BIM技術在裝配式建筑深化設計中的應用研究

劉業金

【摘要】裝配式建筑大力推行的背景下，深化設計工作面臨新的挑戰，出現了不少新的問題，文章從項目實際入手，分析了BIM技術在深化設計階段的應用路徑，其目的是為使運用BIM技術的深化設計質量效益充分體現，進而推動裝配式建筑行業的健康穩定發展。

【關鍵詞】BIM技術;裝配式建筑;深化設計

1、引言

2016年2月發布的《中共中央國務院關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》中指出，力爭用10年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%。2017年住房城鄉建設部印發的《“十三五”裝配式建筑行動方案》中明確重點任務之一就是全面提升裝配式建筑設計水平，建立適合建筑信息模型（BIM）技術應用的裝配式建筑工程管理模式，推進BIM技術在裝配式建筑規劃、勘察、設計、生產、施工、裝修、運行維護全過程的集成應用，實現工程建設項目全生命周期數據共享和信息化管理。由此可以看出，中國的預制建筑正處于積極推進發展的階段，國家層面對預制建筑的建設標準也正在逐步提高，BIM 技術在裝配式建筑信息傳遞中起到了集成融合的作用。通過數字化賦能，創建可視化建造信息平臺，豐富了設計、生產、施工的信息化全過程應用。采用BIM技術的應用，使預制混凝土構件深化設計更一目了然，降低設計意圖的理解難度，并能通過BOM表自動統計材料用量，從而在構件的生產材料采購、構件的生產細節精度把控、構件儲運的合理排布、施工現場的碰撞避讓等方面均起到積極作用。

2、設計流程

2.1 ?施工圖模型搭建與專業碰撞檢查

利用 BIM 技術和經圖審的圖紙，建立項目全專業的建筑信息模型。與采用CAD軟件所繪制的傳統二維圖紙不同，BIM技術所創建的建筑模型是三維的，且建筑、結構、水電等專業信息數據具有動態關聯的特點。在創建模型的過程中，對其中某一信息進行改動時，整個模型參數會同步發生改變，這樣避免了傳統圖紙的修改，專業不同步更新的困難。各專業間的碰撞可以在正式進行構件拆分設計前完成，從而避免拆分設計過程中發現問題，再修改設計，循環往復的耽誤進度，實現工效的節約。目前深圳及湖南均開展了模型圖審的實踐探索，這對裝配式建筑來說，是創新，也是將BIM技術的應用充分前置，為深化設計工作開展創造更加便利條件。

2.2 ?構件拆分與優化設計

常見的裝配式建筑預制構件有疊合梁、框架柱、內外墻板、疊合樓板、陽臺、樓梯、飄窗及空調板等。BIM 模型建立以后，為形成可進入工廠制造的構件，需要將模型進行拆分。在前述搭建的 BIM模型基礎上拆分構件，可以使項目更具有連貫性，從而避免數據信息的缺省。通過構件拆分可以更清楚的展示構件之間的搭接關系，對于一些節點也更容易觀察。構件拆分的原則是盡量減少構件種類與數量。構件形狀復雜，在后期加工制作階段一方面模具的成本會比較高，另一方面產量效率相對低下，容易導致項目建造成本增高。構件拆分后可以對構件進行細節上的優化，比如同跨度進深的疊合板在人工拆分下，可能會出現不同板寬的情況，而采用BIM技術可迅速查詢同板寬的板塊數，及時調整板寬，減少模具規格類型，彌補人工不足之處。BIM技術人員應從深化設計角度出發，通過不斷優化技術運用水平與工藝控制措施，來使裝配式建筑在所處行業中的功能效果發揮出來，進而推動現代化經濟建設的可持續發展進程[1]。

