王祥翔

（華東建筑設計研究院安徽分公司）

將BIM 技術應用到裝配式建筑項目中，可以為施工人員提供更便捷的施工條件。BIM 技術在裝配式規(guī)劃階段、建筑設計階段、構件生產階段、施工階段和運營階段的有效應用，從整體上改善了不同施工環(huán)節(jié)存在的問題，提升了項目的整體施工質量，創(chuàng)造了更有利的發(fā)展空間。

一、相關概念簡介

1.技術簡介

BIM 技術是以建設項目的各種信息數據為模型庫，構建建筑模型的信息技術，是通過數字信息模擬建筑實際信息的科學技術。BIM 技術是一種綜合技術，包含了計算機仿真技術、虛擬仿真技術、3D 可視化技術等許多先進技術。BIM 技術的主要優(yōu)點是信息的完整性、一致性、相關性、模擬、可視化、協(xié)調、優(yōu)化和繪圖。在建筑設計、施工或項目管理中，BIM 技術是一個非常重要的應用領域。

2.預制裝配式混凝土結構建筑簡介

裝配式混凝土結構建筑是裝配式建筑的主要類型，又稱PC 建筑。裝配式建筑是指將施工所需的各種構件在工廠組裝好，運到施工現場進行組裝施工的建筑。可以將裝配式建筑的各種結構部件與設備部件進行比較，建造過程類似于設備的生產過程。首先，零件在工廠生產，然后將零件組合起來制造設備。裝配式混凝土結構的主要預制件是混凝土結構件，在工廠進行預處理和制造，然后運到施工現場進行現場組裝，無需現場澆筑混凝土。

二、BIM 技術在裝配式建筑結構設計中應用的優(yōu)勢

1.提升設計效率

借助BIM 技術，行業(yè)設計師可以加速裝配式建筑設計工作，從以往的二維設計向虛擬三維設計轉變。該技術顯示了建筑的墻體信息和屋頂結構的細節(jié)，更容易展示設計者的想法和要求，對后續(xù)建設項目的改進和整體發(fā)展有明顯的影響。BIM 設計軟件包括Sketchup、Rhinoceros 等，在實際工作中經常使用，需要設計師根據設計要求和現場實際情況來選擇軟件。原則是充分表明建筑特征和由此產生的應用效果，減少后續(xù)施工過程中設計變更的可能性。一種常見的設計實踐是使用BIM 技術設計一個三維建筑模型，并代表建筑物的所有空調和電氣系統(tǒng)。在實施裝配式建筑設計過程中，工作人員必須嚴格按照設計要求，充分滿足相關要求，同時借助BIM 技術提高設計效率。

2.減少誤差

在引入BIM 技術之前，建筑行業(yè)的工程設計工作通常使用較為傳統(tǒng)的工作方法，這種設計方法的錯誤是不可避免的。建筑項目借助可視化模型，使設計人員可以更直觀地了解設計結果，并與最終的建筑效果進行對比分析，在正式施工開始前提前發(fā)現并解決設計問題。這種工作方式可以對成本控制起到有益的作用，降低審圖人員的工作壓力，可以避免大部分人為因素造成的審圖問題，即使發(fā)現問題也可以及時修改。

3.協(xié)同作業(yè)

BIM 技術的影響使工程師更容易共享建筑設計信息，由BIM 技術創(chuàng)造的信息和數據是開放和共享的。如果技術人員可以使用該技術建立信息共享平臺并上傳他們設計的建筑模型，他們可以在設計過程中修改建筑模型以優(yōu)化項目。所有參與設計的人員都可以同時獲得建設項目的3D 規(guī)劃信息，互動渠道也比較暢通，要深化設計，只需在同一渠道規(guī)劃建筑模型即可。同一個平臺內容可以支持設計人員負責不同的設計內容，可以輕松實現分工協(xié)作，按照統(tǒng)一標準進行設計，達到提高設計精度的目的。

