裝配式建筑結構設計中BIM技術的應用研究

萬泉

（廣州市城市建設開發有限公司 廣東廣州 510000）

0 引言

隨著經濟的增長，建筑行業的發展也得到了很大的進步。由于城鎮化以及工業化建設的推進，在無形中也就推動了建筑方面相關技術的發展。在裝配式建筑結構設計中由于涉及到的內容多、周期短、建模軟件缺乏，因此尋求一種能夠有效解決以上問題的技術就顯得十分緊迫。BIM技術的出現可以讓設計人員以更加直觀的方式對建筑模型進行設計，并且能夠對模型中存在的一些問題進行有效的分析和整改，是實現裝配式建筑全生命周期設計的必要條件，最終達到提高建筑結構設計質量的目的。

1 BIM技術

1.1 BIM技術的概念

BIM技術能夠對建筑工程中維護、運營、施工和設計等多方面的知識內容進行整理，最終以數字化可視技術的形式進行體現，提高了材料收集和處理的效率。因此，在建筑工程中使用BIM技術能夠在很大程度上提高建筑工程結構設計的品質和效率[1]。

1.2 BIM技術的特點

1.2.1 可視化

傳統的建筑設計是工作人員在圖紙上對建筑項目進行描述，施工人員要通過抽象的線條和自己的想象進行描繪。而BIM技術的出現可以將設計人員腦海中的設計思路和數據變換為可視化的模型，以三維立體圖像的形式來展示建筑工程的設計方案，這是一種更加清晰、直觀的工程結構設計展現方式[2]。

1.2.2 協調性

在實際的項目建設過程中，由于裝配式建筑全專業設計的復雜性和整體性較高，以及裝配式建筑設計、生產、運輸、堆放、施工等一系列環節的協調溝通不順利造成的建設效率低下。BIM技術的出現可以有效避免協調性差的現象發生，該技術能夠對各部門之間可能存在的協調問題生成自動協調數據，消除專業問題。

1.2.3 優化性

建筑工程開展的過程實際上就是對建筑工程進行不斷優化的過程。BIM技術雖然不能直接對建筑工程進行優化，但是BIM模型能夠提供建筑物實際存在的信息。除外，由于現在的建筑工程復雜程度較高，工作人員不可能對所有的信息都了如指掌，因此要借助一些科學手段，其中BIM技術的出現能夠很好的幫助工作人員對復雜的工程進行優化[3]。

2 BIM技術模型中的設計種類

2.1 構件類型

一般的建筑構件類型中，BIM技術所占比例較大，其中建筑材料、幾何尺寸等都屬于BIM包含的范圍。建筑材料和幾何尺寸等都能以直觀清晰的方式呈現出來，易于工作人員的理解。尤其是結構節點等方面的設計，BIM技術的應用能夠快速地分析構件的用處，而且對墻、板等內容進行解釋[4]。

2.2 整體和層次間的關系

在BIM未使用的時候，工作人員要明白就必須要進行模型構造。在模型的構件中很多復雜的數據材料工作人員無法輕易的掌握和理解，BIM技術的出現能夠以模型的方式對結構實現改造，從而讓工作人員以一種更直觀的方式理解結構設計方案。同時BIM技術中的協調性能夠很好的消除設計和施工中存在的問題，保障部門間的合作與分工，從而達成整體和層次之間的關系。

3 BIM技術在裝配式建筑結構設計中應用的關鍵價值點

3.1 提高裝配式建筑結構設計效率

傳統預制建筑結構設計施工圖的設計是在平面上，形成二維建筑圖紙，單獨的節點位置畫一個三維的表達，建筑結構設計方法為一個特定的節點分離，更難以實現預制結構現澆構件預制分離，不能對一小部分進行整體設計和布局優化。預制建筑結構設計BIM軟件可以實現建筑集成優化各專業圖紙，BIM軟件可以提供預制建筑基于數據的系統結構設計，2d設計轉化為3d設計建筑圖紙，運用可視化三維模型，可以直接發現問題和改進。與傳統的結構設計方法相比，由BIM軟件建立三維模型更準確，可以加快完成設計圖紙，減少返工，確保施工進度。基于BIM的三維模型，其可視化能夠方便修改，在施工前能夠模擬實體建筑，減少設計的錯誤，使建筑模型符合建設項目的實際情況，最終提高了裝配式建筑各專業的設計效率[5]，裝配式結構布置如圖1所示。

