BIM技術(shù)在裝配式建筑設計中的研究與探索

摘 要：BIM技術(shù)是一種先進的建筑信息模型技術(shù)，可以通過數(shù)字化手段對建筑項目進行全生命周期管理，為裝配式建筑設計提供了強大的技術(shù)支持。基于此，闡述了BIM技術(shù)的基本原理以及裝配式建筑的基本構(gòu)成與設計特點，在此基礎(chǔ)上結(jié)合天津建筑產(chǎn)業(yè)化研發(fā)生產(chǎn)基地三期項目，重點探討了BIM技術(shù)在裝配式建筑設計中的具體應用實踐，深入探究了BIM技術(shù)在裝配式建筑設計提升效率和質(zhì)量的措施。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；裝配式建筑；建筑設計；應用實踐

中圖分類號：TU208" " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2024）11-0019-03

0 引言

裝配式建筑以其模塊化、標準化的設計特點，以及快速、環(huán)保的施工方式，逐漸成為建筑行業(yè)發(fā)展的新趨勢。BIM技術(shù)以其強大的信息管理能力和數(shù)字化手段為裝配式建筑設計過程提供了強大的技術(shù)支持，BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)件的精確建模、參數(shù)化設計以及預制構(gòu)件的數(shù)字化制造，從而提升了設計的準確性和效率。BIM技術(shù)還能促進設計團隊之間的協(xié)同設計與溝通，減少設計錯誤和返工提高設計成果的質(zhì)量。BIM技術(shù)在裝配式建筑設計中有巨大的應用前景和潛力空間，但仍存在一些不完善的地方，因此對BIM技術(shù)在裝配式建筑設計中的研究與探索顯得尤為重要。

1 BIM技術(shù)概述

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，是一種整合建筑項目的所有相關(guān)信息的創(chuàng)新數(shù)字化工具。BIM技術(shù)可以實現(xiàn)從設計、施工到運營維護階段信息的無縫傳遞和共享。BIM技術(shù)以三維數(shù)字化模型為核心，集成了建筑項目的幾何、物理和功能信息，形成了一個全面、精確的建筑信息庫。這一信息庫不僅包含了建筑物的空間結(jié)構(gòu)和外觀信息，還涵蓋了材料、設備、施工方法和運營維護等各方面的數(shù)據(jù)。這使得項目團隊可以更加直觀地理解設計意圖，更準確地預測項目性能和成本，從而優(yōu)化設計方案和施工管理。

BIM技術(shù)的應用范圍廣泛，涵蓋了建筑行業(yè)的各個環(huán)節(jié)。BIM技術(shù)在設計階段可以實現(xiàn)參數(shù)化設計和可視化模擬，幫助設計師快速生成多種設計方案并進行碰撞檢測和性能分析。在施工階段還可以精確指導構(gòu)件預制和現(xiàn)場安裝，優(yōu)化施工流程和資源配置，降低施工成本和提高施工質(zhì)量。在運營維護階段其可以提供建筑物的空間管理、設備維護和能源管理等功能，提高建筑物的運營效率和延長使用壽命。

BIM技術(shù)還具有強大的協(xié)同工作能力，通過BIM平臺，項目團隊成員可以實時共享和更新信息，打破信息孤島，實現(xiàn)跨專業(yè)和跨地域的協(xié)同設計和管理，有效提高了團隊的溝通效率，減少了設計錯誤和返工，提高了項目的整體質(zhì)量。

2 裝配式建筑設計原理

裝配式建筑設計原理基于工業(yè)化生產(chǎn)理念，通過預制構(gòu)件和現(xiàn)場裝配的方式完成建筑建設。裝配式建筑在設計時遵循模塊化和標準化的原則，將建筑的不同部分劃分為獨立的模塊，每個模塊都具有特定的功能和結(jié)構(gòu)。而標準化設計則確保了構(gòu)件之間的互換性和通用性，進一步提高了施工速度和質(zhì)量控制。

