裝配式建筑設計中BIM 技術的應用

戴甜杰

（福建省環境保護設計院有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

在裝配建筑設計工作中，運用BIM 技術是一個非常普遍的選擇，它能夠在建筑設計、施工設計、項目管理等階段得到廣泛運用。最關鍵的是，在建筑設計過程中能夠創設仿真模型，并實現資源庫建設，由此為不同階段的建筑設計工作提供更加精準且完善的數據資料，促使設計師、施工人員等利用模型分析等開展業務方面的交流與互動，然后進一步構設一個可視化、精準化的三維模型。另外，最重要的是，在BIM 軟件的應用下，能夠直接修改、調整相關數據或參數，再加上該技術存在較強的數據關聯性，相應的參數也會隨之調整與變化，由此能夠為提高設計效率、縮短設計周期、確保裝配式建筑設計工作的高效推進并增強工程效益等做鋪墊。李麗[1]在綠色建筑背景下，對裝配式建筑技術進行了總結分析，并從外掛架，BIM 技術，套筒灌漿技術等方面進行了分析。謝永輝[2]在可持續發展和綠色環保的大背景下，對裝配式建筑與綠色建筑未來的協同發展進行了分析研究，并給出了一些具體的發展途徑。張小輝[3]認為BIM 技術因為能夠模擬建筑工程施工各類信息，可以在裝配式建筑工程中進行廣泛的應用。本文在此基礎上，總結了裝配式建筑設計中BIM 技術的應用，提出了具體的注意事項及應用路線等。

1 工程概況

以上海靜安區某一裝配式住宅項目為案例，此項目位于市中心的繁華路段，周圍交通暢通、便捷，人流很旺。在具體施工期間，需要把BIM 技術與該項目的施工設計過程相融合，該住宅項目的建筑占地是65 300m2，包括多層建筑項目，主要是3～15 層，有低層、多層與高層等設計。把BIM 技術和裝配式建筑設計的整個生命周期相結合，需要對建筑模型數據庫、BIM 模型創設、組件拆分、鋼筋模型構建、預埋件布置等進行全面融合滲透，為最大化地提高項目的設計質量，確保相關參數的精準性與合理性等發揮積極作用。

2 裝配式建筑設計中BIM 技術的應用注意事項及路線

2.1 注意事項

2.1.1 圖紙方面

在當代裝配式建筑的設計中，設計圖紙上的尺寸設計也起著不可或缺的作用，因為尺寸與實際生產組裝的各種建筑配件有著非常直接和密切的關系。一旦設計出現問題，圖紙設計中的尺寸或其他任何有所關聯的東西都會造成重大錯誤，可能造成非常嚴重和巨大的經濟損失。在裝配式建筑結構中，大多數情況對鋼筋裝配量的設計精度和可靠性有非常嚴格和細致的要求，因此設計和施工圖本身從某種角度來看，這對于維護質量、安全、可靠性和施工至關重要，對整個工程建筑系統的穩定性會起到相當重要的作用。如果施工圖出現錯誤，甚至可能直接影響現場施工人員和設備的生產安全。在傳統的工業建筑領域，鑒于大多數建筑師的建筑理念都比較主觀，很多細節的量化分析顯然是不夠的，對這些龐大復雜的設計數據進行綜合處理，并借助BIM 分析技術的運用，更高效、更快捷地解決此類分析問題。數據收集完成后，對土體模型的進一步建立、分析和設計、修改可能有很大程度的參考和幫助，也能為建筑設計人員設計整體效果和觀察分析土體予以很大的途徑。因此，BIM 技術在設計圖紙中的應用，能快速有效地起到安全警示作用，得以快速為生產相關配件材料的相關廠家和企業帶來更準確、更全方位的產品參數內容，有效避免材料配件可能因設計和生產失誤造成巨大的產品損失[4]。

2.1.2 設計階段

目前，裝配式建筑工程的整個設計工作過程，仍然沿襲著傳統的現澆建筑設計施工的一般流程，設計仍需依據傳統現澆建筑的基本方法完成——就地結構。各裝配式建筑專業設計單位聯合進行專項評審設計，結合深化主體的設計圖紙發現缺陷，提出一些不符合國家裝配式建筑相關設計技術規范和標準，然后立即將缺陷信息反饋給深化主體設計監理進行合理調整。如此反復，不僅浪費了業主大量的施工時間，而且一些關鍵部位業主無法隨意調整，直接造成該項目裝配式建筑的主體設計管理。在長期被動的情況下，預制主體構件的分體設計存在嚴重的不科學合理缺陷，最終造成整個工程造價提高等問題。BIM技術的可見性和協同性能夠快速有效地解決這些復雜的問題。應用于BIM 的技術數據可視化，可用于分析預制構件的合理性，對涵蓋的相關專業信息可借助檢查分析和碰撞試驗進行核對。從某種角度來看，這對于一些設計不合理的預制構件模型的實際碰撞變形信息，可及時在構件模型圖中直接標注，并立即通知其他相關技術部門負責人，要求及時進行技術變更，可見，借助于BIM 可視化技術的良好配合，能夠快速、高效、靈活地協調所有工程人員，將可視化技術特性應用在BIM 構件模型中，解決實際設計活動中實際存在的問題。同時，對于施工現場經常發現的實際施工難點，可以嘗試借助建筑BIM 技術進行現場模擬，形象、直觀、有效地反映難點。建筑模型全世界中施工現場的施工管理問題，協調引導施工業主單位、設計監理單位、參建單位負責人等社會單位共同探討解決問題。由此可見，BIM 新技術的應用，不僅能夠快速提升工程設計執行的質量和準確性以及實施效率，還能夠顯著減少后期因現場施工影響而造成的重復返工次數，節省了大量土地資源，進一步推進了項目進度。建設項目進度有所改善，工程建設質量有所進一步提升[5]。

