BIM技術在裝配式建筑設計與建設中的應用研究

周 承

（南通裝配式建筑與智能結構研究院，江蘇 南通 226000）

裝配式建設因具備綠色、節約、低碳、環保、快捷等優點，已成為中國當前建筑業轉型發展的趨勢與主要方向。在國家政策的支持下，通過裝配式施工和BIM技術的融合與發展，體現了中國智慧制造業的創新模式，把數字化技術運用到傳統產業，必將給中國傳統建筑業注入新的動力。

1 BIM技術的特點

BIM技術具有數字化、全周期、動態化、可視化、建模、協調等方面的優勢，近些年來，BIM技術在我國的建筑行業中得到了廣泛的應用，尤其是在結構、建筑、水電、暖通設計等多個方面，正在不斷完善。BIM技術是利用計算機通過對有關數據信息進行分類、綜合與應用，并通過數字化形式和具體信息表示項目內容的主要技術手段。它在有效整合項目各方面工作、進一步系統化項目的管理內容、完善決策過程以及明確各職能部門職責等方面，起到了不可分割的關鍵功能。至于BIM技術的主要特點，這也是一個值得研究的課題，BIM技術最重要的特點包括可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性。而對于顯示可視化的模式，基本上可描述為，利用計算機二維圖樣等的綜合參數信息，關聯企業內部信息，展示出具體的技術結構可視化模式，使得企業運用BIM技術對關鍵的技術進行還原，裝配式工程項目的管理者及時掌握工程項目的實際狀況，并對各類情況做出及時反應。在整個項目計劃中和施工之前，雙方都有投資方投標、融資等關鍵過程，而因為利益相關者很多，所以各方也各有各的觀點和看法，難免會產生分歧或在設計和施工過程中出現其他問題，這是不可避免的，但是，如果能早于工程設計和施工之前就使用BIM技術，就可以將相關工程施工的內容和參數提前可視化，大大促進各方的協調，對產業結構和施工的正常進行產生良好的影響。BIM技術的優點以及其獨特的屬性，或多或少地對建筑工程的各個方面產生了重要的影響（如圖1）。

圖1 技術模型圖

2 BIM技術在裝配式建筑設計中的現狀

與傳統模式相比，裝配式建筑的裝配式構件生產流程更多，需要更精準、更高效率、更好協同、更深層次、更少誤差的設計。隨著BIM技術的融合和進步，裝配式建筑的詳細設計進一步提高了工作效率，但是即便如此，項目實施時難免還存在問題。在詳細的BIM設計中，需要傳遞、協調和接收的信息很多，溝通程度高。這些信息主要來自業主、設計院、制造商和建筑部門。BIM技術將這些信息導入 3D 模型并執行沖突檢測、進展建模和協作優化，數據和信息的輸入需要單一的流程和原則，否則隨著設計的深入，每個參與方都會不斷地輸入各自領域的數據，造成信息混亂，無法順利工作。目前國外軟件Autodesk的Revit是國內主流的BIM軟件，經過在中國的大量工程實踐和軟件公司的努力，Revit也在不斷調整，以更適合中國本地化，目前Revit在建模方面相對成熟，但在制圖方面與國內標準仍有一定差距，缺乏相關的族庫和模板文件，軟件底層數據無法適配中國標準。在詳細規劃之初，對裝配式建筑的預制構件數量進行分類，減少重復工作。在所有項目利益相關者的充分參與下，預制構件可以在相同設計的基礎上得到更多形狀相似但尺寸不同的產品。當這些組件使用BIM技術手動建模和繪制時，會導致大量的重復和機械工作。BIM技術創建模型平臺后，需要基于模型傳遞和整合信息和數據，以促進不同學科在深度設計中的協作。但是，目前主流的BIM設計軟件仍然存在一定的信息傳遞問題，單個模型的信息傳遞和集成效率高，不同模型的信息不能高效傳遞。特別是在裝配式建筑中，需要在總裝模型中將多個預制構件模型進行連接組裝，而BIM技術不擅長提取這種組裝關系信息。

