BIM技术在装配式建筑深化设计中的应用研究

刘业金

【摘要】装配式建筑大力推行的背景下，深化设计工作面临新的挑战，出现了不少新的问题，文章从项目实际入手，分析了BIM技术在深化设计阶段的应用路径，其目的是为使运用BIM技术的深化设计质量效益充分体现，进而推动装配式建筑行业的健康稳定发展。

【关键词】BIM技术;装配式建筑;深化设计

1、引言

2016年2月发布的《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》中指出，力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%。2017年住房城乡建设部印发的《“十三五”装配式建筑行动方案》中明确重点任务之一就是全面提升装配式建筑设计水平，建立适合建筑信息模型（BIM）技术应用的装配式建筑工程管理模式，推进BIM技术在装配式建筑规划、勘察、设计、生产、施工、装修、运行维护全过程的集成应用，实现工程建设项目全生命周期数据共享和信息化管理。由此可以看出，中国的预制建筑正处于积极推进发展的阶段，国家层面对预制建筑的建设标准也正在逐步提高，BIM 技术在装配式建筑信息传递中起到了集成融合的作用。通过数字化赋能，创建可视化建造信息平台，丰富了设计、生产、施工的信息化全过程应用。采用BIM技术的应用，使预制混凝土构件深化设计更一目了然，降低设计意图的理解难度，并能通过BOM表自动统计材料用量，从而在构件的生产材料采购、构件的生产细节精度把控、构件储运的合理排布、施工现场的碰撞避让等方面均起到积极作用。

2、设计流程

2.1  施工图模型搭建与专业碰撞检查

利用 BIM 技术和经图审的图纸，建立项目全专业的建筑信息模型。与采用CAD软件所绘制的传统二维图纸不同，BIM技术所创建的建筑模型是三维的，且建筑、结构、水电等专业信息数据具有动态关联的特点。在创建模型的过程中，对其中某一信息进行改动时，整个模型参数会同步发生改变，这样避免了传统图纸的修改，专业不同步更新的困难。各专业间的碰撞可以在正式进行构件拆分设计前完成，从而避免拆分设计过程中发现问题，再修改设计，循环往复的耽误进度，实现工效的节约。目前深圳及湖南均开展了模型图审的实践探索，这对装配式建筑来说，是创新，也是将BIM技术的应用充分前置，为深化设计工作开展创造更加便利条件。

2.2  构件拆分与优化设计

常见的装配式建筑预制构件有叠合梁、框架柱、内外墙板、叠合楼板、阳台、楼梯、飘窗及空调板等。BIM 模型建立以后，为形成可进入工厂制造的构件，需要将模型进行拆分。在前述搭建的 BIM模型基础上拆分构件，可以使项目更具有连贯性，从而避免数据信息的缺省。通过构件拆分可以更清楚的展示构件之间的搭接关系，对于一些节点也更容易觀察。构件拆分的原则是尽量减少构件种类与数量。构件形状复杂，在后期加工制作阶段一方面模具的成本会比较高，另一方面产量效率相对低下，容易导致项目建造成本增高。构件拆分后可以对构件进行细节上的优化，比如同跨度进深的叠合板在人工拆分下，可能会出现不同板宽的情况，而采用BIM技术可迅速查询同板宽的板块数，及时调整板宽，减少模具规格类型，弥补人工不足之处。BIM技术人员应从深化设计角度出发，通过不断优化技术运用水平与工艺控制措施，来使装配式建筑在所处行业中的功能效果发挥出来，进而推动现代化经济建设的可持续发展进程[1]。

