基于BIM 技術的裝配式建筑設計

李天贏

（山東建信達市政工程有限公司，濟南 250000）

1 前言

裝配式建筑成為當前我國建筑工程行業的重點研究對象，同時也受到有關部門的關注。2020 年08 月28日，住房和城鄉建設部、教育部、科技部、工業和信息化部等九部門聯合印發《關于加快新型建筑工業化發展的若干意見》。意見提出：要大力發展鋼結構建筑、推廣裝配式混凝土建筑。在相關政策的引導下，裝配式建筑行業不斷創新發展，尤其是在設計方面，為解決傳統設計方法效率低、精度差的問題，相關專家提出利用BIM 技術進行裝配式建筑設計的思路。實踐表明，BIM 技術在裝配式建筑設計中的應用有利于提升裝配式建筑設計質量。

2 BIM 技術在裝配式建筑設計中應用的價值體現

BIM 技術在建筑工程行業中的應用已經相當成熟，無論是在設計還是施工方面都有卓越貢獻。而將該技術運用于裝配式建筑設計具有一定的技術基礎和經驗基礎。對BIM 技術在裝配式建筑設計實踐研究中發現，BIM技術的裝配式建筑設計具有良好價值：

（1）有利于提升建筑設計效率

BIM 技術在裝配式建筑設計中應用告別了傳統人工設計模式，設計中應用BIM 技術平臺，使設計更加高效。平臺以信息化技術、三維技術、模型技術為核心，可以解決傳統人工或者CAD 軟件無法解決的問題。例如，信息化技術可以替代人工設計實施計算，加快設計計算速度；三維技術以及模型技術的組合運用可在裝配式建筑結構設計中構建三維立體模型。與傳統CAD 的二維設計相比，三維設計有利于檢查和發現設計遺漏和誤差，繼而優化設計。

（2）實現建筑協同設計

裝配式建筑在設計中應用BIM 技術可實現多專業協同設計。BIM 技術軟件具有溝通和協調功能，設計中可以為甲方、設計方以及施工方提供溝通協作平臺，三方可以在平臺上針對設計的建議進行溝通，考慮多方利益和需求下實現建筑結構設計，從而使裝配式建筑設計滿足各方要求，避免傳統設計因溝通延時而反復更改的問題。

（3）BIM 技術應用可實現方案優化

利用BIM 技術實施裝配式建筑設計可進行方案優化，與傳統設計相比，利用BIM 技術進行方案優化非常簡單，僅需在BIM 軟件中更改對應參數即可。另外，BIM 的裝配式建筑設計可實現多方案組合對比，根據模型對比各類方案信息，包括對方案的空間結構、節能環保性能進行對比分析，最后根據建筑設計需求選擇最佳方案。

（4）有利于提升設計精度

裝配式建筑設計就是一種工業建筑產品的設計，產品精度是設計質量的重要指標之一。裝配式建筑結構的精度直接影響到建筑總體質量，如果精度不合理，不僅會導致單個模塊質量不達標，也會影響工程進度。而應用BIM 技術進行設計，可在設計中實現三維模擬，融入現實施工因素進行設計，完全可以有效避免設計誤差，從整體施工角度做好設計管理，繼而為后續裝配式建筑設計管理打好基礎，提升設計質量。

3 BIM 技術在裝配式建筑設計中的具體應用分析

BIM 技術在裝配式建筑設計中應用具有多元優勢，而其具體應用不僅包括單一結構設計，同時也包括施工布置、方案設計等多個方面，以下是結合了相關案例探討BIM 技術在裝配式建筑設計中的具體應用。

3.1 BIM 技術在裝配式建筑施工平面布置設計中應用

裝配式建筑與傳統建筑施工相比更加簡單，但是在設計階段也必須完成平面規劃，使裝配式建筑現場布置更加合理，為后續施工打好基礎。BIM 技術具有三維設計功能，而其在平面設計中應用也具有一定的優勢。以某裝配式建筑工程為例，該工程平面設計中應用了BIM 技術，使平面布置更加便利。工程中利用BIM 軟件完成臨建布置、臨時道路布置、機械設備布置、材料堆場布置等。

（1）臨建布置包括工程區域辦公室、宿舍、食堂、衛生間以及會議室的布置。具體布置設計的過程中，利用Revit 軟件功能對日照條件、地理地形進行分析，調整各類臨時建筑的樓間距以及朝向，確保各類建筑光照充足，從而控制燈具以及空調應用頻率，繼而實現節能環保設計。另外，該工程臨建布置過程中，將原始圖紙輸入到軟件中，利用軟件建模功能實現三維建模，形成三維圖紙。以圍墻布置為例，按照圖紙和設計參數進行設計。

（2）臨時道路布置。利用BIM 技術也可在裝配式建筑臨時道路建設中應用。傳統工程現場布置過程中，臨時道路布置相對困難，主要原因在于臨時道路較為分散，道路規劃具有隨機性。而采用BIM 技術進行臨時道路布置規劃，可以在設計過程中利用BIM 技術模塊對道路施工進行仿真模擬，模擬的同時確認整個施工中臨時道路位置、長度，在動態模擬中進行臨時道路規劃，更符合設計實際情況，確保道路規劃良好開展。例如，某裝配式建筑工程現場臨時道路規劃設計時開展施工模擬，模擬時綜合考慮消防要求以及路面強度要求對道路進行規劃，圖1 為施工現場臨時道路布置圖。該圖紙按照消防要求（寬度不小于4 m；道路呈環形，否則設置15 m×15 m 回車場地）和主路面強度要求完成設計（滿足施工車輛荷載，一般路面混凝土厚度200 mm 以上）。