裝配式建筑設計還具有靈活性和可持續(xù)性，設計師在制造構(gòu)件是可以根據(jù)實際需求進行個性化定制，也可以使用多樣化材料進行組合。在裝配式建筑設計時要注重考慮結(jié)構(gòu)性能和安全性，要注意選擇合理的結(jié)構(gòu)設計和使用先進的連接技術(shù)，確保建筑的穩(wěn)定性和抗震性能，同時還要需要充分考慮施工條件和現(xiàn)場環(huán)境，確保裝配過程的順利進行。

3 工程概述

中鐵建大橋工程局裝配科技公司的天津建筑產(chǎn)業(yè)化研發(fā)生產(chǎn)基地三期項目，坐落于天津市靜海區(qū)，占地總面積8 169㎡，該項目包含職工宿舍、食堂及設備用房３個單體建筑。項目主體結(jié)構(gòu)采用框架、剪力墻結(jié)構(gòu)體系，并創(chuàng)新性地應用了鋼-鋼筋混凝土裝配式混合框架剪力墻結(jié)構(gòu)，裝配率高達96.6%。工程中應用多種新技術(shù)成果，包括新型自鎖式連接裝置、帶有外包鋼的混合框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系等新型技術(shù)。

4 BIM技術(shù)在裝配式建筑設計中的應用實踐

4.1 利用BIM技術(shù)進行裝配式建筑構(gòu)件的精確建模

在裝配式建筑設計領(lǐng)域，BIM技術(shù)通過數(shù)字化手段，使得設計師能夠精確控制每一個構(gòu)件的尺寸、形狀、材料屬性等關(guān)鍵參數(shù)，從而確保整體建筑的穩(wěn)定性和功能性[1]。在本案例工程設計階段就充分利用BIM技術(shù)進行構(gòu)件的精確建模。設計師首先根據(jù)項目需求，通過BIM軟件建立起三維的建筑信息模型，在這過程中設計師運用BIM的參數(shù)化設計功能，對每一個構(gòu)件進行精確的定義。無論是預制柱、梁、樓板還是外墻板，設計師都可以通過調(diào)整參數(shù)，實現(xiàn)對構(gòu)件尺寸、形狀和位置的精確控制。

設計師可以借助BIM技術(shù)強大的可視化功能，通過BIM模型直觀地查看構(gòu)件的空間布局和裝配關(guān)系，及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在的設計問題。在設計階段，可以通過BIM軟件進行構(gòu)件裝配模擬，自動檢測并標識出潛在的碰撞點，使設計師能夠在施工前就發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問題，避免了施工過程中的返工和浪費。

4.2 利用BIM技術(shù)進行在裝配式建筑預制構(gòu)件生產(chǎn)中

BIM技術(shù)在裝配式建筑預制構(gòu)件生產(chǎn)中的應用，不僅優(yōu)化了預制構(gòu)件的生產(chǎn)流程，還確保了設計與生產(chǎn)之間的無縫對接，提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

BIM技術(shù)在預制構(gòu)件生產(chǎn)中通過BIM模型，可以實現(xiàn)精確地表達構(gòu)件的幾何形狀、材料屬性、連接方式等關(guān)鍵信息，使得生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)都能準確理解設計意圖，減少了信息傳遞的誤差和延誤。BIM模型還可以與生產(chǎn)設備進行對接，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)和智能控制。

通過BIM模型可以直觀地查看構(gòu)件的生產(chǎn)進度、質(zhì)量狀況以及潛在的問題，使得管理人員能夠及時做出調(diào)整和決策。此外，BIM技術(shù)還可以進行碰撞檢測和空間協(xié)調(diào)，避免了因施工中碰撞而導致的返工和延誤。

通過BIM模型可以精確計算所需材料、設備和人力資源的數(shù)量和種類，實現(xiàn)了資源的合理配置和高效利用[2]。本案例工程中通過BIM技術(shù)精準預測預制混凝土方量約為1 731㎡，共計含1 111塊預制混凝土構(gòu)件，該建筑單體裝配率96.6%。這不僅降低了生產(chǎn)成本，還提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益和市場競爭力。

通過構(gòu)建BIM數(shù)據(jù)庫和相關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫，可以實時收集、分析和處理生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)決策提供有力支持。

