盧 璐（廣州市住宅建筑設(shè)計(jì)院有限公司山西分公司，山西 太原 030009）

預(yù)制裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑在設(shè)計(jì)方法、施工周期、施工工藝、形態(tài)特征等方面存在一定的差異性[1]。預(yù)制裝配式建筑工程整體施工周期較短，對于建筑構(gòu)件質(zhì)量的要求較高，對建筑建造行業(yè)未來的穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義[2]。當(dāng)前，我國預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)方法仍然存在一定的不足，主要體現(xiàn)在建筑施工質(zhì)量偏低，預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)不夠完善[3]。為解決這一問題，本文在傳統(tǒng)裝配式建筑設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，引入BIM技術(shù)，通過BIM技術(shù)的可視化模擬功能，對預(yù)制裝配式建筑進(jìn)行全方位、全過程的設(shè)計(jì)，為促進(jìn)我國建筑行業(yè)高質(zhì)量、高效率發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

1 預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)方法

1.1 基于BIM技術(shù)設(shè)計(jì)建筑施工平面布置

建筑施工的平面布置作為預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)中的重要施工環(huán)節(jié)，對工程施工的順利進(jìn)行具有較大影響。因此，本文引入BIM技術(shù)應(yīng)用，對預(yù)制裝配式建筑施工的平面布置進(jìn)行優(yōu)先設(shè)計(jì)，最大限度滿足施工調(diào)配的相關(guān)需求。

首先，根據(jù)建筑工程施工場地的基本情況，將施工現(xiàn)場根據(jù)建設(shè)功能、施工特點(diǎn)與施工特征，劃分為多個(gè)不同的施工區(qū)域，采用BIM技術(shù)的可視化模擬功能，全方位設(shè)計(jì)并模擬施工場地的平面布置[4]?？刂剖┕^(qū)域中能夠利用的空間，用于預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸車的調(diào)動(dòng)，避免在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)二次運(yùn)輸?shù)那闆r，進(jìn)而縮短工程項(xiàng)目建設(shè)的周期[5]。建立BIM模型，實(shí)時(shí)反映施工現(xiàn)場各項(xiàng)布置的動(dòng)態(tài)變化情況[6]。將預(yù)制裝配式建筑施工的總平面圖作為輸入層，輸入到模型中，利用BIM 技術(shù)，擬建工程施工的實(shí)際地形，根據(jù)施工設(shè)備、施工材料、施工覆蓋范圍等方面的動(dòng)態(tài)變化，不斷調(diào)整施工現(xiàn)場路線、施工道路布局[7]。本文設(shè)計(jì)的預(yù)制裝配式建筑施工平面布置流程，如圖1所示。

圖1 基于BIM技術(shù)的建筑施工平面布置流程

如圖1所示，基于BIM模型模擬施工現(xiàn)場各個(gè)施工區(qū)域之間存在的關(guān)系，采用動(dòng)態(tài)視覺模擬的原理，使各個(gè)施工區(qū)域內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化實(shí)現(xiàn)可視化的目標(biāo)。首先，在施工現(xiàn)場設(shè)置雙車道，合理規(guī)劃運(yùn)輸路線；布置塔吊與群塔在施工區(qū)域中所處位置，避免塔吊運(yùn)行過程中發(fā)生碰撞現(xiàn)象；設(shè)計(jì)預(yù)制裝配式構(gòu)件的吊裝方式。對上述設(shè)計(jì)的施工平面布置進(jìn)行模擬，判斷模擬結(jié)果是否符合相關(guān)的平面布置要求，若符合平面布置要求，則輸出結(jié)果，確定裝配式建筑場地布置方案；若模擬結(jié)果不符合相關(guān)要求標(biāo)準(zhǔn)，則對布置方案不斷進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，直至符合平面布置要求為止。

1.2 裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)

在預(yù)制裝配式建筑施工平面布置設(shè)計(jì)完畢后，依據(jù)預(yù)制裝配式建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對裝配式建筑工程所需使用的預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行全方位設(shè)計(jì)。首先，將建筑的設(shè)計(jì)圖紙信息模型導(dǎo)入到BIM平臺(tái)中，包括預(yù)制構(gòu)件安裝位置、安裝數(shù)量、施工順序等，規(guī)劃預(yù)制構(gòu)件的施工工序。選取不同型號(hào)的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件，確定預(yù)制構(gòu)件的相關(guān)參數(shù)，預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