4.BIM 技術有利于節(jié)約資源和保護生態(tài)環(huán)境。

裝配式建筑結構體系主要包括裝配式混凝土結構、鋼結構和木結構，其中裝配式混凝土結構體系還包括外墻板結構、裝配式框架結構、裝配式剪力墻結構和裝配式框架剪力墻混合結構體系。現有施工方式的許多現場工作轉移到工廠，零件在工廠加工制造并運輸到施工現場，通過穩(wěn)定的連接方式在現場組裝和安裝施工零件，實現建筑住宅產業(yè)化，構建綠色、環(huán)保、低碳、節(jié)能建筑。BIM 技術在裝配式房屋設計中將越來越突出，主要是履行保護生態(tài)環(huán)境的生態(tài)功能。上述生態(tài)環(huán)境問題將成為近年來BIM 技術在裝配式房屋設計中的主要內容和重要性。

三、預制裝配式住宅中BIM 技術作用

1.虛擬建筑的創(chuàng)建

BIM 技術在裝配式房屋中的有效應用首先，為了構建BIN 建筑模型，市場上有很多針對BIM 技術的軟件，所以在構建虛擬模型時，需要為BIM 建筑模型創(chuàng)建和選擇軟件。因此，在構建模型時，需要對相關參數進行綜合分析，利用科技手段和對參數進行有效處理，最終順利進行參數化施工，提高BIM 構建質量。BIM 中的建筑模型測試還可以模擬建筑施工過程，即通過建筑模型定義施工方法，模擬施工過程，及時發(fā)現和預防實際施工中的隱患。也就是說，BIM 技術的成功引入，可以避免施工過程中出現的問題，不影響施工進度。

2.解決建筑設計問題

在設計預制房屋時，為了使圖紙更有效，設計師需要多層繪制。首先需要繪制一個平面圖形，然后繪制一個三維圖。這不僅會浪費大量的精力和時間，還會影響設計的質量。因此，通過應用BIM 技術，可以解決建筑設計中存在的問題，在提高設計師工作量、專注于設計的同時，最大限度地提高設計質量。由于BIM 技術具有重要的可視化功能，這樣設計人員可以更直觀地了解施工項目，并根據實際需要精確調整施工圖的位置和角度，使最終形成的圖紙更加準確和可靠。

四、BIM 技術在裝配式建筑深化設計中的現狀問題

與傳統(tǒng)模式相比，裝配式建筑具有更多的裝配式構件生產流程，因此需要更精細、更高效率、更好的協(xié)同效應和更低的深度設計錯誤率。通過BIM 技術的融合與發(fā)展，裝配式建筑的深度設計進一步提高了工作效率。但是，實際項目也存在問題。1.在詳細設計中，BIM 必須溝通、協(xié)調、獲取大量信息，耦合度高。這些信息主要來自業(yè)主、設計機構、制造商和施工單位，BIM 技術將這些信息帶入3D 模型中，用于碰撞檢測、進度模擬和協(xié)同優(yōu)化。數據和信息的導入需要統(tǒng)一的流程和原則，否則在深度設計中，每個參與者都會不斷地攜帶自己的專業(yè)數據，從而混淆信息，影響運行的順利進行。2.目前國內主流的BIM 軟件是國外軟件Autodesk 的Revit，經過國內軟件開發(fā)公司的多次工程實踐和努力，Revit 也在不斷的適應更適合，使用中文本地化。目前Revit 在建模方面比較成熟，但在圖紙方面與國家標準仍有一定差距，缺乏相關族庫和模板文件，軟件基礎數據無法根據中文進行調整。3.裝配式建筑的裝配式構件數量應在詳細設計之初進行分類，減少重復工作。當各方都深入參與到項目中時，預制構件可以在單一設計的基礎上創(chuàng)造出更多形狀相似但尺寸不同的產品，使用BIM 技術手動建模和繪制這些構件會導致許多迭代和機械的工作。4.BIM 技術搭建模型平臺后，信息和數據必須基于模型進行傳遞和整合，以促進深度設計中各領域的協(xié)同工作。但是，目前主流的BIM 設計軟件在信息交流方面還存在一些問題。單個模型的信息傳遞和整合效率高，其他模型的信息無法有效溝通。尤其是裝配式建筑，需要在總裝模型中鏈接組裝多個預制構件模型，而BIM 技術不擅長提取這種裝配鏈接信息。

