BIM技術在裝配式建筑設計中的研究與探索

摘 要：裝配式建筑是現代建筑行業新興的一項節能環保型技術，該技術的應用為建筑行業朝著綠色化、工業化方向發展起到了很大的推動作用。將BIM技術與裝配式建筑相結合能夠有效提高建筑設計水平和建造質量。為進一步發揮BIM技術在裝配式建筑設計中的應用價值，本文首先扼要概述了BIM技術的概念，隨后深入剖析了裝配式建筑的優勢和發展面臨的挑戰，最后以工程項目為例細致探討了BIM技術在裝配式建筑設計中的具體應用措施。希望通過分析能夠為相關工作者提供一定的參考。

關鍵詞：BIM技術；裝配式建筑；設計措施文章編號：2095-4085（2025）02-0079-03

0 前言

裝配式建筑是一種由預制構件與現場拼裝而成的新型建造模式。相對于傳統的建筑建造方式，該建造方法可以顯著縮短建設周期，減少建筑廢棄物的產生，從而提高建筑的施工效率，同時達到節能環保的目的。目前，我國裝配式建筑設計中存在圖紙及信息共享平臺不夠完善等問題，以往利用計算機輔助設計技術制作二維平面圖的顯示效果往往不夠理想，易造成理解上的錯誤，無法精確描述構件和本體的關系，也不能準確計算節點的位置和連接狀態。與之相比，BIM技術通過展示三維模型、結合構件結構、尺寸等參數實現施工仿真，能為裝配式建筑設計提供更加直觀、可靠的參考依據。

1 BIM技術的定義

建筑信息模型（BIM）為數字化的工具，該系統建立在全面的數字模型基礎上，涵蓋建筑物的幾何形狀、建筑細節和多種屬性信息，其核心思想是建立、管理和協調建設項目全過程的信息。工作人員利用該模型可以簡化設計流程，提高工作效率，實現對整個工程全面、有效的控制。

（1）有助于設計者準確建模，能夠有效控制施工成本，達到縮短工期、降低浪費、提高經濟效益的目的。

（2）可以提供清晰的3D視覺效果，有助于各方加深對項目空間布局及細部構造的理解。

（3）通過對工程各相關因素的綜合模擬可以實現對施工質量、進度的控制，提高工作效率。BIM模型是將材料、費用、進度、績效等多種信息有機地結合在一起，從而實現對信息的統一管理。

（4）BIM技術可以在不同組織間進行信息的交流，能夠提高項目的執行效率。BIM模型可應用于不同部門，實現實時協作與信息交換，進而確保項目的一致性與準確性［1］。

2 裝配式建筑設計的優勢與挑戰

（1）作為一種現代建筑形式，裝配式建筑有其獨特的優越性。1）隨著建筑業的快速發展以及社會環保意識的增強，綠色建筑得到了越來越多的關注。由于預制件可在工廠內進行預制，因此可極大地縮短現場建設周期、減少現場濕作業，進而實現控制施工現場污染的效果。2）模塊化設計能夠顯著提升工程產品的運輸效率，加速工程建設進程，不僅有效降低了勞動力成本，還大幅縮短了項目交付周期，從而加快了投資回報速度。因此，越來越多的施工單位已將其應用到建筑工程中。3）裝配式建筑的預制構件在工廠生產中需要對其進行更嚴格的質量監控，可有效降低施工過程中可能產生的誤差和缺陷，從而達到更高的建造標準。同時，裝配式建筑設計方法對減少建筑廢棄物、資源浪費、提高可持續發展具有重要意義。

（2）隨著社會經濟的快速發展，人們對建筑質量的要求也越來越高，裝配式建筑已成為建筑業發展的一個重要方向，但其在發展的同時同樣也遇到了一些挑戰。1）目前由于缺少有效的檢測技術與方法，很多預制件存在較大偏差，影響了結構的安全和穩定。為了保證裝配過程的準確性，設計者需要更加仔細地規劃、調整零件尺寸及連接方式。隨著建筑材料的多樣化，如何在保證建筑安全性的前提下，滿足不同使用者對建筑功能的需求，就成為一個亟待解決的問題。因此，為了保證工廠與工地之間的“無縫對接”，必須做好充分的前期準備，做好詳細的設計工作［2］。2）鑒于建筑類型的多樣性、結構形式的復雜性以及材料種類的廣泛性，設計過程中必須全面考量各類環境因素對安全性的影響。為適應裝配式建筑設計的獨特性，建筑業原有的建造技術與標準也需相應調整。為了滿足這些要求，工程師們必須改善現有的結構系統，使其能夠為將來的建筑物提供更高的品質。

