BIM技术在装配式建筑设计阶段的应用研究

许超，吴斯琪

（吉林建筑大学）

1 引言

装配式建筑具有着节约能源、缩短工期、提高质量、降低造价等优点，相对于现浇建筑来说更具有生命力。2017年3月，住建部发布的《“十三五”装配式建筑行动方案》中提出以下要求：我国装配式建筑占新建建筑的15%以上。可以看出，中国的预制建筑正处于不断发展的时期，国家对预制建筑的标准和要求正在逐步提高。

BIM技术在装配式建筑中起到集成的作用。数字化虚拟化项目，创建可视化信息平台，更生动地展示项目进度。BIM技术在预制建筑设计阶段尤为重要，可以提高预制建筑设计的效率，减少设计造成的误差，从而实现“建筑产业现代化”。

2 装配式建筑与BIM技术结合的国内外发展现状

2.1 国外现状

国外装配式较国内具有更深远的历史。美国是较早研究建筑信息化的国家，特别是在装配式建筑方面。很多国家更注重保护生态环境，所以在项目施工过程中采用绿色环保施工技术和BIM技术结合的方法。BIM技术可以对项目进行施工模拟，再结合当地绿色建筑要求，实现资源节约、生态环保。装配式建筑能够缩短工期，最大限度的减少对资源的破坏。

2.2 国内现状

我国2015年装配式建筑面积为7260万㎡，2016年达到1.14亿㎡，较2015年增长57%。2009年以后，全国建设了一大批建筑产业化示范项目，全国示范城市1个，试点城市10个，国家住宅产业化基地64个。在信息化的时代，CAD软件已经不能满足人们对项目全寿命周期管理的需要。BIM技术的融入，既满足了从施工项目从二维到三维的转变，也顺应了建筑业在科技发展方面的需要，同时将建筑行业带领进入了创新科技的时代。

BIM与装配的结合已成为建筑行业的新节点，为建筑行业带来了新的理念。传统建筑建造工期长，造价高，工作量大，而BIM与装配式结合就能有效的解决这些问题。自2015年BIM大赛后的3年间，“BIM+装配式建筑”的项目在大赛申报项目呈倍数增长[1]。由此可见，发展装配式建筑与BIM的结合只是时间的问题，前景无需质疑。

3 BIM应用在装配式建筑上的设计要点

3.1 设计流程精细化

相比传统的设计施工流程，预制装配式建筑在设计上增加了许多流程。包括前期技术策划、标准化构件库的建立及深化设计等，使项目的设计阶段更全面细致，从而减少设计误差。在BIM构建的设计平台上，多学科设计师同步设计，更有利于沟通和修改，从而实现精细的设计流程。

2.2 构件设计标准化

装配式建筑的理念是使更多的建造过程在工厂里完成，这就要求构件设计的标准化。利用BIM技术建立BIM构件库，对构件几何尺寸进行精准设计，避免在冲突检查和后续安装过程中的偏差。同时在构件拆分过程中应该尽量将构件的种类减到最低，以防在工厂加工时造成构件模具的浪费。

2.3 各专业协同化

在预制装配式设计过程中，需要各专业分别设计各自的内容，并积极配合项目的完成。各专业设计人员在BIM平台对同一项目模型进行设计，将此项目的主体结构、设备管线、预制构件整合，从而得出最优的设计结果。在构件拆分时，各专业设计师对本专业范围进行拆分，同时优化细节。各专业同时进行设计优化，可以缩短设计时间，避免出现图纸更新不及时的现象。

2.4 成本管理具体化

装配式建筑的构件分割和最终成本是密不可分的，因此在设计阶段应强调成本控制。BIM技术在装配式中可以通过创建的BIM模型得出价格，控制成本。美国斯坦福大学在调查中发现：运用BIM进行造价管理，可减少40%除预算以外的更改[2]。由此可见，将BIM技术应用在造价管理上可以有效的控制成本，避免不必要的损失。

