(jìn)建筑設(shè)計(jì)可視化的發(fā)展

建筑設(shè)計(jì)需要應(yīng)對(duì)工程建設(shè)領(lǐng)域的技術(shù)門檻， 同時(shí)需要讓其他非專業(yè)人員理解設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖。 在實(shí)際應(yīng)用中，需要將設(shè)計(jì)成果展示給施工隊(duì)伍中的非專業(yè)人員， 以便共同參與施工。BIM 技術(shù)通過可視化的特點(diǎn)，可以以模型的形式有效展示設(shè)計(jì)成果，并幫助非專業(yè)人員理解設(shè)計(jì)師的真實(shí)意圖，提高施工過程中的精度，降低施工項(xiàng)目的返工概率。 同時(shí)，BIM技術(shù)可以促進(jìn)建筑設(shè)計(jì)的視覺化發(fā)展， 通過模擬形式讓其他領(lǐng)域的工作人員更好地了解建筑設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)成果， 提高建筑設(shè)計(jì)的可視性。

3 BI M技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

3.1 創(chuàng)建預(yù)制構(gòu)件的數(shù)據(jù)庫

BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要應(yīng)用是創(chuàng)建預(yù)制構(gòu)件的數(shù)據(jù)庫。

在傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)中，每個(gè)預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都是獨(dú)立的，缺乏統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，難以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)和批量生產(chǎn)。而使用BIM 技術(shù)創(chuàng)建預(yù)制構(gòu)件的數(shù)據(jù)庫， 可以將所有預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)參數(shù)、生產(chǎn)工藝和材料等信息統(tǒng)一管理，形成一個(gè)可重復(fù)使用的標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫，方便施工方進(jìn)行快速選擇和組裝。

在創(chuàng)建預(yù)制構(gòu)件數(shù)據(jù)庫時(shí)， 首先需要收集和整理所有可能使用的預(yù)制構(gòu)件的參數(shù)信息，包括構(gòu)件的尺寸、材料、強(qiáng)度、質(zhì)量、裝配方式、工藝等。 然后通過BIM 軟件將這些信息輸入數(shù)據(jù)庫中， 形成一個(gè)可以進(jìn)行快速查詢、 篩選和選擇的數(shù)據(jù)庫。 當(dāng)需要在設(shè)計(jì)中使用預(yù)制構(gòu)件時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以直接從數(shù)據(jù)庫中選擇符合要求的構(gòu)件， 避免了從頭開始設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的重復(fù)工作，提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

3.2 BI M模型構(gòu)件

構(gòu)建BIM 模型是BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的重要應(yīng)用之一。 BIM 模型是指利用BIM 軟件進(jìn)行建筑模型的三維建模，該模型可以包括建筑的結(jié)構(gòu)、電氣、給排水等多種設(shè)計(jì)元素，實(shí)現(xiàn)了多方面的信息整合和交流，如圖1 所示。

圖1 建筑信息模型

構(gòu)建BIM 模型可以分為以下步驟。

1）收集數(shù)據(jù)。在構(gòu)建BIM 模型之前，需要收集設(shè)計(jì)所需的所有數(shù)據(jù)，如地形、建筑設(shè)計(jì)方案、建筑物大小、各種參數(shù)等。

2）建立模型。 將收集到的數(shù)據(jù)輸入BIM 軟件中，建立建筑物的三維模型，包括各個(gè)構(gòu)件的形狀、尺寸、材料和位置等信息。

3）添加屬性。 對(duì)于每個(gè)構(gòu)件，可以添加更多的屬性，如材質(zhì)、顏色、重量、價(jià)格等。 這些屬性便于在后續(xù)設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)中進(jìn)行查詢和管理。

4）建立關(guān)聯(lián)。 在BIM 模型中，每個(gè)構(gòu)件都可以建立關(guān)聯(lián)，如電氣系統(tǒng)與墻壁、地板之間的關(guān)聯(lián)。 這些關(guān)聯(lián)可以使建筑物的各個(gè)部分在模型中保持同步，并且可以方便地進(jìn)行更改。

5）進(jìn)行分析。 利用BIM 軟件便于進(jìn)行各種分析，如建筑物的質(zhì)量、重心、應(yīng)力等分析，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。

6）將BIM 模型可導(dǎo)出為各種格式，如圖紙、渲染圖像、工程圖等，以滿足不同領(lǐng)域的需求。

3.3 拆分建筑構(gòu)件

建筑構(gòu)件的拆分是指將整體的BIM 模型中的構(gòu)件逐層拆分，轉(zhuǎn)化為逐層的預(yù)制構(gòu)件或工業(yè)化構(gòu)件。 拆分的目的是方便進(jìn)行裝配式建筑的生產(chǎn)和施工。 在BIM 模型中，通過對(duì)構(gòu)件進(jìn)行拆分，可以將構(gòu)件的各個(gè)部分進(jìn)行細(xì)化和標(biāo)準(zhǔn)化，使得在實(shí)際的施工過程中可以更加方便地進(jìn)行生產(chǎn)和裝配[3]。