五、基于BIM 技術下的裝配式建筑設計

1.BIM 與標準化設計

（1）標準化BIM 構件庫的建立

預制結構的一個共同特點是標準化的預制零件或組件在工廠制造，然后運到施工現場進行全面組裝。預制房屋的設計必須根據其特點量身定制。在裝配式建筑的BIM 應用中，需要模擬工廠加工方式，以“裝配式構件模型”的形式進行系統(tǒng)集成和表示。這需要為預制建筑構建一個BIM 組件庫?？傮w而言，BIM 構件庫是以大數據為核心，利用虛擬運算和先進科學技術構建預制建筑BIM 構件庫。BIM 虛擬組件的數量、類型和規(guī)格可以繼續(xù)增長，標準預制組件庫可以逐步構建。

（2）可視化設計

與使用BIM 的傳統(tǒng)建筑類似，裝配式建筑的BIM 應用程序通過視覺設計促進人機友好協(xié)作和更復雜的設計?？梢暬O計將實現模型與設計的實際結果進行比較，有效避免因設計錯誤或檢測錯誤而造成的損失。可視化設計將設計結果提前以模型的形式展示出來，便于低成本檢測和修正設計方案。

（3）BIM 構件拆分設計

為滿足BIM 技術“多組合、少規(guī)格”的要求，實現對預制構件類型的有效控制，必須按照工廠的設計和生產要求對構件進行嚴格劃分，有效完成工廠的生產。為了在裝配式房屋施工現場進行組裝，需要說明BIM 零件劃分設計的原理，同時在施工圖的BIM 模型中直接建立深層模型，對整個施工過程進行劃分。通過制作預制構件并根據需要直接加工，完成預制構件的有效施工和預制構件的加固設計。借助BIM 技術模型建立隔斷設計，提供構件之間的視覺連接關系，有效改進隔斷設計，有效減少外觀設計的盲點和2D 圖紙設計過程中的錯誤。同時，該模型可以防止數據丟失，從而保證設計數據的高效傳輸。

（4）BIM 協(xié)同設計

BIM 模型采用三維信息模型作為集成平臺，適用于各行業(yè)技能水平的協(xié)同工作。BIM 模型還包括建筑的材料信息、工藝設備信息和成本信息。

2.完善BIM 建筑數據庫，整合施工流程

BIM 技術廣泛應用于建筑領域，在裝配式建筑設計的應用中，首先要建立完整的數據庫，為后續(xù)的建筑設計和施工提供參考。數據庫建設要注重裝配式施工過程的整合，在BIM 平臺中增加裝配件、電氣設備和施工設備。由于數據庫信息的復雜性，BIM 系統(tǒng)必須按照不同的程序和類別，將每個設計環(huán)節(jié)作為統(tǒng)一的標準記錄表進行管理。同時，施工過程的整合必須利用BIM 技術的分層模塊化特性，將通過三維處理方法設計的平面施工方案轉化為三維動態(tài)模型，方便設計人員及時發(fā)現問題并盡快解決。

3.基于BIM 數據鏈接技術的裝配式建筑設計

裝配式建筑的整個生命周期包括生產、設計和施工等多個階段。BIM 技術允許將一個建筑項目中的許多施工環(huán)節(jié)視為分層。比如專門從事建筑結構、水暖工程等部分，整合和共享這些環(huán)節(jié)的信息和數據，在3D 和4D 的設計理念下，展示各個環(huán)節(jié)的施工方案，員工可以清晰直觀的對施工設計方案進行分析。由于這種方法不同于傳統(tǒng)的二維設計，可以進一步提高施工方案的設計質量，提高工作效率。通過基于BIM 技術構建組成資源庫，整合建設項目的所有信息，包括設計、生產、材料運輸、裝配和施工規(guī)劃管理，這種管理方式可以有效避免信息傳遞中的錯誤，降低數據信息丟失或數據信息不匹配錯誤的風險。

