裝配式建筑結構設計中BIM 技術的應用

◎鄭孝婷

我國建筑行業處于快速發展階段，裝配式建筑這種新的建筑方式在建筑行業中的應用越來越廣泛。將BIM 技術融合到裝配式建筑中，可以對設計的合理性、結構的可靠性進行檢驗，并完成優化，在此基礎上，具有精準用料、提高效率、生態環保等特點，能夠全方位、多角度提升建筑工程質量，確保較好的施工效果，提高裝配式建筑結構設計質量，進一步促進建筑業發展。本文主要對裝配式建筑結構設計中BIM 技術應用進行介紹，旨在為相關工作人員提供一些參考。

一、BIM 技術與裝配式建筑概述

1.BIM 技術概述。

對于BIM 技術而言，是一種建筑信息模型。這種技術是以數字仿真虛擬化系統為主，在設計建筑項目時，將工程數據進行有效利用，并利用了設備性能參數，在一系列加工合成影響下，建立了三維建模系統，確保設計建筑物可以進行三維建模，獲得高度仿真實物建筑物的效果。另外，對于BIM 技術不僅可以在裝配式建筑中進行利用，還可以在建筑施工，或者在建筑監測中有效利用，進而發揮出加工管理的作用，BIM 技術對于建筑項目的材料配備優化、成本造價控制、安全質量建設等都具有非常重要的作用，有助于施工單位效益的提升與建筑行業的發展。

2.裝配式建筑闡述。

和以往澆筑型建筑對比不難發現，裝配式建筑具有一定的優勢特征，會以拼接裝配預先定制的建筑物結構部件為基準，進行建造。和其對比，裝配式建筑具有著一定的優勢作用，例如擁有著較快的部件建造，進行多樣化構型，還能應對極為復雜的氣候，并應對地質地貌不利影響。但裝配式建筑也并不是沒有瑕疵的，也具有一定的不足。比如建筑物結構自身設計存在一定的難度，并且防震性能不是很好，減震性能和預期狀態存在一定的差異。在當前形勢下，裝配式建筑利用為初級時期，裝配技術還具有一定的上升空間，應和信息技術結合開來，這樣才能制定出良好的技術應用標準，才能促進裝配式建筑的全面發展。

二、BIM 技術在裝配式建筑結構設計中的優勢

1.提高設計效率。

相較于傳統工程設計，設計人員需要開展許多諸如工程信息采集、數據分析和參數計算等具有高重復性、基礎性的工作，以及各項設計參數、相關施工規范的對照分析等工作，利用BIM 技術的裝配式建筑設計僅需要工作人員將相關的工程信息和設計標準導入軟件，就可實現在短時間內設計出切實可行的方案，并找出方案中存在的具體問題，代替了人工繪圖和數據采集等設計工作。

2.推動模型可視化與仿真化發展。

BIM 技術具有出色的可視化和仿真化特點。作為一項復雜的建筑結構設計項目，通常只有專業的工作人員才能理解相關專業術語和信息，但實際展示中還要向非專業團隊展示建筑結構設計成果，因此設計人員可利用BIM 技術將設計轉化為可視化的結構模型，確保建筑團隊的工作人員更清楚的了解工程師的意圖。同時以裝配式建筑的工業化生產方式為基礎，建筑結構體系與建筑內裝體構成開放住宅建筑體系，體系具有系統性、適應性與多樣性，部件、部品具有通用性和互換性，運用BIM 技術根據顧客需求快速調整設計方案。

3.提升建筑行業的專業化水平。

BIM 技術可以通過建立可視化、模擬性的建筑模型來對整體項目進行合理的規劃部署，并運用NavisWork 軟件將進度計劃與BIM 模型關聯，實現動態模擬不同施工階段施工部署的合理性，進一步優化裝配式建筑結構設計，在裝配式建筑設計中應用BIM 技術能夠充分實現信息化與工業化的有機結合，既大幅提升了裝配式建筑的科學性和專業化水平，又提高了建筑行業的完善程度和智能化建設。