3 將BIM技術應用于裝配式建筑設計的優點

3.1 降低模擬性

隨著裝配式建筑結構的應用，改變了傳統繪制圖紙的方式，利用新技術工具發展信息化技術，減少因繪制方式造成的物理誤差，型式與尺寸的變更也會變得更容易。關于項目施工過程中的施工質量，可以詳細分析施工動態，使施工過程更加具體和易懂。同時，也方便了分步構建過程，避免了實施錯誤的風險，它將比傳統建筑過去依賴的繪畫技術更加科學和細致。在施工過程中，設計師與施工團隊的溝通變得更加便捷，利用BIM技術可以模擬施工前的施工過程，實時發現施工過程中存在的問題。根據新出現的問題，調整和準備適當的修復措施，從施工現場的施工質量提高項目的可制造性、耐久性和安全性。仿真的存在將為施工團隊明確施工過程中容易出現問題的區域，同時提高施工團隊成員的勤奮工作態度，這顯然賦予了BIM技術很大的優勢

3.2 全方位記錄信息

可以全方位獲取項目信息，BIM技術是在計算機的基礎上進行的，因此在施工過程中可以有詳細而完整的信息收集。無論是設備信息還是質量管理，都可以保證全面信息的可用性。關于施工質量管理，相關信息是非常零散的，例如，一個建筑工地可能有成百上千的建筑材料，而施工隊成員的最新信息也是一個龐大的信息庫，BIM技術的加入在管理信息數據和防止信息丟失方面提供了綜合優勢。BIM技術可以根據施工情況提前準備數據，節省大量準備時間，科學信息比人工信息更準確。前期準確的數據采集，對于后期的施工過程，會起到非常重要的作用，才能最大化整個施工過程的整體價值，這一點不需要質疑，也是非常重要的一點。

3.3 具備海量材料

不同年代的巖土工程設計和不同年代的建筑風格都會影響建筑物的質量。因此，首先有必要對不同地區的巖土進行具體分析，分析這些巖土的形成年齡、成因和成分，以便更好地進行裝配式房屋的設計。Bim技術的特點之一是可以存儲大量的個性化材料。因此，在施工過程中，可以充分分析不同時期的工程地質條件及其形成的原因，針對各種工程和地質條件開發獨特的建筑解決方案，可以大大提高裝配式建筑的工作效率和設計質量，這一點非常重要。

3.4 加快設計圖紙的速度

BIM技術可以有效加快圖紙的建設。眾所周知，BIM技術的發展給建筑業帶來了前所未有的變化。過去，裝配式建筑規劃的另一個重要步驟，是根據實際研究結果繪制建筑圖則。在傳統的裝配式房屋設計中，設計人員首先要改變設計模型，然后改變平面圖、剖面圖、詳圖等支撐圖。在畫畫的過程中浪費了大量的時間和精力。然而，在應用BIM技術后，設計視圖、平面圖、剖面圖和詳圖變得相互關聯和復雜。設計人員只需對模型進行修改，就可以同時獲得修改后的圖紙，這在很大程度上節省了設計人員的時間，提高了預制房屋設計工作和設計過程的整體效率。如果負責人能夠有效地關注到這項技術，那么裝配式建筑的設計工作肯定可以更快更好地進行。

4 BIM技術在裝配式建筑設計中的實際應用

4.1 BIM技術在可行性研究階段的應用

裝配式建筑設計的第一階段是工程項目的可行性階段，是確保工程質量的基礎。對裝配式建筑的自然環境需要進行大量的分析和科學研究。BIM技術允許裝配式建筑模型使用數據可視化創建設計方案。通過該物理模型，投資者可以及時發現建設項目投資消耗可能存在的問題，及時進行糾正，從而大大控制成本，提高建設質量，避免因管理決策的變更而增加成本，盡快對規劃結構進行管理，使設計決策集中在整個項目上。

