BIM技術在裝配式建筑設計中的研究與實踐探討

李會燕

河南中建華工程造價咨詢有限公司 河南 洛陽 471000

引言

BIM技術是指建筑信息模型，通過將建筑的信息化模型進行整合，并分享傳遞到項目運行、策劃等生命周期當中，幫助技術人員充分獲取建筑信息，以此提高生產效率，節約經濟成本。為了確保該技術能夠在裝配式建筑設計中得到高效運用，首先要對BIM技術的主要特點進行深入了解。

1 BIM技術特點分析

1.1 可視化

可視化是指數據、信息能夠“看得見、獲取到”的形式，比如以往施工人員只能在施工圖紙上查看用線條描繪的構件信息，但實際結構形式卻需要人員自行想象。而BIM技術則不同，其提供了一種三維立體視圖，能夠使人們直觀地看到構件大小、顏色與所在位置，強化構件之間的互動性，使項目設計、運用都能在可視化狀態下開展。

1.2 協調性

BIM技術的協調性服務主要體現在處理構件布置以及人員溝通交流方面，通過使用建筑信息模型完成不同專業碰撞問題的協調，生成相關協調數據，幫助施工人員圍繞電梯井設置、防火分區空間協調等問題進行深入探究。

1.3 模擬性

模擬性并非只是單純的完成建筑模型設計，還能夠模擬無法在實際生活中完成的相關操作，在設計環節，BIM技術可以呈現一定的模擬試驗。此外，BIM技術也能實現5D模擬，是指4D模型與造價控制的有機結合，達到控制施工成本的目的，使構件空間布置更合理，保證空間利用率的最大化，避免不必要的資金支出。而在運營階段，還能夠完成緊急疏散與日常緊急狀況的模擬，通過開展逃生模擬活動，使工作人員更好地應對突發事件，降低不良事故的影響[1]。

1.4 優化性

BIM的優化性主要體現在信息、復雜程度以及時間三個方面。BIM模型的信息呈現能力極強，能夠將建筑物的幾何、物理、規則等數據展示在三維模型當中，同時還能完成數據更新，依照建筑物變化進行數據的及時調整。而在復雜程度方面，由于參與人員本身無法全面掌握全部的建筑物數據，因此需要借助一些科技設備與信息手段，簡化工作難度，將超出人員能力極限的內容分配到配套工具當中。在時間方面，BIM技術的信息處理效率較高，實際監控能力極強，能夠降低設計人員的工作負擔，釋放更多的精力與注意力放在其他環節，以此縮短工作進度，提高設計質量。

1.5 可出圖性

BIM既可以完成建筑圖紙與構件圖紙的繪制，還能完成建筑物可視化呈現、模擬與協調，進一步出具不同專業圖紙以及深化內容，確保工程數據與表達更加全面與詳細。此外，BIM技術后續研發經費較高，成果也較少，企業之間也無法做到相關資源的共享，進一步加深了技術的應用難度。各建筑企業在使用BIM技術前，一定要結合企業自身情況和資金預算，合理引用相關技術。

2 BIM技術在裝配式建筑設計中的實踐路徑探究

2.1 策劃階段

首先，設計單位要做好BIM應用的準備工作，掌握建設規模、成本限額等相關信息，制定科學、合理的技術實施策略，切實加強預制構件的標準化程度，明確BIM的應用模式，當前使用最廣泛的是以模型為主的應用模式，需要對國外引入的BIM軟件進行二次設計，打造完整的BIM模型，實現圖形的自動生成。其次，要確定BIM的應用范圍以及應用目標，要充分結合項目特點，了解BIM技術的實施風險，站在項目效益角度看待實際問題，充分發揮BIM模型的指導作用，高效完成施工模擬，保障二維圖紙的準確性，提高施工現場工作質量。最后，要制定BIM應用流程，即：前期規劃設計階段，主要以地形、氣候分析、輔助平面布局為主；前期策劃階段，需要制定概念方案；方案設計階段，需要依次建立建筑設計模型、結構設計模型、MEP設計模型以及內裝產品模型[2]。

