探討基于BIM模塊化設計方法在裝配式建筑中的應用

康思誠

（中國水利水電第八工程局有限公司 湖南長沙 410000）

引言

隨著科學技術的不斷發展，建筑行業與信息技術的聯系增加，BIM新理念應運而生，打破了傳統設計方法在住宅產業化方面的制約，使建筑成本得到有效降低，推動著建筑設計朝著信息化、參數化的方向飛速發展。在BIM模塊化設計背景下，通過“搭積木”的方式將模型單元拼裝起來，形成建筑整體模型，不但使設計效率得到顯著提升，還能夠促使建筑產業化的生產鏈變得更加完善。

1 BIM模塊化設計的概念與原理

1.1 概念

模塊化設計以模塊為基礎，通過“搭積木”的方式將模塊組合成一系列標準化的模型，也可以在性能、結構上有所差異，充分適應不同用戶的需求。在建筑設計中，模塊化設計更傾向于對各類功能空間進行劃分，使相同功能空間處于同一單元當中，并對單元模塊進行集成，使建筑完成從單元到整體的轉變。目前，在許多公寓住宅、醫院、酒店、教學樓等建筑中得到了廣泛應用。

1.2 原理

對于不同功能的構件來說，在BIM模塊化設計的方式上也不盡相同，主要原理為：根據業主的相關要求，由設計單元負責制定建筑方案，使建筑中的各項功能能夠與戶主需求相符合，建筑設計人員根據各項功能從模型庫中挑選出相應的模塊，并根據一定的拓撲結構進行整合，從而實現對功能模塊的設計；在設備模型的選擇上應遵循拓撲結構，對各類整體模型進行整合，使其具有較強的專業性，在BIM設計平臺上構建整體模型，對其進行協調、碰撞檢測、優化處理，使其真正成為一個專業模型；在深化構件庫中選擇適當的構建，對整體模型進行設計與拆分，在生產、施工等基礎上完成對模塊的設計，BIM模塊化設計基本原理流程如圖1所示[1]。

圖1 BIM模塊化設計原理圖

2 BIM模塊化設計在裝配式建筑中的應用措施

2.1 項目概況

貴陽市觀山湖區上枧安置房項目總占地面積約26萬m2，包括1#～12#棟住宅樓，一個小學及幼兒園，建筑高度95.5m，是貴州省第一個裝配式高層住宅項目。

2.2 BIM模塊化技術應用難點

（1）BIM模塊設計與生產、施工方面聯系較多，需要信息的高度耦合，還需要與業主、配件供應方等取得聯系，將相關或者沖突的信息挑選出來，融合到設計當中，否則會由于信息不準確導致設計混亂，為后續施工帶來極大影響。

（2）預制構件數量較多，大量工作重復。對于裝配式建筑來說，作為顯著的優勢在于構件標準化，因此在設計初期會將具有相同功能、種類的構件整合到一起，減少構件的數量。但是，隨著模塊化設計的不斷深入，生產、施工單位介入進來，很可能出現許多外形相似但存在細微差別的構件，如若采用人工方式進行BIM建模，則會產生許多重復的工作量，造成大量資源浪費。

（3）模型數據傳遞受阻。BIM技術最為顯著的特點便是信息的傳遞與組合，使設計和施工達到無縫銜接的目標。在裝配式建筑設計中，為了便于單個預制構件的出圖與工程量統計，通常會對項目中的構件進行拆分，并通過鏈接的形式拼裝起來，但Revit軟件并無文件信息提取功能，使整個建筑中模型數據的順利傳輸受到極大阻礙[2]。

2.3 模塊化設計措施

（1）戶型的總體設計

在戶型內設計方面，設計師以戶型功能要求為依據，對裝配式建筑戶型進行布置，從結構庫中選取相應的結構戶型，結合戶型功能、結構設計方案等對設備模塊進行選擇，使建筑、戶型能夠相互匹配，以免出現構件不合，相互碰撞等情況。在對戶型內設計過程中，最為關鍵的便是剪力墻體系的模塊化設計，該部分設計量較大，采用系統化、標準化的戶型庫能夠在很大程度上使協同效率提高，從而達到模塊精準化的設計目標。