圖1 裝配式結構布置

3.2 精細化設計降低裝配式建筑的設計誤差

因為預制構件結構設計的復雜性，施工圖經常遇到墻、管等情況，以往結構設計方法設計的圖紙，即使是二維圖紙，上面的問題是不容易找出來的。在施工的時候，問題就會暴露出來，結構碰撞發生后，建設單位不得不要調整施工方案，避開碰撞的地方，這樣就會導致使用的建筑材料增多，拖慢了施工進度，最終導致項目不能按時完成。BIM軟件就不會出現這個問題，有了三維模型后，模型會被軟件自動檢測、評審，模型設計中存在的問題歸納為一起，設計人員收到問題信息后對設計方案進行整改、修正。整改、修正完畢，BIM軟件又重新檢測、評審三維模型，并再次提示錯誤，如此反復多次，直到所有問題都得到解決。例如，在預制房屋的結構設計中，經常發生管線布置自身及與結構構件碰撞，這是因為建筑管線種類多，有給排水管、強弱電線等，裝配式構件又具有預制性及模塊性，管道與結構的協調是很難實現的，但BIM軟件可以檢測管道位置是否正確，如果軟件檢測到有碰撞等異常情況時，系統就會有出錯的提示，在監理人員的充分參與下完成分析過程，能夠促使管線更加優化、結構構件更加安全合理，降低裝配式建筑的設計誤差。

3.3 實現裝配式預制構件的標準化設計

標準化的原則是：簡化、統一、系列、通用、組合、模塊。統一化、通用化其實概念差不多，在裝配式建筑設計中為了使預制構件能夠共用模具，節約成本，通常使構件做到形式統一。復制、旋轉、可以認為是相同構件的，而鏡像卻是不同構件，在傳統項目總體規劃的時候通常見到互為鏡像的樓棟相拼，而在裝配式項目中比較多的是平移關系。組合化、模塊化則將單一的構件賦予變化，通過一種構件甚至多種構件的排列組合形成不同的變化形式，這在建筑的戶型、立面以及使用功能上都有反映。

3.4 在建筑結構協同中的應用

BIM模型將各個專業整合成一個三維模型，不僅可以準確直觀地觀察各類構件的布局和布置，還可以觀察各類構件之間的相關位置關系。此外，在BIM三維協同環境下，與設計、施工、機電安裝等協調準確高效，同時還可以對裝配件和管線進行進一步的布置，提高合理性和利用率。

在建筑結構設計的過程中使用BIM技術，能夠保證設計人員共同完成設計，并且對各項信息數據進行匯總，從而增強建筑結構設計的協調性。運用BIM技術能夠實現建筑結構設計數據之間的聯系。首先，中間的數據文件能夠作為連接因素，使用不同的軟件進行設計也可以將信息等進行合理的整合。除此之外，建立中性數據庫，將所得到的信息都集合到一個處理平臺上，再通過處理平臺對得到的數據進行處理，最終實現信息之間的共享。

3.5 應用于建筑結構的可視化設計

BIM模型不僅可以被各個學科共同審查，而且可以在三維可視化環境中準確地發現各個學科的問題，同時解決多學科之間的協作難題。在土建施工過程中，相關施工人員在輸入各構件的材料、幾何尺寸、圖中標識、機電信息等信息后，即可準確地進行施工澆筑和安裝。同時BIM技術具有可視化的優勢，因此能夠保證項目參與者很好的理解建筑的設計布局和其中的一些細節。除此之外，BIM技術還能夠讓設計者對建筑結構設計中存在的問題做到及時發現和解決，包括裝配式構件、管線和樓梯的設計等，最終得到各方都滿意的設計，建筑結構可視化設計如圖2所示。

圖2 建筑結構可視化設計

3.6 確保建筑數據準確無誤

預制構件房屋竣工驗收的時候，要對房屋資料進行復核，確保房屋質量過關，安全可靠，住在里面沒有危險發生。使用以往的建筑結構設計方法建造預制構件房屋，到竣工驗收時往往很費時間，這主要是由于預制建筑結構設計復雜，包含的數據信息非常多，人手計算繁雜，容易出錯，需要多次計算，計算的過程中，工作人員會發生分歧，引起驗收階段不容易和驗收花費時間太長。

裝配式建筑全生命周期設計應用BIM軟件能夠解決竣工驗收階段的數據核算問題，預制建筑結構設計的所有數據資料都在BIM系統里面，每個項目各自創建一個數據庫，工作人員可以通過BIM系統審查數據庫的資料的正確性，這個可以作為施工項目驗收的理論憑證。

4 結語

由上可知，BIM技術的應用能夠極大的促進我國建筑行業的發展。在裝配式建筑設計當中，結構學科與其他各學科之間的協調與溝通是非常重要的。甲方、設計、施工等人員可以通過BIM進行溝通，BIM系統實現了信息的共享。甚至可以通過四維模型來模擬施工，使設計中的問題得以馬上解決。但當前BIM裝配式建筑全生命周期中的應用還不是很成熟，如在預制構件生產、建筑運維階段，這需要建筑工程各個專業共同的配合與努力，對BIM進一步加以探究和分析，使其在建筑工程中得到更好的應用。因此，在建筑行業的發展過程中，要不斷深入對BIM技術的研究與運用，將BIM技術與裝配式建筑很好的結合起來，保證BIM技術能夠在建筑行業中的成熟運用。除此之外，我國應加強對BIM建模軟件對裝配式建筑各專業及各階段適配的研發力度，才能保障BIM技術在建筑行業中的廣泛應用。