2.2 規劃設計階段

第一，分析場地氣候條件，技術人員需利用ECOTECT建筑環境分析軟件中的氣象工具完成氣候模擬分析，充分考慮太陽輻射、地面性質等環境因素，借助軟件工具中的氣象數據處理與轉換功能，掌握實際場地氣候狀況，為后續裝配建筑總體布局提供數據支持。第二，分析場地地形，工作人員要利用BIM場地分析程序進行三維建模，通過模擬施工場地周邊的植被狀況與地形地貌，完成基地高程與坡向的計算，借助與GIS系統的融合應用，更準確地掌握建筑空間方位，并處理好與周邊地形間的關系。第三，輔助場地平面布局，設計人員要借助分析軟件ECOTECT中的陰影方位功能，模擬某一時間段建筑陰影變化規律，檢查建筑布局是否滿足日照間距標準。同時還要考慮到建筑的通風條件是否良好，建筑布局方式與高度是否對自然通常產生影響。

2.3 方案設計階段

2.3.1 建筑功能模塊。首先要完成模塊單體的設計，要依照裝配式建筑空間功能、預制構件類型將建筑整體分為樓梯、衛生間、管井等多個模塊。之后結合功能單元條件實現模塊內設計，保證各模塊受力科學、布局合理。在設計過程中要注意，上層模塊組合方式需要由次級模塊決定，模塊層次越低，模塊的機構越簡單。同時在設計時，要建立一套具有普適性的模數協調原則與模數網絡，從而滿足模塊室內部品的規格要求。利用BIM技術構件多個裝配式建筑模型，其中一級模塊需包含基本幾何數據，二級模塊要包含建筑詮釋資料。其次要完成模塊組合設計，要求設計人員選出能夠通過模塊功能結構接口的建筑單元模塊，并確保各模塊之間能夠實現有機串聯。最后要進行建筑層設計，要求設計人員在模塊設計基礎上增加附屬構件，實現各模塊的功能完善[3]。

2.3.2 結構模塊。結構模塊在設計時需要遵從分級設計的原則，確保模塊內包含基本幾何信息以及配筋數據，依照拼裝好的建筑信息模型選取結構模塊進行拼接設計，之后將其導入到分析軟件中實現結構自動配筋，并根據測算結果對模型進行二次校準。若拼接設計滿足應用需求，則鑒定為合格；若整體性與應用標準不符，出現與建筑模塊的碰撞矛盾，則需對碰撞區域進行結構模塊的重新選型。同時要注意調整后的模塊屬于二次生成的新模塊，需導入建筑模塊庫當中，便于后期調用。

2.3.3 MEP模塊。MEP模塊設計主要以暖通系統以及給排水系統為主，模塊模型基本與結構模型一致，同樣需以BIM模型基礎作為應用前提。在組合模塊時需要充分掌握模塊特點，確保MEP布置科學合理，并采取碰撞分析測試，若組合方式不滿足使用標準，需對MEP模塊進行設計調整。若組合方式合理，則要開展水暖水力的計算，之后根據計算結果完成MEP管線調整，進行預留洞口的設計[4]。

2.3.4 內裝部品。一方面要理清構件、部品與模塊間的關系，部品屬于整體組成的基本單元，屬于成品的一部分，對其進行微觀拆分，便可得到用于工業產品的零件與用于建筑方面的構件，因此部品更加完整，能夠通過零構件拼裝生產出半成品，并運往集中廠進行二次拼接形成成品。另一方面，要做好內裝部品的組合設計，內裝部品屬于建筑信息模型的三級模塊，在設計過程中需要利用BIM模型庫對其進行增刪減查等調整，若無法滿足內裝部品的使用要求，需重新建模，將符合標準的部品模型劃入到模型庫中以備使用。此外，設計人員要充分考慮部品類型的選擇，確保其與集成樓面系統與架空底板相互匹配，實現設備管線與梁柱的一體化調整，保證建筑結構完整。

2.4 深化設計階段

2.4.1 構件設計。在BIM過渡階段需要將預制構件作為設計基本單元，做好構件內配筋的設計，進行非幾何參數的添加，并針對構件開展碰撞檢查，依照檢查數據對構件采取優化處理。而在BIM成熟階段需要將模塊作為基本單元，利用構件標準模塊庫對構件材料以及生產維護信息進行添加操作，滿足構件在施工、運維階段的應用需求。同時要根據上述三種模塊的組合結果開展模擬分析，檢查各構件的安裝順序是否正確，運動軌跡是否存在異常，若發生動態碰撞，需及時進行設計調整。

