裝配式建筑結構設計中BIM技術的應用探究

李光耀，陳晨

（濰坊市建筑設計研究院有限責任公司，山東 濰坊 261205）

裝配式建筑工程現已成為我國建筑行業中的一大主體類型，運用裝配式開展施工建設不僅能簡化工序，還能有效避免工期延誤等問題出現，施工安全及施工質量也能得到有效保障。但開展施工建設前，建筑結構設計的科學性及合理性是必須要保障的，這是確保各環節工序能得以緊密銜接、各項計劃施工工藝能得以準確落實的根本所在，且將與最終施工建設質量掛鉤。將BIM技術運用到裝配式建筑施工中后，建筑工程的設計方案將以建模這一直觀的形式展現給相關工作人員，這種可視化的效果能幫助相關人員在開展施工前根據實際需求調整項目結構或工序設計，進而保障后續施工的準確性與有序性。

1 簡析BIM技術的特點及優勢

BIM技術能幫助施工方整合建筑工程建設中維護、運營、設計及施工等多方面的內容，并以數字化可視技術予以展現，將BIM技術運用到裝配式建筑結構設計中能有效提升收集處理材料的效率。總體來看，BIM技術具備可視化、協調性、優化性三方面的顯著特點。

（1）傳統建筑結構設計具備一定的抽象性。工作人員會將所需建設項目的整體設計描繪在圖紙上，施工人員需借助觀察圖紙，結合自身想象展開建設。這種工作模式具備一定抽象性，而將BIM技術運用其中之后，以往抽象化的設計思路將以更為直觀的形式來展現。將施工設計方案轉換為可視化的三維立體模型，其清晰性和直觀性都得到了極大限度的提升；其次，在以往的項目實際建設過程中，裝配式建筑的設計復雜性較高，無論是前期設計生產環節，還是運輸存放環節，或是后續施工環節，各項工作的協調性是必須要保障的，這是提升建設效率的關鍵。將BIM技術運用到施工設計中后，各部門間的溝通聯系會更加緊密，能夠借此來解決大多專業建設問題。且施工人員往往會在建設環節進行工程優化，BIM技術可借助構建模型來為施工人員提供建筑物建設過程中產生的各項信息，幫助工作人員優化復雜工程。

（2）工程施工人員可借助BIM技術來分析建筑構件的類型和使用方式，各項建筑材料的信息都能利用BIM技術來儲存調用。運用BIM技術直觀清晰地將建筑材料及幾何尺寸呈現出來，能便于工作人員理解。尤其是在設計結構節點等內容等，建筑施工單位可借助BIM技術分析各項建筑構件的運用方式和具體用處，針對墻、板等方面的設計進行直觀解釋。在BIM技術未投入使用前，工作人員若想深入分析結構設計方案，就必須展開模型構造，但模型構件中諸多復雜數據材料的掌握難度較高，而運用BIM技術以模型方式展示建筑結構，能極大限度地縮減理解難度。且BIM技術所具備的協調性特點還能推動各部門間的合作分工，減少設計施工過程中各項問題的產生頻率，達成整體性和層次性。

2 BIM技術在裝配式建筑結構設計中的運用

2.1 提升設計效率

傳統建筑結構施工設計圖是以平面圖的形式來呈現的，是一種二維圖紙。以往的建筑工程人員往往會由某一關鍵節點繪制三維圖，借此來拆分細化建筑結構，幫助施工人員理解。但這種定點式的分離方法，無法直觀區分預制結構和現澆構件，也無法對某一部分展開整體設計及布局優化。而BIM軟件可繪制出各種專業圖紙，根據事先導入的數據，對建筑結構展開預制設計，將2D平面設計圖轉換為3D表達形式，以具備高度可視性的三維模型來幫助建筑工程負責人員直觀分析建筑設計圖紙中的問題，并展開針對性的調整。

圖1是某裝配式建筑結構的結構布置圖。相較于傳統結構設計方式而言，這種借助BIM軟件繪制的三維模型會更為準確化，設計效率也會更高，施工進度和返工次數都能得到有效掌控。以BIM技術繪制的三維模式具備高度可視化，施工人員可在施工前借此模擬實體建筑，提前發現并糾正設計錯誤，進而使得建筑模型能逐漸契合于建筑項目的實際情況，在確保項目設計準確無誤的前提下展開施工。

圖1 裝配式結構布置

2.2 減少設計誤差

預制構件結構設計具備高度復雜性，施工圖中經常遇到墻體及管道布置不合理的問題，借助傳統結構設計方法所設計的圖紙精細化低，上述問題難以及時找尋。施工圖紙中的問題無法及時調整，當投入施工建設環節后，各類設計問題才會暴露，這就使得工程進度不得不中斷，需再次調整施工方案。但這會使得施工建筑材料的耗費量上漲許多，施工進度也會無法順利推進，最終將導致工期延誤。將BIM軟件運用到預制構件結構設計中后上述問題便可得以有效解決，相關工作人員可借助BIM軟件來自動檢測設計圖紙中的問題，借助審評三維模型來模擬實際施工環境，依據其中暴露出的問題，歸攏整改信息，及時修正設計方案，并將完善后的圖紙信息導入BIM軟件展開二次檢測，直至軟件不再報錯，方可投入施工。