3 设计流程

3.1 施工图纸设计及模型的建立

利用BIM技术和地理信息系统对地理数据进行采集和详细分析，选定项目建造地址，进行场地分析规划后，建立项目BIM模型。与CAD所绘制出的二维图纸不同，BIM所创建的建筑模型是三维模型，且具有数据动态关联的特点。在创建模型的过程中，对其中某一构件加以改动，整个模型参数将会发生改变，这样避免了传统图纸的修改上的困难。模型建立时，将整合各专业的设计于一个模型之中，有利于整体把控和图纸的修改，便于各方设计人员的沟通。BIM模型包含很多信息，可以生成各种有关建筑物信息的图纸，包括平面图、立面图、剖面图以及建筑物所需钢筋、材料等尺寸信息。

3.2 构件拆分与优化设计

BIM模型建立以后，为形成进入工厂制造的构件，需要将模型进行拆分。拆分构件的原则是尽量避免构件数量过多，构件形状复杂，以便于后续工厂的加工，更好的控制成本。在原有的BIM模型的基础上拆分构件，可以使项目更具有整体性，以防数据的流失。通过构件拆分可以更清楚的观察构件之间的关系，对于一些细节也更容易观察。构件拆分后可以对构件进行细节上的优化，此时各专业协同优化，便于后续的设计与改进。

3.3 深化设计

将构件进行可视化分析，以及预制构件连接构造的设计，生成构件加工图。构件加工图可以完整的将构件的信息表达清楚，例如钢筋信息、模具规格等，实现与预制构件加工厂的完美对接。将建筑模型分派给各专业，各专业对自己的专业部分进行深化设计，细节修改。BIM也能够同VR技术结合，构建虚拟建设场景，使装配式安装工人可以更好的理解构件设计要点和装配的细节。

3.4 预拼装与碰撞检查

BIM技术还可以对复杂的梁、柱进行预拼装[3]。预拼装的主要作用是对节点进行优化，避免钢筋碰撞。在项目可视化的基础上，预拼装可以更精准的实现，此时可以将拼装的过程视为“拼积木”，将梁端部锚入节点内，提高此节点性能。BIM技术还可以对建立好的项目模型进行碰撞检查，碰撞检查可以检测出钢筋冲突节点，并在设计阶段对其进行改正，减少后续施工阶段修改带来的损失。碰撞检查又叫冲突检查，撞按检查类型可分为硬碰撞和软碰撞，按碰撞时间关系可分为静态碰撞和动态碰撞[4]。在同专业范围内将构件归类进行碰撞检查，找出有效的碰撞点进行修改。

动态碰撞是施工阶段由于施工误差而产生的碰撞。利用BIM软件模拟构件与机械运行轨迹，与建筑模型的关系，以实现碰撞检查。在碰撞检查后，对项目进行优化，再进行碰撞检查以减小误差。

3.5 造价管理

在设计阶段中，传统的CAD软件不能直接生成项目的造价，只能后期利用其他软件或者造价人员手算工程量和造价。而BIM相关软件可以自动统计项目造价，避免了传统算法的误差，或运用其他软件产生的数据丢失，更方便造价人员对项目的系统管理。现阶段我们对造价的计算，依靠的是二维图形基础上的统计和整理，将繁琐的造价计算转化为直接生成的数据，更符合建筑智能化发展。造价人员的工作是否会被软件所替代，或者在此大环境的基础上工作内容有什么更新，是我们应该研究的问题。

4 总结

BIM技术与装配式建筑的结合，可以使建设项目无论在设计阶段还是施工阶段都具有高效的特点，尽可能的降低误差来源。BIM技术应用在装配式建筑全生命周期中，目的是实现建筑项目可视化；实现对项目施工进度的实时掌控。在装配式建筑设计阶段应用BIM技术建立项目三维模型，对项目进行构件拆分、深化设计、碰撞检查，减少施工过程中可能产生的误差。BIM技术与装配式建筑相辅相成，互相促进，将成为我国建筑业发展的未来方向。