圖2 裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)流程

如圖2所示，首先，利用BIM技術(shù)，建立預(yù)制裝配式建筑構(gòu)件數(shù)據(jù)庫；基于BIM模型運(yùn)行的實(shí)際情況，在數(shù)據(jù)庫中提取預(yù)制構(gòu)件相關(guān)數(shù)據(jù)信息；獲取建筑預(yù)制構(gòu)件中心線的位置參數(shù)；基于預(yù)制構(gòu)件中心線的位置參數(shù)，生成裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)預(yù)制裝配式建筑的實(shí)際建設(shè)情況與特征，不斷修正預(yù)制構(gòu)件的參數(shù)值；根據(jù)裝配式建筑各個(gè)施工階段，將生成的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件劃分在各個(gè)施工階段中，并使用BIM技術(shù)的模擬功能，模擬施工視圖。參數(shù)化創(chuàng)建裝配式建筑預(yù)制板，結(jié)合預(yù)制構(gòu)件二維設(shè)計(jì)圖，將預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的全過程可視化呈現(xiàn)給技術(shù)人員，直接讀取預(yù)制構(gòu)件參數(shù)化模型中涵蓋的各項(xiàng)信息，獲取預(yù)制構(gòu)件在裝配式建筑中應(yīng)用的屬性，得出預(yù)制構(gòu)件安裝中的搭接方式，為預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)與施工提供精確的信息。在BIM模型中，增設(shè)構(gòu)件拼裝圖、主體結(jié)構(gòu)圖與透視圖，自動(dòng)生成構(gòu)件各個(gè)剖面的深化詳圖。采用BIM 技術(shù)，模擬預(yù)制構(gòu)件生成、運(yùn)輸、安裝的整體流程，完善預(yù)制構(gòu)件數(shù)據(jù)信息的完整性。

1.3 裝配式建筑施工方案設(shè)計(jì)

裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)結(jié)束后，對裝配式建筑施工的整體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，對裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行匹配操作，與施工現(xiàn)場的實(shí)際條件進(jìn)行匹配，避免在施工方案設(shè)計(jì)中出現(xiàn)偏差，分別從裝配式建筑施工技術(shù)、施工進(jìn)度以及庫存計(jì)劃三個(gè)方面進(jìn)行施工方案設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的裝配式建筑施工方案設(shè)計(jì)流程，如圖3所示。

圖3 裝配式建筑施工方案設(shè)計(jì)流程

如圖3所示，綜合考慮施工設(shè)備與施工構(gòu)件的承載力，在構(gòu)件對應(yīng)吊點(diǎn)位置進(jìn)行分析，避免影響裝配施工的進(jìn)度與質(zhì)量；優(yōu)化構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接與預(yù)留預(yù)埋參數(shù)，合理布置預(yù)制裝配式鋼筋，基于精細(xì)化施工原理，埋入預(yù)留預(yù)埋件，在預(yù)埋與吊裝結(jié)束后，對預(yù)制構(gòu)件實(shí)行碰撞檢查，避免預(yù)制構(gòu)件發(fā)生碰撞問題，降低預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量。利用BIM技術(shù)，采集裝配式建筑施工的信息數(shù)據(jù)，并進(jìn)行整合處理，基于可持續(xù)設(shè)計(jì)分析原理，規(guī)劃裝配式建筑施工體系與施工空間，實(shí)現(xiàn)建筑施工的綜合協(xié)調(diào)。利用BIM 可視化功能與流體力學(xué)，分析并模擬預(yù)制裝配式建筑室內(nèi)外氣流、風(fēng)環(huán)境與溫度場情況，根據(jù)模擬情況與特征，不斷調(diào)整預(yù)制裝配式建筑的尺寸與外形，判斷施工方案是否滿足工程建設(shè)需求，若滿足工程建設(shè)需求，采用綜合分析的方法，最終確定最優(yōu)的施工方案，全方位提高裝配式建筑的空間體驗(yàn)感與質(zhì)量；若不滿足工程建設(shè)需求，則循環(huán)上述設(shè)計(jì)步驟，直至確定最優(yōu)施工方案為止。綜上所述，為本文提出的預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)方法的整體流程，全方位實(shí)現(xiàn)預(yù)制裝配式建筑最優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