如在開展預制房屋結構設計時，建筑管線的種類繁多，強弱電線和排水管等都是需要格外注意的，而裝配式構件本身具備鮮明的預制性和模塊性，要想協調好管道和結構絕非易事。但工作人員可借助BIM軟件來檢測各管道的布置位置是否合理，如若軟件檢測到存在各類異常現象將會報錯，進而有針對地優化管線布置，提升結構構件預制的安全合理性，切實降低裝配式建筑設計環節產生的誤差。

2.3 提升預制構件設計的標準化和協調化

標準化的原則為簡化、統一、系統、通用、模塊、組合。在裝配式建筑設計過程中，為確保預制構件可共用模板，達到節約成本的目的。傳統項目規劃中常見到互為鏡像式的樓棟相互拼接，但裝配式建筑項目運用最多的是平移式的關系。借助組合化及模塊化對單一構件進行變化，借助一種構件或多種構件的巧妙排列組合使之呈現不同變化形式，并將其反應在建筑戶型、立面及使用功能上。

運用BIM軟化繪制整合三維模型，能夠直觀觀察各構件的布局情況，并分析各類構件間的位置關系。裝配式建筑工程的相關負責人員還可借助BIM這一三維協同環境，提升設計、施工及機電安裝等各環節工作的協調性與高效性，并對裝配件及管線進行優化布置，提升其合理性及利用率。將BIM技術運用到建筑結構設計過程中能確保各設計人員集思廣益地共同完成設計任務，并整合匯總各項數據信息，提升建筑結構設計的整體協同性。通過建設數據庫將各項數據信息整合于同一數據處理平臺，實現信息共享。

2.4 提升結構設計的可視化

BIM模式不僅可供工作人員審查不同學科的設計，還可借助三維可視化來幫助相關人員分析其中存在的問題，進而實現多學科間的協同化作業。土建施工過程中，各施工人員可在BIM軟件上輸入所運用各構件的信息，進而準確開展施工澆筑及安裝。項目參與者可充分利用其可視性，來把握建筑工程的整體設計布局，深入分析設計細節。

圖2為建筑結構的可視化設計圖，運用BIM技術作出上述圖紙之后，設計者可借此來分析裝配式構件、管線等的設計是否合理，針對其中存在的問題及時加以解決，確保最終設計結果能得到各方的滿意。

圖2 建筑結構可視化設計

2.5 提升各項建筑數據的準確性

預制構件房屋竣工后，應在驗收環節對房屋資料展開復核，確保其建設質量能達到標準，確保房屋建筑具備安全性。借助傳統式的建筑結構設計方式來建造預制構件房屋時，需在竣工驗收環節花費大量時間。這主要是由于這項建筑結構設計的復雜性過高，且其中涵蓋大量數據信息，這就使得計算工作變得極為繁雜，出錯也是無法避免的。且一旦發生錯誤便需重新計算，工作人員也常在此環節產生意見分歧，驗收階段所耗費的時間和精力都是巨大的。在裝配式建筑結構設計的全過程中運用BIM技術，能有效解決上述竣工驗收數據核算問題，將建筑結構設計的各項數據資料整合于BIM軟件之中，并為各項目設置專項數據庫，工作人員便可借助BIM系統來查閱各項資料的準確性，并以此為驗收階段的理論憑證。

2.6 提升尺寸及布置設計的科學性

運用BIM技術設計生成建筑圖紙時，設計人員可借助所獲取的建筑剖面圖及平面圖來掌握建筑物各類材料的尺寸信息，如鋼筋等重要材料。信息化技術手段的運用可強化裝配式建筑中鋼筋材料的設計效果，相關人員可借助BIM技術來分析所需用到的鋼筋材料數量及各項參數，為整體布局設計打造良好基礎。如在設計預制梁鋼筋時，設計人員需對梁跨中后澆帶的縱筋實施切開處理，進而開展后續澆筑工作，為其他施工環節提供極大便利。設計分析梁段的最大值時，需對箍筋實施加密處理，分析設計所需的鋼筋、箍筋數量及箍筋間的相互距離。工作人員可借助BIM技術展開模擬分析，對各項復雜數據進行處理，并分析設計情況是否與實際需求相符，有效提升設計科學性。

而作為裝配式建筑設計中的另一重要部分，預埋件的布置也是極為關鍵的，需借助嚴密的拆分來提升整體結構設計的詳細準確性，確保其布置具備高度科學性及合理性。為達成這一設計目標，并有效提升現場施工作業的開展質量，需提前對預制埋件的各內嵌展開科學設計。選擇設計方式時需及時調整優化預制墻柱、鋼板等各項關聯結構的參數，確保整體參數設計能得以良性銜接，借助BIM技術以智能化的形式獲取各項參數信息能提升預埋件布局的合理性。如在進行裝配式墻體的設計時，可借助BIM技術來實現參數創建共享，詳細展示各材料尺寸。運用砌塊處理工藝時，可借助BIM技術自動計算所需使用的砂漿量，明晰砌塊過梁位置及數量，對整體工程建設中所需的預埋件數量及位置布置展開科學分析，并完成各項技術參數的儲存。實際施工過程中各項參數會發揮出極為關鍵的作用。

3 結語

總而言之,將BIM技術運用到裝配式建筑設計中是極為必要的。建筑工程負責人員可借此來優化各項建筑細節，借助BIM技術的可視化特點來展開模擬分析，集中展示各項結構設計內容的最終建設效果，確保其建設質量能得到可靠保障。因此，廣大設計人員需加強對BIM技術的運用，切實提升我國建筑設計質量。