三、裝配式建筑結構設計中的BIM 技術應用

1.重視流程再造，提倡優勢互補。

根據裝配式建筑結構設計的具體要點和BIM 技術的應用條件，首先對應用的范圍與程度進行規定，從整體管理工作開始對整個工程進行全面分析，根據設計流程來優化BIM 技術的設計，完成功能預判，保證兩者實現互補，同時要重視引入數字化設計理念，達到設計環節的智能化發展。另外還要重視科學及流程的一體化管理，從開始策劃到整體建設完工，都要在施工過程中考慮到各個環節的技術特點，并做好協調，保障各環節施工時能夠順利開展有序進行。最后，為了有效發揮信息交互反饋的功能，保障設計內容與各方構件設計相符合，達到整體設計的準確無誤。

2.重視問題導向，強化實踐應用。

應用BIM 技術要重視該技術的應用，對現有的裝配式建筑結構設計中出現的問題有解決的作用，補齊裝配式建筑結構設計中的短板，提高BIM 技術應用的有效性。我國在裝配式建筑技術方面的發展較晚，因此在實際施工中會出現一些發展中的問題，比如環節質量控制問題、一刀切問題、規律特點不明顯等。當出現質量控制問題時，比如預埋位置、鋼筋套筒等位置不準確，出現節點堵塞、節點遺漏等問題；夾心保溫板不牢固等問題；一刀切問題比，如不符合裝配式建筑技術的施工范圍，容易導致施工費用增加；而自身特點與規律特點不明顯比如在施工時完全照搬照抄作業圖，并沒有按照科學的規范體系來發揮邊際收益達到成本節約和提高工作效率的目的。所以，在裝配式建筑設計中運用BIM 技術首先要補齊短板，解決發展中的問題，然后優化設計，控制關鍵環節的質量，實現裝配式建筑設計的高效、環保、綠色的發展理念。

3.重視核心能力，提升引帶作用。

BIM 技術的價值很明顯，但是不能在裝配式建筑設計中過分依賴或者認為BIM 技術是工程設計，另外還要重視在建筑設計中BIM 技術的運用是否會帶來其他的問題，根據裝配式建筑設計自身的發展情況。對應BIM 技術的特點來找到有效的解決辦法，BIM 技術發展的程度和廣度都無法從根本上解決裝配式建筑設計中的許多問題，建筑模型在選擇關系布局或構建設計的人性化方案時，都應該從設計施工的實際工程中找出解決方案。另外，BIM 技術自身無法進行全流程管理理念的創新，必須通過人為的管理方式和實際工程需要來應用該技術，從而提升該技術的價值。

4.應用BIM 技術可進行數字化交付。

特別是異形建筑中的幕墻工程，利用BIM 技術設計建模，可對設計進行有理化、數字化分析。利用編程建立幕墻深化模型，包括各類構件模型信息，最終將完整幕墻信息輸出為加工生產相關參數，生成加工、安裝圖紙，實現工廠加工，工廠或現場安裝組裝施工。由建筑方案設計單位創建的參數化設計的幕墻模型，逐步由各單位深化、應用，最終形成數字化資產交付至業主。建筑進入交付使用階段后，利用BIM 技術創建的幕墻竣工模型，在維護、維修時，可以利用模型文件快速查找所需替換幕墻板塊的類型、尺寸、安裝技術等方面的參數信息，結合后期信息化平臺進行運維跟蹤、物業協同。通過數字化交付拉通設計、生產、施工、運維全鏈條。

5.三維建模與圖紙設計。

將BIM 技術用于裝配式建筑結構設計過程，有利于提升工程設計相關指標準確度和工作效率。在項目實施中，設計人員通過前期實地考察，精確采集地質勘測、建筑測繪等諸多信息，利用BIM 虛擬仿真系統，設計搭建裝配式建筑物模型。基于BIM 三維設計平臺，設計人員可以快速傳送各種數據，智能分析數據信息，協同進行操作、控制，在較短時間內設計出建筑構件規格尺寸，快速模擬設計建筑體造型。BIM 還能結合技術策劃要點，合理展現裝配式建筑設計意圖，在達到使用功能的基礎上，利用模塊化設計方法，將提升模塊使用率與體系集成度設定為目標，不斷提升工程設計水平。同時結合裝配式建筑施工特征，設計人員在設計圖紙時可以加強不同專業之間的協同性，循序漸進實現建筑結構設計的模塊化、標準化。