4.3 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工現(xiàn)場管理與優(yōu)化中的應用

在裝配式建筑的施工現(xiàn)場，BIM技術(shù)的應用為管理與優(yōu)化提供了全新的視角和方法，極大地提升了施工效率和質(zhì)量。BIM技術(shù)通過精確的三維模型，為施工現(xiàn)場管理提供了可視化的管理平臺，使得管理人員可以直觀地查看施工進度、構(gòu)件位置、設備布局等信息，從而做出更加準確的決策。通過BIM模型與現(xiàn)場數(shù)據(jù)的結(jié)合，管理人員可以實時了解施工進度，及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題，實現(xiàn)有效的實時監(jiān)控和優(yōu)化。BIM技術(shù)還可以對施工進度進行模擬和優(yōu)化，提前預測可能出現(xiàn)的瓶頸和風險，制定相應的應對措施確保施工計劃的順利執(zhí)行。

BIM模型可以精確計算工程所需構(gòu)件、材料和設備的數(shù)量和規(guī)格，實現(xiàn)合理配置資源和高效利用資源，不僅可以降低施工成本，還可以減少浪費和環(huán)境污染[3]。案例工程中主體結(jié)構(gòu)采用框架、剪力墻結(jié)構(gòu)體系，并創(chuàng)新運用鋼-鋼筋混凝土裝配式混合框架，包括預制柱、梁、剪力墻、疊合板及外圍護墻板等。在現(xiàn)場安全管理方面，BIM技術(shù)可以對施工現(xiàn)場進行安全隱患的識別和預警，提前制定安全防范措施，并可以對施工現(xiàn)場進行模擬演練，提高施工人員的安全意識和應對能力。通過BIM模型可以對施工過程中的關(guān)鍵節(jié)點進行質(zhì)量控制和監(jiān)測，確保施工質(zhì)量符合設計要求。同時可以對施工質(zhì)量進行統(tǒng)計分析，為質(zhì)量改進提供數(shù)據(jù)支持。

5 BIM技術(shù)提升裝配式建筑設計效率與質(zhì)量

5.1 設計流程優(yōu)化與效率提升

BIM技術(shù)在裝配式建筑設計中簡化了傳統(tǒng)設計的復雜流程，還使得設計過程更加高效、精準[4]。BIM技術(shù)將傳統(tǒng)的設計二維圖紙轉(zhuǎn)化為三維模型，使得設計師能夠直觀地了解建筑的空間布局和構(gòu)造關(guān)系，設計師就能夠更快速地發(fā)現(xiàn)設計中的問題并進行實時修改，從而減少了設計過程中的反復修改和返工現(xiàn)象。

BIM技術(shù)實現(xiàn)了各專業(yè)之間的協(xié)同設計。通過合理運用BIM技術(shù)則能夠?qū)⒏鲗I(yè)的設計信息整合到一個平臺上，實現(xiàn)信息的實時共享和更新。各專業(yè)設計師可以在同一模型上進行設計，及時發(fā)現(xiàn)并解決設計沖突。設計師可以利用BIM軟件強大的數(shù)據(jù)分析和模擬功能對設計方案進行結(jié)構(gòu)分析、熱工性能分析、日照分析等，從而更準確地評估設計方案的可行性和優(yōu)化潛力。經(jīng)過模擬施工過程和裝配過程，設計師可以預測潛在的問題和風險，提前制定應對措施，確保施工過程的順利進行。

5.2 設計質(zhì)量管理與精度控制

在轉(zhuǎn)配飾建筑設計中，BIM技術(shù)在設計質(zhì)量管理與精度控制方面起著重要作用。首先，BIM技術(shù)通過構(gòu)建三維建筑信息模型，使得設計過程中的各項信息得以全面、準確地集成和表達[5]。設計師可以利用BIM模型進行碰撞檢測，及時發(fā)現(xiàn)并解決設計中存在的潛在沖突和問題，從而確保了設計的合理性和可行性。BIM技術(shù)還能夠?qū)υO計方案進行性能分析和模擬，如結(jié)構(gòu)安全性、熱工性能等，為設計質(zhì)量的全面把控提供了有力支持。