2 對比分析

為了對上述提出的預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)方法的有效性做出進(jìn)一步客觀分析，進(jìn)行了如下所示的實(shí)驗(yàn)。選取某地區(qū)X 建筑工程項(xiàng)目為研究對象，該建筑工程項(xiàng)目規(guī)模較大，面積約為264105.3m2，建筑中的PC構(gòu)件以疊合樓板、預(yù)制樓梯與疊合陽臺(tái)板為主，本工程為裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)，采用的裝配式建筑技術(shù)應(yīng)用有：現(xiàn)場采用鋁模板、疊合樓板、預(yù)制樓梯、疊合陽臺(tái)板、成品隔墻板、輕質(zhì)條板隔墻、全裝修交房、廚衛(wèi)采用集成吊頂及瓷磚薄貼墻面、豎向管線與墻體分離、全過程BIM技術(shù)應(yīng)用（加分項(xiàng)），符合標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配式施工、一體化裝修、信息化管理的工業(yè)化建筑基本特征。X建筑工程的概況，如表1所示。

表1 X裝配式建筑工程概況

如表1中的工程概況所示，該建筑工程中應(yīng)用了大量的裝配式建筑技術(shù)，在滿足建筑裝配率的前提下，通過工程項(xiàng)目增加裝配式建筑評價(jià)中“全過程BIM 技術(shù)應(yīng)用”的鼓勵(lì)加分項(xiàng)，增大了裝配式建筑的綜合評價(jià)分值。建立X建筑施工平面布置模型，選取適用于X裝配式建筑工程的布置方案，使用Revit 技術(shù)，根據(jù)場地地形條件與特征，規(guī)劃設(shè)計(jì)施工現(xiàn)場建筑主體結(jié)構(gòu)標(biāo)高。由于建筑工程項(xiàng)目中，使用的預(yù)制構(gòu)件數(shù)量較多，管線埋設(shè)與分布相對密集，采用建筑施工場地動(dòng)態(tài)管理的方式，結(jié)合BIM 可視化技術(shù)，不斷切換場地視角，實(shí)時(shí)觀察并記錄建筑結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)構(gòu)造。綜合考慮現(xiàn)場施工作業(yè)的情況，布設(shè)吊臂半徑與施工要求相符的塔吊，對施工環(huán)境進(jìn)行反復(fù)模擬與校驗(yàn)，保證塔吊運(yùn)行施工的安全。在裝配式建筑施工過程中，使用BIM 模型對建筑結(jié)構(gòu)各個(gè)部位進(jìn)行碰撞檢測，針對存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改與完善，直至碰撞風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)消除為止，保障建筑工程施工的安全。利用BIM 技術(shù)中的排版功能，對裝配式建筑砌體工程進(jìn)行排版設(shè)計(jì)，確定墻面砌體的布局、尺寸、構(gòu)造柱位置等參數(shù)信息，獲取更加直觀的裝配式建筑砌體排列效果。最后，結(jié)合BIM 模型與BIM 軟件，基于建筑施工要求與標(biāo)準(zhǔn)，共同模擬整個(gè)工程施工的過程，計(jì)算建筑工程的裝配率，并判斷是否達(dá)到相關(guān)要求與標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)與施工中存在的問題，并做出優(yōu)化改進(jìn)，達(dá)到提高施工效率與建筑質(zhì)量的目標(biāo)。

在此基礎(chǔ)上，采用對比分析的方法，在滿足建筑最低裝配率的基礎(chǔ)上，將本文全過程BIM技術(shù)應(yīng)用的預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)方法，與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行對比分析，分別對比應(yīng)用兩種設(shè)計(jì)方法后，X建筑工程項(xiàng)目各個(gè)樓棟建筑的裝配率與預(yù)期建設(shè)工期，結(jié)果如表2所示。

表2 兩種建筑設(shè)計(jì)方法裝配率對比結(jié)果

根據(jù)表2的對比結(jié)果可知，在兩種預(yù)制裝配式建筑方法中，本文提出的設(shè)計(jì)方法較傳統(tǒng)方法相比不僅能增大裝配式建筑的綜合評價(jià)分值，而且在運(yùn)用BIM 技術(shù)后對應(yīng)的增量成本較降低，且本文設(shè)計(jì)方法所需的建設(shè)周期較短，更加具有優(yōu)勢。

3 結(jié)語

綜上所述，為了改善傳統(tǒng)裝配式建筑設(shè)計(jì)方法建筑品質(zhì)偏低、施工周期與成本較高的問題，本文在傳統(tǒng)裝配式建筑設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，引入BIM技術(shù)，提出了一種更加高效的預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)方法。通過本文的研究，打破了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法在施工工藝與施工環(huán)境方面的限制，分別實(shí)現(xiàn)了對建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量、成本與進(jìn)度三個(gè)方面優(yōu)化的目標(biāo)，提升了我國裝配式建筑行業(yè)動(dòng)態(tài)管理水平，促進(jìn)了裝配式建筑設(shè)計(jì)與施工的協(xié)同發(fā)展。