2.2 應用路線

2.2.1 方案確定

在設計方案之前，必須對各個專業及項目等進行統籌規劃與整合，彰顯出裝配式建筑的模塊化特征，設計工作者也必須對其中的項目進行深入性的了解與掌握，明確項目施工規模、成本計劃、項目定位等。在具體設計期間，還需要注意滿足以下兩個方面的要求：（1）裝修設計。必須注重相關裝配技術的工藝性，確保所有構件的功能性、裝飾性等符合要求，具體表現在不同構件之間的組合與尺寸等規劃中；（2）經濟效益。設計期間必須注重施工建設從很棒，其中細節尺寸也是不容忽視的一個重要因素，它會對裝配環節的成本等帶來影響，在具體設計過程中需要逐步滲透模塊化理念。

2.2.2 草圖設計

在項目施工期間，由于涉及一些復雜的專業知識等，所以設計是一個比較復雜的集成化過程。在草圖編制期間，必須根據不同項目的實際要求靈活性地完善設計方案，并對其中的細節進行反復推敲。（1）裝修材料。在選擇裝修材料的過程中，必須綜合性地評估墻板和立面組合后的最終成效，然后通過BIM 技術繪制其成果圖；（2）墻板構件。在對預制方案進行設計的過程中必須關注電氣線路等方面的專業知識，例如：開關與電箱等方位的確定；（3）裝修設計。必須整體兼顧所有設施的布置圖與設計圖等，必須在BIM 技術構建期間，判斷其在設計方面是否存在沖突與矛盾，由此來評估其具體的方位是否存在實用性及有效性。

2.2.3 施工圖設計

施工圖屬于裝配式建筑項目施工建設期間需要參考的一個指導性文件，它對于最終的裝配質量帶來不容忽視的影響，而且必須確保不同專業之間能夠協同推進，所以必須確保其施工圖紙的協同籌劃。（1）構件組合。通過BIM 技術明確構件尺寸，然后對其進行標準化生產，同時還需要精準明確預埋件的具體方位；（2）現澆結構設計。通過BIM 技術設計現澆的結構模型，同時確定具體的連接節點，并繪制其設計圖，靈活性地調整尺寸控制圖，由此能夠對現場施工進行指導；（3）得到建造師的積極配合。在設計預制構件期間，必須得到設計人員的積極配合，方可最大化地增強構件的實用性，確保構件能夠成功配置[6]。

3 具體應用

在本工程建設中，還可以從BIM 技術平臺獲取的項目相關動態信息進行收集、整理、存儲、處理和實時監控保存，由此能夠動態地分析和掌握當前項目建設及建設進度，合理規劃、組織和部署整個項目的實施和建設及施工過程中的各項管理技術設備，協調研究制定當前和近期的整體工程項目及施工過程項目管理的整體施工實施計劃；另外還可以借助分析實際工作情況，為項目業主在某一階段制定詳細具體的項目施工計劃和施工準備工作，全面提供及時有效的幫助工作或階段項目計劃。

裝配式建筑的整個施工工程環境將遠比其他一些傳統建筑結構項目施工中涉及的主要關鍵工序嚴格和復雜，當代BIM 的一些先進制造技術能夠在環境管理施工方案的制定中得到綜合應用，能夠保證整個裝配式建筑整體施工的高標準、高質量的施工要求，真正滿足人們對環境的控制結構。同時，確保在施工過程控制中及時有效避免大量重復發生混亂、環境秩序失控等特殊情況，確保建筑結構安全，保證建設和生產活動能夠更嚴格、更合理、更有效。此外，3DBIM 技術系統的應用，能夠實時全方位、準確地檢測現場各個隱蔽施工時間點的各種施工現場情況，在現場出現緊急和異常情況的關鍵時刻，得以快速、及時地給出最科學、合理、實用的工程應急措施，有效、快速地防控項目現場施工工作中面臨的其他技術風險。相信未來裝配式建筑市場的市場熱情只會有增無減，而BIM 新技術的運用本身具備技術先進、高效、便捷等獨特的新優勢，得以真正解決當前裝配式建筑項目設計與施工中存在的問題。