2.3 ?深化設計

根據Revit軟件的建模特點，以族作為單位，將系統族、標準構件族、內建族等族文件輸入，以加以組合，從而提高模型搭建效率。對于構件的預制，可將不同埋件（水電安裝、結構固定、預制拆卸）、不同構件類型的外輪廓、不同鋼筋彎曲錨固形式，作為一種族文件。如墻板的類型，按圖集可分為帶窗洞口、不帶洞口、帶門洞三種，均能搭建可編輯參數。再以鋼筋族文件的繪制為例，可以按照鋼筋在構件中的存在形狀，同時創建可編輯的彎折角度與規格等參數，來確定參照平面。以組合狀態構建邏輯關系的各種族文件，就能在較短的時間更趨高效地完成裝配式建筑的構件深化設計。再如在對無洞口內墻墻板進行BIM建模過程中，因內墻板主要由混凝土、鋼筋、水電預埋件組成。為此，BIM技術深化設計人員就可將水平筋、拉筋、水電預埋等作為族文件。對于內墻的實體模型構建，可將參數化外輪廓邊線、墻板厚度，作為基礎，并確定混凝土標號、參照平面為族文件。這樣一來，內墻的鋼筋、水電預埋件、混凝土族文件繪制，就更高效便捷。為實現裝配式建筑各個專業之間的協調，作為共享信息載體的建筑信息模型，可通過插入、提取、更新與修改模型中的信息數據。

將構件進行可視化拆分并按照國家規范圖集標準進行連接構造的設計，生成構件加工詳圖。構件加工詳圖可以完整的將構件的信息表達清楚，例如鋼筋信息（規格、形狀、級別）、模具規格、水電安裝預埋定位等，實現與預制構件加工廠的全要素對接。將建筑模型分派給各專業設計人員，相應設計人員對自己的專業部分進行深化設計，并進行細節修改。由此可見，BIM技術在裝配式建筑施工圖紙設計工作中的運用，能夠有效提高設計效率且能通過提取信息，實現工廠生產的BOM表信息提取，及時采購加工制作。利用基于BIM設計信息的裝配式結構構件信息化加工（CAM）和MES技術，將BIM信息直接導入工廠中央控制系統，無需人工二次錄入，與加工設備對接，實現設備對設計信息的識別和自動化加工，實現設計信息與加工信息無縫對接與共享[2]。

2.4 ?施工模擬與碰撞檢查

建立基于項目的BIM全專業模型，涵蓋建筑、結構、給排水、暖通和機電模型，導入專業軟件，實現不同專業間的碰撞檢查;通過設定構件或吊裝機械的運動路徑，實現動態碰撞檢查。將檢查結果反饋給BIM模型，實現裝配式結構的拆分優化，如減少塔吊遠端構件的重量，實現塔吊的優化選型，實現裝配式建筑全生命周期的精細化管理和效益最大化。

通過施工模擬可以有效的提高施工過程的流程組織，且對構件的生產及運輸堆放提供有效的流水化參考。同時還可以對復雜的梁、柱、墻等水平垂直構件交叉部位進行施工模擬，對節點進行優化，避免節點鋼筋施工期間的碰撞。碰撞檢查檢測出的鋼筋沖突節點可以在設計階段對其進行改正，減少后續施工階段返工帶來的進度與造價損失。

3、BIM技術在裝配式建筑領域中的應用前景

預制構件深化設計工作在建筑工業化產業鏈中有著舉足輕重的作用，應在設計初期謀劃預制率、裝配率等滿足當地政策要求的時候就介入，避免在構件預制選擇上出現不足，導致二次調整。從目前全產業鏈角度來看，BIM技術在深化設計的應用中可以更好整合各專業、各階段對裝配式建筑構件提出的要求，并可向前后端延伸，從前期拆分的方案設計到后期施工建造管理都可使用。目前，BIM技術在構件深化設計中的應用有效提高了設計工作效率，完善了設計工作整合的準確性，全方位立體式展現出預制構件在實際施工中的節點安裝方式，并且以Revit軟件直接出圖的工作方式擺脫了二維平面繪圖的弊端，更好地利用軟件功效實現高效快捷的深化設計工作[3]。由此可見，BIM技術在裝配式建筑領域中具有更為廣闊的應用場景，通過深化設計這一重要環節的牽引作用實現更多增值。

參考文獻：

[1]沙娜.探析BIM技術在裝配式建筑深化設計中的應用[J].建筑科學.2018年32期.

[2]葉浩文，周沖，樊則森，等.裝配式建筑一體化數字建造的思考與應用[J].工程管理學報.2017年05期.

[3]李貝，袁齊，楊嘉偉，等.BIM技術在裝配式建筑深化設計中的應用[J].城市住宅，2018，08：40-43.

[4]史艷偉.裝配式建筑設計中BIM技術的應用分析[J].山西建筑.2018年35期.

浙江省教育廳科研項目資助（Y201942689）