2.3  深化设计

根据Revit软件的建模特点，以族作为单位，将系统族、标准构件族、内建族等族文件输入，以加以组合，从而提高模型搭建效率。对于构件的预制，可将不同埋件（水电安装、结构固定、预制拆卸）、不同构件类型的外轮廓、不同钢筋弯曲锚固形式，作为一种族文件。如墙板的类型，按图集可分为带窗洞口、不带洞口、带门洞三种，均能搭建可编辑参数。再以钢筋族文件的绘制为例，可以按照钢筋在构件中的存在形状，同时创建可编辑的弯折角度与规格等参数，来确定参照平面。以组合状态构建逻辑关系的各种族文件，就能在较短的时间更趋高效地完成装配式建筑的构件深化设计。再如在对无洞口内墙墙板进行BIM建模过程中，因内墙板主要由混凝土、钢筋、水电预埋件组成。为此，BIM技术深化设计人员就可将水平筋、拉筋、水电预埋等作为族文件。对于内墙的实体模型构建，可将参数化外轮廓边线、墙板厚度，作为基础，并确定混凝土标号、参照平面为族文件。这样一来，内墙的钢筋、水电预埋件、混凝土族文件绘制，就更高效便捷。为实现装配式建筑各个专业之间的协调，作为共享信息载体的建筑信息模型，可通过插入、提取、更新与修改模型中的信息数据。

将构件进行可视化拆分并按照国家规范图集标准进行连接构造的设计，生成构件加工详图。构件加工详图可以完整的将构件的信息表达清楚，例如钢筋信息（规格、形状、级别）、模具规格、水电安装预埋定位等，实现与预制构件加工厂的全要素对接。将建筑模型分派给各专业设计人员，相应设计人员对自己的专业部分进行深化设计，并进行细节修改。由此可见，BIM技术在装配式建筑施工图纸设计工作中的运用，能够有效提高设计效率且能通过提取信息，实现工厂生产的BOM表信息提取，及时采购加工制作。利用基于BIM设计信息的装配式结构构件信息化加工（CAM）和MES技术，将BIM信息直接导入工厂中央控制系统，无需人工二次录入，与加工设备对接，实现设备对设计信息的识别和自动化加工，实现设计信息与加工信息无缝对接与共享[2]。

2.4  施工模拟与碰撞检查

建立基于项目的BIM全专业模型，涵盖建筑、结构、给排水、暖通和机电模型，导入专业软件，实现不同专业间的碰撞检查;通过设定构件或吊装机械的运动路径，实现动态碰撞检查。将检查结果反馈给BIM模型，实现装配式结构的拆分优化，如减少塔吊远端构件的重量，实现塔吊的优化选型，实现装配式建筑全生命周期的精细化管理和效益最大化。

通过施工模拟可以有效的提高施工过程的流程组织，且对构件的生产及运输堆放提供有效的流水化参考。同时还可以对复杂的梁、柱、墙等水平垂直构件交叉部位进行施工模拟，对节点进行优化，避免节点钢筋施工期间的碰撞。碰撞检查检测出的钢筋冲突节点可以在设计阶段对其进行改正，减少后续施工阶段返工带来的进度与造价损失。

3、BIM技术在装配式建筑领域中的应用前景

预制构件深化设计工作在建筑工业化产业链中有着举足轻重的作用，应在设计初期谋划预制率、装配率等满足当地政策要求的时候就介入，避免在构件预制选择上出现不足，导致二次调整。从目前全产业链角度来看，BIM技术在深化设计的应用中可以更好整合各专业、各阶段对装配式建筑构件提出的要求，并可向前后端延伸，从前期拆分的方案设计到后期施工建造管理都可使用。目前，BIM技术在构件深化设计中的应用有效提高了设计工作效率，完善了设计工作整合的准确性，全方位立体式展现出预制构件在实际施工中的节点安装方式，并且以Revit软件直接出图的工作方式摆脱了二维平面绘图的弊端，更好地利用软件功效实现高效快捷的深化设计工作[3]。由此可见，BIM技术在装配式建筑领域中具有更为广阔的应用场景，通过深化设计这一重要环节的牵引作用实现更多增值。

参考文献：

[1]沙娜.探析BIM技术在装配式建筑深化设计中的应用[J].建筑科学.2018年32期.

[2]叶浩文，周冲，樊则森，等.装配式建筑一体化数字建造的思考与应用[J].工程管理学报.2017年05期.

[3]李贝，袁齐，杨嘉伟，等.BIM技术在装配式建筑深化设计中的应用[J].城市住宅，2018，08：40-43.

[4]史艳伟.装配式建筑设计中BIM技术的应用分析[J].山西建筑.2018年35期.

浙江省教育厅科研项目资助（Y201942689）