經過戶型內設計后，已經對裝配式建筑中的內部功能進行了明確，能夠使建筑、設備、結構之間的設計相互協調。而戶型間則是設計師以戶型為依據，利用結構接口組合而成的建筑單元。將BIM模塊設計法應用到建筑系統當中，能夠使構件在被有機整合以后成為有序的整體，內部戶型之間不但相互處于獨立狀態，還存在一定的關聯，這個供戶型之間共享的構件便是“接口”，它屬于建筑系統中不可缺少的重要內容，且是戶型之間相互溝通聯系的媒介，是完整建筑模型形成的主要內容。

（2）標準層設計與解決的問題

該設計能夠使裝配式建筑的內部功能變得更加豐富，以各項功能構件作為輔助，確保內部結構、建筑、設備之間具有良好的協調性。在設計過程中，由設計師利用附屬構件的方式對建筑層進行設計，一般包括地下室、標準層、首層、頂層等，其中建筑層主要包括附屬構件、戶型兩個部分，同時也是建筑中不可替代的重要內容。

標準層的設計應考慮到戶型對稱問題，通常在建筑設計過程中，應將各類荷載因素考慮其中，力求通過對各類荷載作用的發揮，使承載構件受力問題得到有效解決，達到平衡受力的效果。在建筑系統中，對稱構件能夠給人帶來更加穩固的感覺，因此對稱復制在建筑中較為常用，但是應注意的是通常采用對稱復制后的戶型之間很容易出現重合構建，需要對重合處進行修正。另外，在對稱操作后一般模型間會缺少連接口，這時應將連接構件加入其中，對缺口處進行彌補和完善。在標準層設計時，應將BIM技術應用其中，針對建筑、設備層、結構等進行合理的設計，從而實現無碰撞目標，這對于提高建筑模型整體效果來說顯得十分必要[3]。

（3）整齊劃一的協同設計

在裝配式建筑中，協同設計主要是指將標準層、設備層、首層等設計全部完成以后，利用連接構件將各層連接起來，形成一個完整的建筑系統，使各個層的功能能夠被有機整合起來，并且確保建筑內部的結構、設備之間能夠具有較強的協調性。在建筑協同設計過程中，以標準層為基礎，采用“搭積木”的方式將單一的構件拼接起來形成一個整體，達到“整齊劃一”的效果。建筑內部的每個層都處于相互獨立的狀態，并且具有各自的功能。在設備層中，管線系統的安裝需要遵循自上而下的原則，而在標準層中則是以水平方向進行連接，在協同設計中，主要將功能組件的豎向組件有機結合起來，從而確保整體建筑功能的完整性。

協同設計主要是在充分發揮各專業能力的基礎上，通過協作的方式達到上下游之間信息方面的高效傳遞，從源頭處減少構件錯誤、遺漏、碰撞等情況的發生，從而使設計質量與效率得到顯著提升。從建筑設計的方向看，BIM技術主要被應用到方案設計當中，使協同方案變得更加完善，具有較強的競爭力，為政府、業主以及其他相關部門之間的溝通提供更多的便利，防止出現信息孤島情況，促進生產、施工、設計等各方協調工作，爭取在較短的時間內保質保量的完成建設項目。

3 結論

綜上所述，本文主要對裝配式建筑中BIM模塊設計法的應用進行分析，通過研究得知，該技術能夠在戶型總體設計、標準層設計、協同設計中得到廣泛應用。與以往技術相比，能夠使設計步驟得到有效的精簡，并使施工效率與質量得到進一步提高，工程制造變得更加高效，安裝與施工更加精準無誤，充分符合當前時代對構件標準性提出的新要求，有效節約大量建筑成本投入，大力的促進了建筑產業化的發展步伐。