3 BIM技術在裝配式建筑設計中的應用

某中學教學樓擴建工程占地面積為6220.68m2，總高度19.5m。在該工程的地基處理中需要綜合考慮場地條件、地形地貌及地質環境等多方面因素。本工程設計層數確定為4層，結構形式為裝配式框架結構，抗震等級為7級，防水等級為2，使用年限為50年，需要滿足一般建筑物的使用要求。

3.1 基于BIM技術的裝配式建筑工程設計

3.1.1 總體模型建立

在方案設計中，設計者要與業主進行深入交流，充分了解業主的設計要求，然后運用BIM技術建立工程模型，從而幫助設計者和業主更好的了解工程設計理念。通過對施工階段的仿真將設計變更降至最小，達到節約成本、提高效率的目的，同時也為今后的詳細設計與調整提供依據。

3.1.2 預制構件庫的建立

為提高裝配式建筑構件設計質量，實現信息集成，設計人員需要構建裝配式建筑構件庫。

（1）本項目將裝配式建筑按類型、材質、尺度等不同維度劃分為若干類，從而便于裝配式建筑設計時的檢索與保存［3］。在實施一體化協同設計時，各專業之間要有適當的權衡與取舍，設計師既要在功能、質量、造價之間尋求平衡，又要兼顧各專業的需要，不能只滿足某一工種的需要而忽略其他工種。為此，本項目構建了一種涵蓋多學科領域的一體化設計模式，將各專業在不同建設階段的信息進行整合，從而達到集成設計的目的。鑒于建筑物本身的高度復雜性和功能多樣性，其施工過程涉及多個部門及人員的協作。因此，在整個工程項目推進過程中，諸多不確定性因素相伴而生。設計師通過采用這種跨專業的融合設計方式，有效簡化了設計工作流程?，F有的建筑方案優化研究多從單一學科或多學科角度出發，通過分析各學科之間的聯系和影響，確定最佳方案。設計師借助BIM技術進行模擬仿真，能在設計初期階段預先模擬不同專業領域間可能存在的沖突，從而在施工啟動前精準預判并作出相應調整，有效規避施工過程中的潛在沖突，以及設計變更、返工等導致的資源浪費問題，進而顯著提升設計效率。

（2）綜合評價各建設項目中涉及到的專業，按各專業特點劃分前期預備的建設資源，根據預制構件資源類型的不同建立多種參數化模型，并對其進行分析。該模型具有可調、可修改的特點，能夠對各模塊進行分類，并將其保存到對應組件類型的文件夾中，便于后續查找與使用。

（3）構建預制構件資源庫時應具有如下特點：具有可擴充性，為今后裝配式建筑工程中新型預制構件的開發提供充分的空間。能在不增加其他費用的情況下，實現多種新型預制構件信息記錄，以方便后期管理與查詢；具有可修改性，BIM模型中所建立的部分可以被進一步修改，包括調整參數和部分模型。

3.1.3 BIM集成化協同設計

裝配式建筑工程涉及多個專業領域，BIM建模技術允許設計師構建參數化模型，通過網絡信息技術的支持，不同專業的建模數據可以實現共享，這樣就促進了跨專業的設計協同。在設計階段，傳統的設計模式存在各個學科之間相互獨立、不能有效協同等問題，通過應用建筑信息模型（BIM）技術創建可視化模型，設計師能夠借助網絡技術促進不同專業領域間的信息交流。這種方法有助于滿足各專業領域的集成需求，并促進團隊之間的協作［4］。

例如，在進行集成式衛浴和廚房設計時，設計者融合建筑學、給排水系統、機電工程等多個專業領域的知識，可以實現一個連貫的整體布局，合理規劃結構建設、防水防潮、裝修以及給排水等各個專業環節，同時能夠及時識別并處理不同領域間可能出現的分歧和沖突，以便在設計階段就能對這些問題進行有效解決，進而保證后續建設的順利開展。

3.1.4 深化設計階段

各預制件制造商、施工企業及設計團隊需強化彼此間的交流協作，共享基于BIM技術構建的設計模式，并從各自專業領域出發提出設計要求。設計者需全面考量各方需求，適時優化設計模型，促進多方協同合作，以達成科學的設計成果。

3.2 模擬施工及碰撞檢查

BIM模型中，技術人員可以將土建-管線-設備集成在一起，通過模型進行管線碰撞檢測。可針對不同場景分別設計基于規則和幾何特征等形式的軟碰撞檢測方法。PKPM是一種比較簡潔的碰撞檢測工具，該軟件可以對模型內部進行硬碰撞分類檢測，并給出每個碰撞點的詳細檢測報告。在此基礎上，軟件能夠對三維場景中可能出現的各種沖突進行逐一展示，并記錄每個碰撞點的位置及相關參數。該系統能夠輸出碰撞檢測結果報告，同時為設計人員提供與碰撞模型對比、檢查的機會。