6.設計調整。

BIM 技術在裝配式建筑結構設計層面上，發揮出極為顯著的應用效能，有效解決了不同專業間設計難題，實現了對不同專業設計要素與影響因素的綜合分析、有效整合，確保所制定設計方案切實滿足工程施工需求。在傳統工程設計模式中，往往存在著較多設計沖突問題，不同專業的設計方向、理念也存在差異。從建設定位與評估角度來看，只有滿足設計定量需求，方可保證預制構件規格尺寸等設計參數與工程施工需求相符合，這也在客觀層面上加大了設計工作量與裝配式結構設計難度。設計人員通常耗費大量時間精力，也無法保證設計意圖在施工時能夠準確完整體現。利用BIM 技術優化性、模擬性和協調性，可以有效避免設計沖突等問題的出現，將工程設計難度控制在較低程度，設計人員可在已知工程信息及設計內容基礎上構建三維建筑信息模型，提高對工程圖紙及整體設計情況的直觀了解程度，便于數據統計與定量指標計算工作的開展，將工程設計與實際施工參數二者間的誤差值控制在合理范圍內，確保設計合理可行。

7.預構件拆分及制作。

（1）構件拆分。裝配式建筑的設計中，需要對建筑裝配式構件進行合理的拆分設計。由于該項工作需要的專業程度較高，傳統工程設計下很多工作人員構件拆分設計效率相對較低，結構信息之間無法得到有效的連接和共享。通過BIM 技術，在裝配式建筑結構設計中，各專業設計人員可以協同進行設計，利用三維可視化技術，大大提升了構件拆分設計的效率。通過鋼筋碰撞檢查、預埋件的位置設計以及建筑構件之間的碰撞協調實驗等一系列BIM 技術應用，有效提升設計的準確度，為后續的裝配建筑施工打下良好的基礎；（2）構件制作。裝配式建筑中預制構件的生產種類、數量相對較多，模具的使用周轉率偏低，整體的生產效率遠遠不足，同時還會造成一定程度的資源浪費，由于傳統設計局限性，整個設計工作也不能夠真正滿足施工需求，容易出現返工，影響工程質量和施工周期。通過應用BIM 技術可以實現各專業間協同設計，從整體上優化設計方案，采用標準模塊化設計提高模具利用率，縮短各專業設計修改時間，有效提升設計質量，避免不必要的返工和資源浪費。

8.BIM 技術在裝配式建筑戶外設計中的利用。

對于戶外設計來講，主要劃分為以下幾種：一種是裝配式結構構成，另一種是裝配式建筑對環境的影響，最后一種是裝配式結構應力。從裝配式結構角度講，應以設計需求為基準，在三維模型中，對裝配結構流程進行模擬，并對結構間的力學結構情況進行觀測，還應觀測強度問題，并分析產生原因，最后在獲得對應處理對策。這樣應用BIM 技術模擬處理對策，可以對處理對策有效性進行判斷，另外，對于裝配式建筑，會影響周邊環境，由于裝配式建筑施工會存在一些問題，如不規則沉降問題。因此，在BIM 技術建模下進行分析，會對建筑結構進行連接，并了解地基力學關系，假如力學關系呈現出不規則變化，將會發生不規則沉降，基于這樣的情況，應該對其進行處理。

四、結語

總之，在裝配式建筑設計中應用BIM 技術，對整個裝配式建筑行業具有提質增效的作用，能更好地推動行業高質量發展。兩者的結合不應局限于單個的技術或流程環節，而是要從更高的層面來思考BIM 技術在整個裝配式建筑設計過程中的作用和價值，只有這樣，BIM 技術才能科學、合理、客觀地應用，從而發揮更大的技術價值。