2.4.2 工程量統計。工程管理的核心指標即是工程造價，造價管理需要將工程量統計，以及成本預算作為管理基礎，以往使用繪圖工具進行工程量統計的方法，會耗費工作人員大量的工作時間，由于圖紙無法存儲能夠自動計算的部件數據，需要人工依照圖紙進行信息測量與統計，并憑借自身專業能力與工作經驗進行內容判斷，容易出現造價結果不準確的情況。而BIM模型則不同，其本質上屬于一個包含信息的模塊數據庫，能夠為造價人員提供造價管理過程中所需的模塊信息，以此大幅度降低工程量統計時間，簡化工作難度，消除潛在的計量誤差。此外，在工程量統計方面需要分別做好預制構件數量統計，以及各項材料、模塊的類型統計，確保為制造廠商提供的物料清單完整、準確。

2.4.3 施工模擬。相較于以往的現澆建筑來說，裝配式建筑的施工速度更加優越，若想確保施工現場施工效率得到有效提升，便需要合理把控施工進度。設計人員需要在BIM軟件中建立3D建筑信息模型，對各模塊與構件增添時間條件，實現4D管理，之后開展施工模擬演示。

2.5 圖紙生成

與傳統的出圖方式不同，BIM基礎的出圖方法更加高效、快捷，能夠保證圖紙信息的準確，裝配式建筑的預制構件通常是在工廠內加工出來的，因此其施工圖紙需要分為兩部分完成，一部分用作預制構件的生產指導，內容以三維數據以及配筋、材料的信息為主。另一部分用作現場施工的指導，包括各構件的連接節點圖紙。

BIM技術輸出的圖紙數據與模型參數能夠保持高度統一，實現在建筑設計與施工環境的無損信息傳遞，并且裝配式建筑的出圖數量較多，BIM技術能夠有效提高該環節的出圖效率，梳理預制構件的復雜節點，借助三維圖紙交底，簡化施工人員的工作難度，確保各項工作順利開展。除此之外，BIM技術進一步提高了圖紙的精確度，通過在以往的出圖流程上進行創新與優化，實現信息傳遞方式的改變，做好與生產商關于預制構件圖紙信息的溝通與交流，在設計前期便檢驗構件性能與完整程度，確保出現問題后能夠第一時間進行相應調整。

在生產階段，要求生產人員能夠理解設計人員的設計意圖，做好技術交底工作，借助BIM云平臺，完成設計單位與生產廠家的實時工作對接，確保信息的實時反饋，減少不必要的工程造價，縮短生產工期，借助BIM模型的提取與更新，進一步加快機械化生產與加工效率。同時將BIM與射頻識別技術進行融合，能夠將RFID標簽融入構件當中，借助構件生產管理系統從BIM數據庫中準確獲取構件設計數據與結構信息，還能將預制構件的生產信息、存儲信息返回到BIM數據庫中，保證信息安全。以預制墻體構件作為分析對象，在實際生產過程中，工作人員需要利用建筑信息模型直接讀取參數化模型信息，使墻內鋼筋、管線布置等信息得到具象化處理，從而更直觀地查看構件屬性，了解墻內構造，為后續構件生產提高數據支持，避免購進在生產、運輸過程中出現信息誤差。工作人員要充分考慮實際施工進度，將生產信息實施反饋到生產管理系統當中，幫助設計人員優化構件生產方案，降低待料情況產生的可能性，防止資金的不合理使用。

BIM技術所生產的施工圖紙主要以建筑平面圖紙、立面圖紙、剖面圖紙為主，同時還包括結構、MEP、預制構件加工等圖紙，能夠針對裝配置建筑的構件節點生成二維圖紙與三維圖紙，從而更好地實現施工指導。

3 結束語

綜上所述，通過對BIM技術特點進行分析討論，提出將其運用在裝配式建筑設計中的實踐路徑，以此打破專業壁壘，使裝配式建筑設計質量與效率得到大幅度提升，促進建筑行業的可持續發展。