3.1 創設預制組件數據庫

（1）生產與分類。構件庫不但要注重設計環節的相關需求，而且需要注重構件的配套生產，在創設預制構件庫的過程中，必須對其進行科學分類，按照構件類型存儲到對應的目錄中；（2）編碼。為所有構件設計一個唯一的編碼，能夠為接下來更好地應用做準備，同時還能夠大幅提升信息處理效率；（3）信息錄入。構件的相關參數需要更加精準、高效地上傳至數據庫內，方可最大化地提高建模深度，同時還能夠最大化地增強數據錄入的完整性與清晰性，值得注意的是在操作契機不能夠超過數據限度；（4）審核入庫。在設計編碼與信息錄入等工作完成之后，必須把以上工作內容上報給BIM 構件庫的負責人，尤其對相關工作進行注意審核，確保相關信息錄入是否規范、完整與精準，然后還需要對構件建模實施功能測試等。

3.2 創設BIM 模型

在正式確定設計圖之前，則需要通過BIM 技術構造一個模型結構。在本項目中需要使用Revit 軟件。首先，需要構設主要墻體。通過軟件系統對墻結構數據進行分析，由此能夠獲得三維墻體，在此之前還需要認真輸入該項目的墻體數據及相關參數，例如：墻體的類型、材質、墻體厚度等，接下來需要確定平面位置，并精準設置相應的參數。其次，按照建筑的二維平面設計圖等，明確其整體結構特征，具體包括：墻體、結構梁、柱等位置等設計要點，接下來需要把CAD 二維平面上傳至Revit 軟件系統中，并靈活性地調整圖紙方位，確保其能夠和軸網相呼應。在二維平面結構設計圖中，需要明確墻體、柱、梁等布局。再者，在模型框架確定之后，需要對其構件進行布設，在實際操作期間，必須認真分析其和其他專業是否存在沖突或矛盾等問題。例如：給排水專業、機電安裝專業等，保證建筑信息模型的精準性、合理性、有效性等。最后，對其他構件進行布設，逐步優化模型，并增添建筑樓梯、門窗、房屋等相關構件，通過Revit 軟件等對其進行樣板預設。

3.3 建筑構件的拆分

通過Revit 軟件獲得信息模型，接下來則需要通過PKPM對其實施數據分析與計算，然后把獲得的模型上傳至Revit 軟件系統中，由此能夠獲得結構信息模型，其中一般涉及構件的全部信息，例如：規格、材質等，接下來設計工作者必須按照裝配項目的具體要求，對其中存在的問題進行逐步優化與完善，保證結構模型不存在任何偏差或者失誤的前提下，對其結構模型進行拆分，其拆分步驟 包括：現澆構件（變成若干個零件）→組合零件（生成一個構件）。

3.4 鋼筋模型的構建

通過BIM 技術在裝配式建筑鋼筋模型中的應用，必須按照鋼筋結構的具體狀態，嚴格遵循拆分原則，精準創設相應的布置方案，同時還需要整合BIM 資源庫中的相關信息或數據，并通過相關程序等明確鋼筋分布規則與數據信息。對于相關設計工作者來說，則需要根據BIM 整理出的相關參數或者信息等，明確縱筋的斷開方位、箍筋的間距等，方可最大化地保證模型的設計符合標準要求。

3.5 預埋件的布設

按照拆分要求，通過BIM 軟件確定預埋件的布設方案。例如：在對梁柱預埋件進行布設規劃的過程中，則需要引入一個內嵌的預埋件，在具體裝配施工期間，梁板內的鋼筋吊鉤必須靈活性地調整其方位，而且其對應的吊鉤形狀也需要進一步進行調整；另外在進行預制柱埋件的過程中，必須構設一個個性化的布置方案，特別是預制柱和墻的銜接點，其鋼筋高度一般要確保預設位置的精準性，同時還需要結合施工的具體需求對其進行靈活調整，方可保證裝配設計質量符合要求。對此，在應用BIM 技術期間，必須通過軟件進行調整與優化，促使整個施工步驟更加簡潔與高效，而且能夠大大縮短施工周期。

4 結論

綜上所述，BIM 技術在裝配式建筑設計中的應用地位十分重要，它能夠對其中的建筑參數及信息數據進行數字化處理，應用各類數字化建筑三維模型進行視覺設計研究，對實際裝配的建筑進行視覺模擬和實驗，設計出合理、科學嚴謹的建筑可視化工程制圖，規范建立建筑預制構件及其生產控制標準，簡化和減少工程裝配工作中許多繁瑣耗時的工藝步驟，進一步提升整體建筑系統的實際施工和運行效率，同時，更有力地保障了整體裝配式建筑項目的整體施工設計質量，對整個施工、裝配過程中實際存在的技術風險和隱患也進行了客觀、有效、充分的監督和控制。對此，不管是在環境、安全方面，還是在經濟、管理等方面，其都能夠彰顯出較強的實用價值，需要建筑領域的工作人員給予高度重視與積極推行。