4.BIM 三維模型的構建

在確定了裝配式混凝土房屋的設計方向后，需要根據施工單位提供的各種數據，利用BIM 技術構建3D 模型。在搭建3D 模型的時候可以使用refit 和tela 軟件，這些都是比較成熟的BIM3D 模型建模軟件，CAD 等軟件可以快速搭建預制混凝土房屋的3D 模型。根據獲得的預制混凝土房屋建筑數據，設計師使用refitArehiteciu 和refitMEP 初步搭建了預制混凝土房屋的整個建筑結構，以及水管、電氣設備、HVAC 設備等的模型?？筛鶕罱▎挝惶峁┑臄祿M行建模，保證搭建的3D 模型的可靠性。為了快速完成建模，設計師必須充分利用模型網站，選擇可用的模型材料，并對其進行簡單的加工和修改，以提高建模效率。建模完成后，可以使用telaSixuctures 將現有模型轉換為BIM 可識別的IFC 格式，最終構建BIM3D 模型。裝配式混凝土房屋的BIM 三維模型形成后，即可進行圖紙審查和碰撞試驗。

5.碰撞試驗

BIM 技術為預制混凝土房屋的設計提供4D 測試和5D測試，模擬預制混凝土房屋的整個過程，包括設計、施工和竣工階段。尤其是裝配式混凝土在建筑材料的生產、性能測試和消耗中發(fā)揮著重要作用，而基于BIM 技術的碰撞試驗的目的是設計出預期的設計目標來檢驗裝配式混凝土房屋的施工質量。改進的碰撞測試，如BIM 技術，可以通過預制混凝土房屋的Architectural Layout 節(jié)點進行，各種測試數據可以輸入到tela、Sixuctures 中，可以啟動碰撞測試。根據碰撞試驗結果，可以詳細了解裝配式混凝土建筑各節(jié)點的試驗信息，通過對試驗信息的分析，檢驗預期的設計目標。BIM 技術可以有效地發(fā)現和修改建筑結構節(jié)點，在創(chuàng)建圖紙之前減少修改圖紙的工作量。

6.預制構件詳圖設計

生產預制構件前，廠家需要對設計圖紙進行二次深度設計，抽樣可以確認鋼模尺寸誤差小，預埋件連接位置更準確。傳統(tǒng)的詳細設計通常采用二維圖紙，而裝配式結構的詳細圖紙可以通過BIM 技術轉化為三維模型?？蚣艿亩S尺寸可以變得更加清晰，組件在復雜空間中的位置關系變得更加清晰。在這個過程中應用BIM 技術的巨大優(yōu)勢在于可以在后期修改設計，當通過BIM 技術修改預制件模型時，藍圖會自動更新，提高設計效率和準確性。

7.建立和優(yōu)化結構模型

在完成一個相對完整的預制混凝土結構構件庫后，就應該開始正式的預制預制混凝土結構的設計。具體的設計過程需要充分利用構件庫，根據實際設計要求從構件庫中選擇合適且具有成本效益的預制混凝土結構構件，并使用選定的構件對預制混凝土進行數字模擬，建立總體規(guī)劃和相應的結構模型。如果在構件庫中找不到更合適的預制混凝土結構構件，則必須根據實際設計要求重新設計特殊構件，并及時將新設計的構件添加到構件庫中。此外，為保證結構設計方法的安全性和可靠性，在將BIM 技術應用于裝配式混凝土結構設計時，需要對已建立的結構模型進行綜合分析，充分利用該技術的可視化功能，不斷調整和優(yōu)化結構模型。如果在結構模型的分析過程中，選擇的組件不合適，則必須重新發(fā)現、選擇或設計組件，直到適合預制混凝土結構項目。

六、結束語

綜上所述，裝配式建筑在節(jié)能、環(huán)保、成本控制等方面優(yōu)勢明顯，即從平面、結構節(jié)點等關鍵環(huán)節(jié)的設計入手，進行優(yōu)化，為提高施工質量提供有效保障。采用BIM 技術后，由于該技術在信息化、可視化方面的優(yōu)勢，可在裝配式建筑設計中實施，可全面提高設計工作實施效率，減少低效成本投入，并最終促進工程準備、建設和后續(xù)維護等相關環(huán)節(jié)正在逐漸向一體化轉變。