3.3 數字化運維

BIM技術能夠為建設工程提供可視化管理手段，保證施工全過程信息的真實性和完整性。工作人員將該方法應用于建筑工程項目的設計與施工階段可大大降低人力成本，提高工作效率。在進行建筑結構設計時，跨專業的緊密合作對于達成優異的設計成果至關重要。若各專業團隊之間未能實現高效溝通與協同，可能會對裝配式結構設計的品質造成較大的負面影響。當前，我國裝配式建筑設計及建造水平尚處于起步階段，還未形成完善的設計系統與管理系統，致使設計人員很難將已有的專業知識應用到實際工程中，從而影響了工作效率。因此，BIM技術的應用為不同專業領域的協同工作提供了卓越的平臺，從而顯著提升了建筑工程的總體效率和品質［5］。

3.4 數字化施工

當前很多建筑企業缺乏BIM技術知識，導致存在設計圖不符合實際、施工現場管理不規范等問題。為應對這一挑戰，工作人員需要將BIM技術應用于建筑項目施工全過程。裝配式建筑設計中，BIM技術是數字施工技術的重要支撐，該技術可以精確定位建筑物構件，并利用仿真技術控制其安裝精度。為保證BIM技術的實際應用，支撐建筑行業的發展，工作人員和研究人員還需不斷深入地分析和研究。

4 BIM技術在裝配式建筑設計中的發展趨勢

4.1 標準化與規范化

如同建筑需要穩定的地基，BIM技術的發展也需建立在標準化和規范化之上。當前，我國正在積極推動BIM技術的標準化工作，旨在規范BIM技術在裝配式建筑領域的應用，提高工作效率和質量。在此背景下，各種BIM標準和規范相繼出臺，為行業的發展提供了有力支持。

4.2 智能化與信息化

（1）人工智能與大數據的融合。在BIM技術的發展過程中，人工智能和大數據技術的融合無疑是一大亮點，可以實現自動化設計、智能分析和優化。同時，大數據技術的應用可以對海量的建筑數據進行挖掘和分析，為設計提供有力支持，使得設計更加科學、合理。

（2）物聯網技術的應用。物聯網技術在裝配式建筑設計中的應用，使得建筑成為一個巨大的智能系統。通過將各種傳感器和設備與BIM模型相結合，可以實現對建筑各個方面的實時監控和控制，提高建筑的安全性、舒適性和節能性［6］。

4.3 一體化與合作共贏

（1）跨界融合。在裝配式建筑領域，BIM技術的發展趨勢之一是跨界融合。通過將BIM技術與綠色建筑、智慧城市等領域相結合，可以實現多領域的互動和協作，推動建筑行業的創新和發展。

（2）產業鏈協同。BIM技術的發展推動了產業鏈的協同。在這個過程中，設計、施工、運維等各個環節的企業需要加強合作，共同推動BIM技術在裝配式建筑領域的應用。這種協同不僅可以提高工作效率，還能促進產業鏈的優化和升級。

5 結語

BIM技術的應用，為裝配式結構設計帶來了巨大的變革。該技術是以三維模型為主要信息載體，運用信息技術，實現綜合管理的數字化手段。運用BIM技術進行裝配式建筑設計，可顯著提升設計方案的科學性、邏輯嚴密性及可操作性。隨著互聯網、物聯網等技術的不斷深入和廣泛應用，裝配式建筑和BIM技術的融合應用將提升平臺協同能力，提升工作效率與精度。

參考文獻：

［1］熊克俊，張丹.裝配式建筑全生命周期BIM應用能力評價及實證研究［J］.青海大學學報（自然科學版），2022，40（6）：84-92.

［2］蔣杰.BIM技術在裝配式住宅設計及建造中的應用［J］.住宅產業，2022（12）：40-43.

［3］陳佛生，區兆琪，肖鴻韜.裝配式建筑PC構件工廠混凝土輸送系統的設計與應用［J］.機電工程技術，2022，51（12）：221-225.

［4］李岳巖，陳靜，李濤，等.面向西部地區的零能耗裝配式建筑設計策略——以2022中國國際太陽能十項全能競賽作品“棲居3.0”為例［J］.建筑學報，2022（12）：46-51.

［5］張靜.基于BIM技術的裝配式建筑施工成本管控研究［J］.科技創新與應用，2022，12（35）：174-176+180.

［6］池亞徽.基于BIM技術的預制裝配式建筑施工應用及案例分析［J］.中國建筑金屬結構，2022（12）：76-78.

基金項目：青島黃海學院校級科研課題項目編號2021KJ02