在拆分構(gòu)件的過程中，需要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行分類和分層，并對(duì)其進(jìn)行細(xì)節(jié)劃分和標(biāo)準(zhǔn)化處理。 這包括將構(gòu)件分解為若干小部件、將構(gòu)件按照其形狀進(jìn)行分類、按照其用途進(jìn)行分層，以及對(duì)構(gòu)件的詳細(xì)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

此外，構(gòu)件拆分還需要考慮工廠化生產(chǎn)的要求。 拆分后的構(gòu)件需要滿足工廠化生產(chǎn)的要求，如尺寸標(biāo)準(zhǔn)化、零件數(shù)量減少等，從而實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，為裝配式建筑的生產(chǎn)和施工提供便利。

3.4 創(chuàng)建鋼筋模型

BIM 技術(shù)的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是可以幫助設(shè)計(jì)師快速且準(zhǔn)確地創(chuàng)建鋼筋模型，如圖2 所示。 在傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師需要通過手繪或使用CAD 軟件繪制鋼筋圖紙，這個(gè)過程既費(fèi)時(shí)又容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。 而BIM 技術(shù)可以通過三維建模軟件輕松地創(chuàng)建鋼筋模型，提高了設(shè)計(jì)效率和精度[4]。

圖2 鋼筋模型

BIM 技術(shù)創(chuàng)建鋼筋模型的過程通常包括以下步驟。

1）創(chuàng)建結(jié)構(gòu)模型。在BIM 軟件中創(chuàng)建完整的結(jié)構(gòu)模型，包括墻、柱、梁、板等構(gòu)件，以及其他結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，如開口、洞口等。

2）添加鋼筋。 在模型中添加鋼筋，并指定每個(gè)鋼筋的大小、長度、位置等參數(shù)。 通?？梢酝ㄟ^BIM 軟件中的鋼筋庫來添加鋼筋。

3）調(diào)整鋼筋。 根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)鋼筋進(jìn)行調(diào)整，如修改鋼筋直徑、長度、位置等參數(shù)。

4）創(chuàng)建鋼筋圖。 根據(jù)模型中的鋼筋信息，自動(dòng)生成鋼筋圖紙。 這些圖紙可以直接用于施工過程中的鋼筋加工和安裝。

5）優(yōu)化設(shè)計(jì)。 通過鋼筋模型和鋼筋圖紙，可以更容易地發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)計(jì)中的問題，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。 例如，在模型中發(fā)現(xiàn)鋼筋太密集或太稀疏，可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整[5]。

3.5 布置預(yù)埋件

BIM 技術(shù)可用于預(yù)埋件布置的優(yōu)化和管理。 在裝配式建筑設(shè)計(jì)中，預(yù)埋件的正確布置至關(guān)重要，因?yàn)轭A(yù)埋件的位置和大小直接影響構(gòu)件的制造和安裝。 如果預(yù)埋件布置不當(dāng)，可能導(dǎo)致構(gòu)件制造錯(cuò)誤，安裝時(shí)需要增加額外的工作和成本，甚至?xí)绊懡ㄖY(jié)構(gòu)的安全。

BIM 技術(shù)通過創(chuàng)建預(yù)埋件模型， 可以幫助設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行預(yù)埋件布置的優(yōu)化和管理。 預(yù)埋件模型包含預(yù)埋件的類型、位置、數(shù)量、大小和其他重要參數(shù)，可以被其他BIM模型和設(shè)計(jì)軟件直接引用和調(diào)用， 從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和協(xié)同。 設(shè)計(jì)師可以實(shí)時(shí)檢查預(yù)埋件的布置情況，識(shí)別和糾正設(shè)計(jì)中的問題，確保預(yù)埋件的正確布置，并最終提高裝配式建筑的質(zhì)量和效率。

4 結(jié)語

BIM 技術(shù)在裝配式建筑工程設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要作用，它不僅能夠大大提高設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)品質(zhì)量， 還能形成一個(gè)完善的數(shù)據(jù)信息資源庫，為設(shè)計(jì)者帶來更可靠的數(shù)據(jù)分析支持，使他們更加精準(zhǔn)地完成工程設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)空間、構(gòu)件尺度和外形，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的最佳綜合優(yōu)化。 通過將其應(yīng)功能用于建筑模型，能夠?qū)崿F(xiàn)工程設(shè)計(jì)的可視化展示，從而有效地進(jìn)一步優(yōu)化和調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，并且將其進(jìn)行結(jié)構(gòu)的分拆，顯著提升裝配施工的效率和質(zhì)量。