圖1 BIM 布置場地臨時道路（藍色區域為臨時道路）

（3）機械設備布置。BIM 技術在設計中應用也可以完成機械設備布置設計，裝配式建筑工程施工中需要應用大量工程機械，以塔吊設備為主，占地面積大，對于施工而言極為重要。因此，在施工場地布置之時，應根據現場情況布置場地結構圖，布置機械儲存位置和施工位置，為后續的施工提供保障。以塔吊設備為例，設備占地面積大，同時施工范圍也比較大，為此，在布置設備的過程中，需要綜合考慮多個因素。應用BIM 技術進行塔吊設備的布置設計，可以在設計的過程中利用三維技術對塔吊布置后的施工進行模擬，確認塔吊布置范圍是否滿足工程要求，確認塔吊位置是否與施工發生沖突。通過模擬設計，使塔吊設計與應用更加安全。例如，某建筑工程塔吊布置設計時，在BIM 軟件中錄入塔吊參數，并將施工作業區域參數同時錄入，最終確定塔吊位置并施工。在模擬的過程中，將參數錄入后，也利用BIM 技術對塔吊工作運行進行模擬，了解塔吊工作運行情況對周邊的影響，繼續對布置設計進行優化。按照模擬，要求兩臺塔式起重機之間的最小架設距離保證處于低位塔式起重臂端部與另一塔式起重機的塔身之間至少有2 m 的距離；處于高位塔式起重機的最低位置的部件與低位塔式起重機中處于最高位置部件之間的垂直距離不應小于2 m。除了塔吊布置之外，該工程中應用BIM 技術還可以進行腳手架等布置設計。

（4）材料堆場布置。裝配式建筑施工以裝配式建筑材料為關鍵，材料堆放非常關鍵，如果因堆放儲存不合理而導致材料損壞，將會影響施工質量。因此，裝配式建筑工程施工現場布置非常重視材料堆放場地布置，以做到儲存和保護材料。設計過程中應用BIM 技術可優化材料場地布置，在具體布置場地之時，可利用BIM 技術完成施工平面布置，構建場地堆放3D 模型，從長、寬、高等多個角度設計堆放區域高度和面積，對部分堆放區設置防水棚，以提升材料堆放的保護。

3.2 BIM 技術在裝配式建筑結構設計中應用

BIM 技術可在裝配式建筑結構設計中應用，以提升裝配式建筑設計效果。裝配式建筑結構是影響施工質量的主要因素，結構設計越精細，質量控制越良好。傳統裝配式建筑結構設計與BIM 技術相比過于粗糙，無法形成3D 設計，無法檢查結構設計中存在的問題，導致設計受到影響。而應用BIM 技術后，可切實提升裝配式建筑設計效率，解決結構設計的問題。以下是以某工程為例，探討裝配式建筑結構的BIM 設計。

（1）工程情況。該工程為裝配式節能建筑，是一幢綜合性寫字樓，建筑總面積為9623 m2，其中，地上六層、地下一層，該寫字樓屬于丙類建筑，地震設防烈度為7 度，三級框架，使用壽命為50 年。此建筑結構梁的截面尺寸主要包括400 mm×750 mm、350 mm×450 mm、400 mm×600 mm 等規格，預制層疊合板厚度為85 mm，現澆層與屋面板厚度均為120 mm。

（2）利用BIM 技術進行裝配式建筑結構設計時，首先利用軟件構建BIM 模型。本工程構建的模型主要包括預制梁、柱體以及樓板等模型，模型構件完成后利用PKPM 工程進行渲染，最后根據圖紙和參數，將模型組合，最終形成建筑基本模型。

（3）結構設計時為進一步優化結構，利用BIM 技術對結構模型進行調整。例如，上述工程中利用BIM 技術對建筑結構參數進行優化。通過BIM 技術模擬風壓、地震情況，從而對建筑結構各項參數進行優化。以下表1為最終優化后的參數統計。

表1 BIM 結構優化結果

（4）構建拆分。該工程中，部分結構需要對構件進行拆分，繼而明確后續的施工步驟。在進行拆分的過程中利用BIM 技術的PKPM 技術軟件對結構模型進行拆分和重組，繼而確定復雜結構的組成。例如，該工程外墻施工就采用了大型砌筑和輕質隔墻磚進行組合施工，保證施工質量。

（5）深化設計。工程中利用BIM 技術可實施優化設計，在設計過程中，應獲取預制率指標。裝配式建筑設計可深入分析和計算，利用BIM 技術構建模型并對模型進行預制率分析，確認工程中的預制率，對預制結構進行優化。

（6）碰撞檢查。本工程利用BIM 技術進行結構施工的碰撞檢查。傳統二維平面設計無法發現鋼筋與鋼筋結構之間的碰撞問題，如果在施工中發現，極容易出現質量問題，或者影響施工速度。因此，針對此種情況，利用BIM 技術可以針對性完成碰撞檢查。檢查工作時確認鋼筋結構之間的碰撞，同時也檢查結構與管線之間的碰撞，確認出現問題對碰撞位置進行重新設計優化。上述工程進行碰撞檢查，總計發現41 處碰撞問題，檢查完成后對碰撞進行優化，解決碰撞問題。

4 結論

通過上述研究發現，BIM 技術在裝配式建筑設計中應用包括總體結構設計應用和場地布置應用，對于裝配式建筑施工均有積極影響。而目前，隨著BIM 技術的不斷優化，相關專家已經開始研究BIM 技術在裝配式建筑工程施工方案設計中應用，從而達到優化方案的目的。希望本文的研究能夠對BIM 技術在裝配式建筑設計中應用有所幫助。