在精度控制方面，設計師在建立BIM模型時可以精確設定構(gòu)件的尺寸、形狀和位置等參數(shù)，確保模型的準確性和完整性。BIM技術(shù)還能夠?qū)δＰ瓦M行持續(xù)優(yōu)化，減少誤差和偏差。在施工過程中，BIM模型可以作為施工精度控制的重要依據(jù)。施工人員可以根據(jù)模型中的精確數(shù)據(jù)進行構(gòu)件的預制和安裝，確保施工質(zhì)量和精度滿足設計要求。

5.3 信息集成與數(shù)據(jù)共享

BIM技術(shù)在裝配式建筑設計中的應用可以使建筑項目的各類信息得以有效地整合和共享，從而極大程度上增強了設計的協(xié)同性和準確性[6]。BIM技術(shù)能夠?qū)⒔ㄖ椖康膸缀涡畔ⅰ⒉牧闲畔ⅰ?gòu)造信息、設備信息、進度信息以及成本信息等整合到一個統(tǒng)一的模型中。這種全面的信息集成使得設計師能夠在一個平臺上全面了解項目的各個方面，從而避免了傳統(tǒng)設計中信息分散、難以統(tǒng)一的問題。由于所有信息都是基于同一模型，因此信息的準確性和一致性也得到了極大的提高。

BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)共享功能使得設計團隊中的各個成員能夠?qū)崟r訪問和更新模型中的數(shù)據(jù)。這種協(xié)同工作的方式不僅提高了設計效率，還減少了因溝通不暢而導致的錯誤和沖突。BIM技術(shù)還可以通過云平臺和其他信息技術(shù)手段實現(xiàn)信息的遠程共享和實時更新，讓設計師可以跨越地域和時間的限制，進行更加靈活和高效的協(xié)作。

5.4 質(zhì)量追溯與持續(xù)改進

BIM技術(shù)的引入可以為質(zhì)量溯源與持續(xù)改進提供有力的支持。BIM技術(shù)為質(zhì)量追溯提供了明確的數(shù)據(jù)支撐。BIM技術(shù)通過構(gòu)建三維建筑信息模型，能夠?qū)⒃O計過程中的所有信息包括構(gòu)件的尺寸、材料、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)廠家等詳細參數(shù)，完整地記錄并保存下來。一旦在施工過程中或后期運營階段出現(xiàn)質(zhì)量問題，設計師可以迅速通過BIM模型回溯到設計源頭，查找問題產(chǎn)生的根本原因。

設計師通過對BIM模型中的數(shù)據(jù)進行深入分析，可以了解設計的優(yōu)缺點發(fā)現(xiàn)潛在的設計問題，為后續(xù)的改進提供方向。BIM技術(shù)還可以與其他先進技術(shù)，如大數(shù)據(jù)分析、人工智能等相結(jié)合，實現(xiàn)設計方案的智能優(yōu)化。設計師通過BIM技術(shù)可以與施工團隊、運營團隊等進行有效的溝通與合作，共同解決在設計、施工、運營過程中遇到的問題[7]。

6 結(jié)束語

BIM技術(shù)在裝配式建筑設計中的研究與探索展現(xiàn)了該技術(shù)的巨大潛力和價值，BIM技術(shù)的應用將傳統(tǒng)的設計方式轉(zhuǎn)變?yōu)楦又悄芑⒕毣男履Ｊ健Ｒ隑IM技術(shù)不僅提升了設計的效率和準確性，還實現(xiàn)了信息的全面集成與共享，使得設計團隊能夠更加協(xié)同高效地工作。BIM技術(shù)也為質(zhì)量追溯與持續(xù)改進提供了便利，幫助企業(yè)在設計過程中及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，從而提升設計的整體質(zhì)量。隨著技術(shù)的不斷進步和應用領(lǐng)域的拓展，BIM技術(shù)將在裝配式建筑設計中發(fā)揮更加重要的作用，引領(lǐng)行業(yè)向更高水平邁進。

參考文獻

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收稿日期：2024-04-30

作者簡介：戴驍蒙（1990—），男，蒙古族，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士研究生，工程師，研究方向：裝配式建筑。