裝配式建筑設(shè)計中的BIM方法應用分析(1)

王晨光

摘要：裝配式建筑的普及是建筑業(yè)的重要發(fā)展趨勢之一。目前，建筑設(shè)計大多基于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體系，并不能很好地適用于裝配式建筑。為解決該問題，在總結(jié)歸納裝配式建筑設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，將 BIM 技術(shù)引入裝配式建筑的設(shè)計過程中，提出了一種基于 BIM 技術(shù)的裝配式建筑設(shè)計方法，并從“構(gòu)件庫的建立與完善—設(shè)計、拆分、組裝—優(yōu)化設(shè)計—建造模擬”的過程中對該設(shè)計方法進行探討，以期優(yōu)化 BIM 技術(shù)在裝配式建筑中的應用。

關(guān)鍵詞：BIM;裝配式建筑;優(yōu)化設(shè)計;應用

引言

裝配式建筑具有綠色、節(jié)能、低碳、環(huán)保、高效等優(yōu)勢，已成為我國建筑業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的必然趨勢和重要方向。在科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動下以及國家政策的大力扶持下，裝配式建筑與BIM技術(shù)逐漸融合發(fā)展，展現(xiàn)出智能制造的新發(fā)展模式。將數(shù)字化技術(shù)應用到傳統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展趨勢，正在使傳統(tǒng)行業(yè)煥發(fā)出新的生機。

1裝配式建筑

裝配式建筑是指在現(xiàn)場用預制構(gòu)件組裝而成的建筑。與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆建筑相比，這種建筑具有施工速度快、節(jié)省人工成本、污染少、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點，但同時，裝配式建筑也存在著結(jié)構(gòu)設(shè)計困難、整體性差等缺點。目前，我國裝配式建筑的發(fā)展還處于起步階段，市場份額不大。主要原因如下：①公眾對裝配技術(shù)的理解深度不夠;②市場沒有對預制構(gòu)件進行大量推廣、改進和開發(fā)，對系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)沒有集成創(chuàng)新。

2 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)是基于相關(guān)信息和數(shù)據(jù)的建設(shè)項目。它用數(shù)字信息模擬建筑的真實信息，利用三維建筑模型實現(xiàn)項目監(jiān)控、設(shè)備管理、數(shù)字處理及運營管理之類的功能。BIM技術(shù)具有以下特征：信息的完整性、相關(guān)性、連通性、可視性、可用性等。當用作最終裝配信息管理平臺時，BIM可以為用戶提供更為直觀的展示。從建筑物的單個組件開始，逐漸將單個組件進行組裝，形成整個建筑物，同時可以在設(shè)計中完成建筑構(gòu)件的標準化、模塊化，建立數(shù)據(jù)庫、組件庫和設(shè)備系統(tǒng)。在設(shè)計過程中創(chuàng)建的組件，都可以在BIM平臺上進行編碼，用二維代碼作為標識，并將BIM組件參數(shù)和構(gòu)造圖結(jié)合使用，對預制構(gòu)件進行精確化制作。在施工現(xiàn)場，二維代碼可用于識別組件，提高了施工效率和精度。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計中的應用優(yōu)勢

使用BIM技術(shù)有利于發(fā)現(xiàn)建筑設(shè)計過程中存在的問題，有利于通過云技術(shù)獲取建筑物的真實數(shù)據(jù)并對真實數(shù)據(jù)做出響應;同時，有利于各專業(yè)設(shè)計人員協(xié)同工作，促使設(shè)計人員通過對數(shù)據(jù)的分析，自主開發(fā)設(shè)計建筑的三維結(jié)構(gòu)模型，建立可視化的結(jié)構(gòu)方案，有效關(guān)聯(lián)建筑模型中的尺寸，對建筑設(shè)計過程中的不足進行調(diào)整。通過BIM技術(shù)的自動糾錯和碰撞檢測功能，可以在建筑設(shè)計過程中，對各類結(jié)構(gòu)、管線的沖突情況進行篩選檢查，并及時處理。借助BIM技術(shù)協(xié)同性的設(shè)計功能，可以對預制構(gòu)件的尺寸及數(shù)量進行調(diào)整，從而使設(shè)計人員能夠及時更改設(shè)計參數(shù)，減少設(shè)計誤差。在裝配式建筑構(gòu)件的預制加工過程中應用BIM技術(shù)，可以減少裝配化施工過程中的施工誤差，提高預制構(gòu)件與拼裝連接的精準度，并對工程成本與進度進行可靠評估及預測，減少因為誤差導致的材料浪費和工期延誤。

4 BIM技術(shù)在裝配式建筑深化設(shè)計中的具體應用

4.1應用BIM技術(shù)建立建筑信息模型

在裝配式建筑深化設(shè)計中，首先要將BIM技術(shù)應用到整體信息模型中，這將為項目各參與方的決策提供參考依據(jù)。與傳統(tǒng)建筑設(shè)計過程中采用二維CAD出圖的方式不同，利用BIM模型進行出圖，可以有效發(fā)現(xiàn)圖紙存在的偏差問題，還能多角度表達復雜構(gòu)件的各部位尺寸及節(jié)點間的連接關(guān)系，從而節(jié)約工期，提升建筑質(zhì)量。各參與方也可以利用BIM模型參數(shù)化設(shè)計的特點，進行各專業(yè)的溝通協(xié)同、設(shè)計優(yōu)化等工作，減少后期設(shè)計變更產(chǎn)生的工作量。同時，在裝配式建筑三維模型的創(chuàng)建過程中，根據(jù)具體的建筑參數(shù)，利用系統(tǒng)，快速、自動進行模塊配置，明確安裝步驟，有效縮短建筑施工工期，提高整體施工效率。