4.2 BIM技術在裝配式建筑模型上的應用

BIM設計方案的選擇不但能夠解決建筑斜面分層的復雜定位，而且還能夠使用BIM技術研發出高度一致的3D設計方案，從而便于裝配式施工建筑的規范施工以及機構間靈活運轉的維護。在裝配式施工住宅規劃行業，裝配式施工建筑模塊制作材料是指一個能夠提高裝配式施工房屋規模以及施工團隊設計理念的建筑材料。在實際建設過程中，預制裝配式建筑物模型的制作有著很大的實用性，其中不僅涉及裝配式建筑物房屋規劃設計的各種課程和基本概念。而且預制裝配式建筑物理模型的構建，首先需要確立相應的預制裝配式建筑物理規范，確定設計原則，并補充基本概念，進而逐步明確預制裝配式建筑的實際狀況與特征，并對預制裝配式建筑的內在和對外特征加以多維度剖析，從而證明了預制裝配式建筑的合理性。

4.3 BIM技術在建設施工階段的應用

裝配式建筑的建設是規劃項目的實施。傳統平面設計采用二維工程圖紙，導致項目施工可行性研究不完善，施工時間不確定，施工效率低，嚴重降低了裝配式建筑的質量，這個問題可以通過BIM技術智能的避免。BIM 技術還可以解決現場設計和施工方法之間的設計缺陷或不一致問題，它將跨學科的信息內容鏈接起來，以防止設計沖突、減少施工時間并協調不同工程和施工方法之間的差異。借助BIM技術，可以計算出項目施工方案中的關鍵點，立即改進方案設計，相應降低項目投資成本，提高施工質量。

4.4 BIM技術在運行維護階段的應用

BIM技術能夠保存各個建設項目中施工環節的重要內容，社區業主也能夠按照要求查詢各個環節的具體內容。而一旦建設需求發生了變化，BIM實體模型的主要參數也同步改變，從而提高了整個實體模型。BIM技術還能夠對工程結構進行信息分類，從而掌握工程中預制或裝配式建筑物的結構特征、容量、應用狀況等基礎信息，并針對現場狀況展示更適宜的施工方法。綜上所述，將BIM技術用來管理裝配式建筑物的后期運維，將有助于提升工程項目品質。

5 裝配式建筑設計與建設中的BIM技術應用要點

BIM技術不僅僅是信息技術的物理模型，因為物理模型首先是在信息的幫助下建立的。因此，它能夠智能、快速地響應建筑內容的變化，這也是許多設計人員在預制構件的規劃設計過程中采用的一種新方法。在為非常復雜的預制裝配式工程創建設計方案的情形下，可以通過3D參數化設計模型軟件對方案進行修改，并可智能地控制裝配式施工建筑物的外形。參數化設計模型的關鍵功能是在修改參數后，對預制裝配式施工建筑物的形狀做出必要的參數修改，在完成了設計方案和實際性能指標的對比分析任務，以及現成建筑的布局后，設計人員可以選擇更有效的方案對其進行改造，因此，利用BIM可以改變裝配式房屋工程建設的主要參數，進一步提高裝配式房屋的規劃和管理質量。

6 結束語

綜上所述，市場經濟下，企業之間的競爭日趨激烈。對于工程建設單位，想保證自己的市場競爭力，拓展自己的市場份額，裝配式的設計及施工理念不僅可以減少施工時間，還可以最大限度地降低施工成本。為了更好地實現這一目標，非常有必要使用BIM技術支持的預制方案。BIM技術可以利用數據對具體的施工效果進行建模，而預制方式可以進一步縮短施工時間。將BIM技術應用于裝配式施工方式，可以進一步提高施工效率，降低施工成本，減少施工失誤，讓企業積累自身的施工經驗和施工優勢，從而提高市場競爭力。