BIM 技術(shù)在裝配式建筑中的應用

華北水利水電大學，河南 鄭州 450046

0 引言

我國建筑行業(yè)所占自然資源比重較大，為使建筑行業(yè)持續(xù)化發(fā)展，推出建筑行業(yè)工業(yè)化，而裝配式建筑的特點有助于工業(yè)化的發(fā)展，其標準化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)等特點節(jié)約了大量的資源，加快了施工進度。并且，傳統(tǒng)的建造方式已不符合工業(yè)化建筑的標準，存在很多弊端，如：建筑設(shè)計的各專業(yè)不系統(tǒng)、難以優(yōu)化；設(shè)計、生產(chǎn)、施工不協(xié)同、嚴重脫節(jié)；技術(shù)、管理、市場不統(tǒng)一、各自為政等。與預制裝配式建筑相比，資源浪費較嚴重［1］，故裝配式價值建筑的發(fā)展是有望占據(jù)行業(yè)前頭的。

近年來，BIM 技術(shù)被廣泛應用，因其參數(shù)化、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等功能性優(yōu)勢，有效改善了裝配式建筑設(shè)計的施工過程中協(xié)同困難，信息難度大，設(shè)計成果復用率低等問題，為我國建筑工業(yè)化的發(fā)展賦予了新使命［2］［3］。

1 BIM 與裝配式建筑國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

建筑工業(yè)化概念最早實行的國家是法國。通過相關(guān)協(xié)會認證了Camnus工業(yè)化構(gòu)法，通過連續(xù)3年合同建造了55萬戶住宅，使得以Camu 構(gòu)法、Coignet 構(gòu)法為代表的大型板式PCa 構(gòu)法開始被積極采用［4］；Branko Zezely 教授建立預制裝配式整體預應力板柱體系［5］。周文波等將BIM 技術(shù)應用于裝配式建筑，并結(jié)合實際案例驗證了BIM 技術(shù)的有效性［6］。齊寶庫、李長福總結(jié)了裝配式建筑的優(yōu)缺點，討論了BIM 技術(shù)在裝配式建筑全生命周期中管理中的應用問題［7］。胡珉、蔣中行針對裝配式建筑，設(shè)計了BIM 相關(guān)標準，從多個方面對標準進行了嚴格的定義［8］。

因國內(nèi)的標準也處于初步制定階段，對于BIM 技術(shù)與裝配式的精準結(jié)合關(guān)注較少。針對上述現(xiàn)象，本文從BIM 技術(shù)的深化設(shè)計入手，針對預制構(gòu)件的標準化，構(gòu)建構(gòu)件族庫，借助云平臺，存儲單構(gòu)件參數(shù)化族、模塊族、等其他功能族，并結(jié)合BIM技術(shù)的虛擬性，對族庫中不同的單元進行預拼裝，實現(xiàn)BIM 技術(shù)與預制裝配式建筑的精確結(jié)合。

2 BIM 技術(shù)應用于裝配式建筑的問題分析

2.1 裝配式建筑發(fā)展存在的問題

標準體系不完善，深化設(shè)計程度不夠。由于我國裝配式建筑處于發(fā)展初期，設(shè)計標準不完善，沒有統(tǒng)一的規(guī)定，設(shè)計質(zhì)量不過關(guān)，設(shè)計效率低下，對項目實施帶來一定的困難。此外，設(shè)計階段構(gòu)件質(zhì)量不過關(guān)造成后續(xù)施工的復雜性，各環(huán)節(jié)無法正常銜接，影響項目的整體施工效率。

2.2 解決辦法探究

深化設(shè)計對裝配式建筑而言是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。預制構(gòu)件深化設(shè)計賦予構(gòu)件完備的信息，有助于后續(xù)施工對構(gòu)件信息的提取［9］。針對BIM 技術(shù)應用于預制裝配式建筑制定更專業(yè)、更細化的BIM 實施標準，將預制裝配式建筑的每一個“零件”進行更精確的深化設(shè)計。

將BIM 技術(shù)應用于裝配式建筑的深化設(shè)計階段。將BIM模型進行模塊化拆分，也有助于后期各個預制構(gòu)件和各個預制設(shè)備之間的拼裝；預制構(gòu)件的單價化有助于BIM 標準和預制裝配式標準的完善，在深化設(shè)計階段嚴格按照各專業(yè)各構(gòu)件的設(shè)計規(guī)范建模，使預制構(gòu)件更接近BIM 標準和預制裝配式建筑標準［10］。此外，BIM 技術(shù)應用于預制構(gòu)件深化設(shè)計階段，有助于構(gòu)成利用性較高的構(gòu)件族庫，便于后續(xù)項目的應用。

3 族庫的單一構(gòu)件化到整體化

3.1 族庫單一構(gòu)件的分析研究

預制裝配式建筑的拆分模型中，最小的拆分單元即為“單件化”。本文從單件化入手，建立基本的族庫。

（1）首先建立參數(shù)化標準單一構(gòu)件族庫。將拆分好的圖紙中的預制構(gòu)件按一般構(gòu)件到特殊構(gòu)件的形式進行劃分，將預制梁、板、柱等劃分為一般構(gòu)件；預制樓梯、陽臺、挑檐等劃分為特殊構(gòu)件。

（2）在BIM 軟件中進行參數(shù)化建模，以滿足不同項目之間對構(gòu)件的尺寸、材料等的不同需求。

（3）將建好的預制構(gòu)件模型，借鑒合同清單的編碼規(guī)則，對預制構(gòu)件進行編碼。

（4）運用參數(shù)化標注構(gòu)件信息，建立信息化三維模型；

（5）分析三維模型的特征，把設(shè)計模型對象變成一個類似目標函數(shù)的形式保存在模型系統(tǒng)中。設(shè)計模型一旦建立，可通過目標函數(shù)更改構(gòu)建屬性信息［11］。

建模人員將建好的單一構(gòu)件的模型分別歸為所屬類型族，然后再將族庫上傳至云平臺。這樣，族庫就形成了具有較強技術(shù)集成的預制裝配式建筑所需的龐大數(shù)據(jù)資源庫。在后續(xù)研究過程中，根據(jù)實際情況，對族庫進行擴充。

3.2 族庫的單一化到整體化

基于BIM 可視化、虛擬化特點，對建好的族庫中的單一構(gòu)件進行預拼裝。根據(jù)功能模塊的劃分，將具有同中性質(zhì)和功能的構(gòu)件組合成一個空間模塊；然后在每個單一模塊中進行各專業(yè)設(shè)備的預拼裝；最終將預制構(gòu)件拼裝成不同功能的模塊。

根據(jù)圖紙的空間組合，將構(gòu)建好的模塊進行建筑層的預拼裝。完成建筑層的拼裝后，下一步進行建筑物的整體組合，首層和標準層，標準層與頂層。層與層之間的節(jié)點連接件是重點，它的處理涉及整棟建筑物的整體穩(wěn)定性和抗震性。在模型組合時，發(fā)現(xiàn)基于目前的BIM 技術(shù)可以實現(xiàn)虛擬的各個層之間拼裝的垂直度。

4 結(jié)論

本文結(jié)合BIM 技術(shù)對預制構(gòu)件進行深化設(shè)計，建立構(gòu)件族庫，有助于提高預制裝配式建筑的設(shè)計質(zhì)量、施工效率。族庫的建立不僅在勞動力成本上大大降低，而且也有助于資源的大量節(jié)約。