4.2 BIM技術(shù)應用于裝配式建筑的協(xié)同設(shè)計

4.2.1 編制建筑設(shè)計方案的應用

在設(shè)計方案的編制過程中，BIM技術(shù)可以根據(jù)預制構(gòu)件的不同要求，將工程的預制構(gòu)件，如設(shè)備管線、裝飾面層、結(jié)構(gòu)構(gòu)件等結(jié)合起來，統(tǒng)籌考慮。建筑的平面設(shè)計，要兼顧滿足建筑立面美觀的需求，設(shè)計時要使建筑平面和立面要充分整合。與傳統(tǒng)CAD制圖的平面與立面分離設(shè)計不同，BIM技術(shù)可以提供平、立面一體化空間數(shù)字模型，各專業(yè)依托平臺模型，可推動方案設(shè)計工作的高效有序進行。

4.2.2設(shè)計方案初期階段的應用

要選擇合理的建筑材料，加強各專業(yè)間基礎(chǔ)工作的整合，進行初步設(shè)計。通過BIM技術(shù)對現(xiàn)有方案數(shù)據(jù)進行分析整理，設(shè)計團隊可以進行方案的可行性與合理性論證，并充分考慮各方面的影響因素，如弱電箱位置、開關(guān)位置等。

4.2.3編制施工圖紙階段的應用

編制施工圖的基礎(chǔ)是完成方案設(shè)計工作。編制過程中，要考慮各專業(yè)的自身需求以及二次深化廠家的協(xié)調(diào)配合等因素。設(shè)計人員要充分履行各自職責，確保圖紙的完整性與準確性，促進后期建筑施工工作的順利開展。

4.3優(yōu)化設(shè)計

裝配式建筑各專業(yè)的設(shè)計人員、拆裝人員和裝配人員可以利用BIM技術(shù)平臺的碰撞檢測和自動校正功能，通過對各專業(yè)的模型進行分析，完成構(gòu)配件和組裝模型的優(yōu)化設(shè)計，從而進一步發(fā)現(xiàn)設(shè)計、拆分和組裝過程中存在的問題，并找出可以進行優(yōu)化設(shè)計的部位，對其進行修改、完善。基于 BIM 的設(shè)計優(yōu)化主要包括構(gòu)件優(yōu)化、節(jié)點優(yōu)化以及碰撞檢測等。構(gòu)件優(yōu)化主要是為了減少預制構(gòu)件的種類，選擇并設(shè)計出通用性更高的構(gòu)件，以減少預制構(gòu)件加工廠的生產(chǎn)壓力，提高后期制作、安裝及管理的便利性。同時，構(gòu)件優(yōu)化人員可將優(yōu)化后的構(gòu)件上傳至BIM 云端庫中，更新替代構(gòu)件庫中的原有構(gòu)件，對構(gòu)件庫進行完善，增強構(gòu)件庫的通用化和標準化。節(jié)點作為裝配式建筑的薄弱環(huán)節(jié)，其性能的優(yōu)劣對裝配式建筑的安全性至關(guān)重要。出于對裝配式建筑安全性的考慮，在節(jié)點優(yōu)化設(shè)計過程中，須重點考慮其連接節(jié)點的抗震性能，并且對關(guān)鍵節(jié)點進行論證分析，保證其施工上的可行性。此外，考慮到后期安裝及管理的便利性，在滿足安全性的前提下，應減少節(jié)點的類型，多采用標準化節(jié)點，減少或避免異形節(jié)點的出現(xiàn)。同樣地，節(jié)點優(yōu)化人員也可將優(yōu)化后的節(jié)點模型上傳 BIM 云端庫中，完善節(jié)點庫。通過借助 BIM 軟件所構(gòu)建出的三維模型，可以模擬多種設(shè)備工程的管線在吊裝與布設(shè)時的情況，進行碰撞檢測，避免出現(xiàn)管線交錯、占用過多空間凈高等問題，從而降低安全事故發(fā)生率，提高建筑品質(zhì)，避免建設(shè)成本的浪費。

4.4 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計中的應用策略

BIM技術(shù)可以有效整合相關(guān)部門，協(xié)調(diào)各職能部門和工作人員間的配合效率，這項優(yōu)勢在解決裝配式建筑設(shè)計的過程中具有重要意義。如果想要將BIM技術(shù)更好的應用到裝配式建筑中，這就要求相關(guān)技術(shù)人員具有一定的專業(yè)知識。BIM技術(shù)是新時代下工程設(shè)計和建設(shè)領(lǐng)域的一項革新技術(shù)，其地位不言而喻，為能夠適應這一新技術(shù)、新理論，需要建筑工程企業(yè)在人才選拔和培養(yǎng)方面建立起完善的選拔制度與管理機制，在運營過程中不斷培養(yǎng)技術(shù)人員專業(yè)能力，提升專業(yè)素養(yǎng)。

結(jié)束語

綜上所述，BIM技術(shù)和裝配式建筑設(shè)計二者相輔相成，其設(shè)計深度對提高建筑工程精細化施工及運營具有重要意義。BIM技術(shù)在提高深化設(shè)計效率的同時，也不斷完善了以BIM 為代表的信息技術(shù)在建筑行業(yè)的發(fā)展。雖然在現(xiàn)階段，BIM技術(shù)與裝配式深化設(shè)計技術(shù)的結(jié)合領(lǐng)域還未完全成熟，但我們相信，在政府和行業(yè)的大力支持與推動下，該項技術(shù)的行業(yè)標準會越來越完善。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，建筑業(yè)全數(shù)字化生產(chǎn)將變?yōu)榭赡埽@將從根本上提高建筑的質(zhì)量。

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