BIM在装配式建筑设计中的应用

于佩瑶

摘 要：装配式建筑具有新型建筑工业化的五大特点：标准化设计、工业化生产、装配式施工、一体化装修和信息化管理。装配式建筑核心为集成，建筑信息模型（Building Information Model）可以将设计、生产、施工、装修和信息化管理串联起来，服务于设计、建设、运维、拆除的建筑全生命周期。建筑信息模型技术可以整合建筑全产业链，实现项目全过程，全方位的信息化集成。

关键词：BIM；装配式；设计

1 装配式建筑中BIM应用现状

据《上海建筑信息模型技术应用与发展报告》201

8版中指出，截止2017年12月31日，在报建项目中，实施装配式的建设项目共637个，其中应用BIM技术的装配式项目共413个，装配式建筑BIM应用率达到65%，413个实施装配式的BIM应用项目类型涵盖房屋建筑、市政基础设施等类型（如图1所示）。

上海重点要求推进BIM技术在装配式项目中的应用；实现建筑构件生产管理信息化；推进装配式建筑要素信息集成化。

2 工程概况

宝山区顾村镇某项目，建设单位为上海某房地产有限公司，建设地点在上海市宝山区，总建筑面积为4万平方米。本工程为装配整体式混凝土框架结构，高度均低于50m，预制构件类型包括：预制叠合板、预制楼梯、预制叠合梁、预制柱，预制梁达到40.86%，此外本项目为建筑装修一体化设计，包括地面，墙面，吊顶等部位的装修，装修预埋管线均与预制构件设计配合完成。

3 应用情况

正向BIM协同设计中，设计核心的相关工作是在BIM的工作框架下完成，以BIM的思维和工作方式进行设计工作，尤其是专业内协同和专业间的协同，设计相关信息通过BIM模型承载，通过模型来实现本项目中设计阶段的相关应用。

在项目开始之前，通过业主方推动，建立BIM正向设计的工作体系，包括项目整体的BIM人员框架，对各参建方均提出了BIM相关技术要求，具有扎实的BIM应用能力，认可BIM正向设计的相关成果。同时，在我们设计团队内部，也建立与二维设计相同的三维正向设计团队，该团队成员需具备专业技术能力。

通过项目应用与传统二维设计项目对比，我们可以得出，BIM是一个体系，包含多软件协同工作，由于结构专业的特殊性，本项目中我们将结构分析模型作为工作的基本模型进行交互，包括性能分析等，通过BIM软件与分析软件的API接口可以将结构计算分析模型传递到BIM模型中，再传递到其他分析软件中避免二次建模甚至更多，在相关分析软件中，如果进行调整，可以实时反馈到原始模型，目前已实现多款软件间的双向交互。

在BIM正向设计过程中，专业间的协调是即时的，当某一专业链接另外专业文件工作的时候，打开监视功能时，会即时收到相关修改信息，并可选择性的定位到修改位置，避免了提资缺漏延时情况。

通过总结，在装配式项目中，采用BIM正向设计与二维传统设计相比有以下几点优势。

3.1 标准化的BIM预制构件库

标准化的预制构件是装配式建筑的典型特征，在传统的二维设计中，是通过预制构件的加工图来表达预制构件的设计，其平立剖图纸是传统的二维表达方式，在本项目中，通过BIM模拟工厂加工的方式，以预制件模型的方式来表达，需要提前与加工厂沟通，确认构件模数，建立齐全的项目级预制件族库（如图2）。

3.2 可视化设计

装配式建筑构件深化设计之前，需将结构构件按照相关规定标准进行拆分，将预制件深化为可供加工厂生产及现场安装的预制构件，这是装配式建筑设计中结构施工图设计之后的深化设计工作；基于三维可视化设计，可以对整个项目中所有预制构件的几何属性进行可视化分析（如图3），对预制构件的类型和数量进行归并优化，增加标准预制构件的类型和数量。

基于BIM的正向设计，还可以提高装配式设计协同效率，各专业在认可的模型中，统一协同工作，将建筑各类信息集成于BIM模型，保证设计内容的完整性，从而提升设计质量，同时构件信息可与加工机器直接对接，用于生产，减少了二维设计中大量翻图工作。

基于BIM的正向设计，还可以对预制构件进行拆分与组装分析，协调各专业进行碰撞检查。如预制件内部钢筋等组成部分的碰撞检查、设备预留预埋的碰撞检查等。本项目中运用BIM可视化检测，在1300张预制构件图中，检测出63处节点硬碰撞，减少加工厂及现场返工。

3.3 可视化装配

通过BIM技术，可以将复杂节点以三维形式向施工班组交底，提高施工准确性，预制构件施工方案优化。结合项目PC结构特点，针对PC构件现浇核心区，利用BIM进行方案模拟优化；针对预制件连接部位的缝隙做出相应的施工方案，确认最优工序，提高施工效率。

3.4 延伸价值

基于BIM的正向设计中，模型汇总包含了构件的几何信息。材料信息。设备信息和成本信息等，通过读取模型中这类信息，可以快速得到预制件与现浇构件的工程量，用于项目造价参考。在模型建立前，还可以统筹各应用点使模型具有更多的延伸应用功能，比如性能化分析，后期运维等功能。

3.5 参数化设计

基于Dynamo的參数化编程，根据设定的参数要求，快速实现装配式混凝土结构中的各类预制构件的生成，通过输入几何尺寸、钢筋配置的参数和预埋件的布置参数，实现三维预制构件的快速建模、构配件定位和钢筋配置，从而生成六视装配构件施工图和配筋图，减少装配式混凝土结构分设计的工作量，提高设计效率（如图4）。

在如今BIM逐渐被各方重视起来，传统简单检测碰撞的BIM应用已经落后了，其本身存在很多风险，翻模成果与设计本意不一致的情况时有发生，且容易造成重复建模，过度建模，综上，BIM正向设计是明显优于传统二维设计的，尤其在装配式建筑设计项目中，其前提是项目人员应有专业设计能力，且能合理理解运用BIM，明确的知道自己的设计意图。在BIM正向设计中，在于其工作模式的更高层面的协同，不仅是项目参建方之间的协同，专业间的协同，更是设计过程中的各应用与任务节点的协同，将设计充分引入到BIM体系，利用可视化建造，将更多工作提前考虑，提前布置，通过“预建造”，可以充分发挥BIM在装配式建筑设计的应用价值。

4 前景展望

BIM正向设计的推广相对于BIM本身的发展来看还是很缓慢的，行业整体的BIM应用水平还处在较低层面，建设方不愿意额外承担一笔不菲的设计费，设计院也不愿意无本推广应用，在刘行项目中，BIM正向设计的推广也并不是很顺利，参建方具有一定的BIM应用能力之外，审图机构，专项顾问，专项分包等因为种种原因，在BIM正向设计的交付成果中存在一定的沟通障碍，目前大部分审图机构还不具备对BIM成果的审核能力，相关标准规范也没有明确相对应的合理深度划分，加工厂的生产水平也没有都达到接入模型数据快速生产的程度。相信在以后几年，行业内的各方水平都会提升，二维到三维的设计转变趋势不可逆，在三维成果上进行更深一步的应用展望已经可以尝试了，如基于数字化、参数化和标准化设计的预制构件自动优化拆分；装配式施工的模拟建造；3D打印模拟安装；基于BIM模型的装配式建筑的数字化施工管理后期运维等。

参考文献：

[1] 上海市建筑信息模型技术应用与发展报告.