基于BIM的装配式设计厂商一体化平台探讨

雷 昕

(西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031)

装配式建筑可以将建筑构件的生产放在工厂进行，缓建现场施工带来的的资源人力浪费、加快工程进度。随着建筑信息化的发展，BIM技术对信息直观化处理的能力使装配式建筑的设计过程更为直观快捷，进一步促进了建筑信息化的发展。装配式建筑发展过程中遇到造价成本相对较高的问题，装配式建筑设计与厂家制造之间出现的信息断层是主要原因之一。设计方无从得知预制构件生产厂家的生产特点，难以设计出满足生产需求的构件。预制构件厂家无法得知预制构件的设计趋势，难以改进自身工艺特点。将BIM技术贯彻运用于装配式建筑的设计与制造中，打造基于BIM的装配式设计厂家一体化平台将有效打破信息断层的局面，进一步推进建筑现代化的发展。

1 基于BIM的装配式建筑

1.1 装配式建筑

建筑业中，施工现场现浇作业一直是主流的施工方式,带来的资源浪费与环境破坏的问题一直存在。在装配式建筑中，大量的建筑构件在工厂加工，并运送到现场进行拼接，大幅度减少原本的现浇作业量，从而减少资源浪费和环境破坏的问题，也加快了施工进度[1]。建设部于2015年发布的《工业化建筑评价标准》中明确推进装配式建筑的发展，发布的《建筑产业现代化发展纲要》计划2020年装配式建筑占新建建筑20 %以上并于2025年达到50 %以上[2]。可见装配式建筑在未来的建筑业发展中占据关键地位。

1.2 基于BIM的装配式建筑运用

建筑模型信息化(Building Information Modeling，简称BIM)是当今建筑业的智能化发展方向。BIM可以将建筑物从设计到后期施工中的信息整合在一起，并直观的展现建筑物全生命周期的信息[3]。已经有很多研究提出将BIM与装配式建筑物联系在一起，在装配式建筑物的设计阶段使用BIM 技术可以大幅度减少设计失误，使设计更为直观。在安装阶段使用BIM技术可以减少安装失误带来的不必要的构件损失。在生产阶段采用BIM模型可以更为直观的展现装配式构件的信息，便于构件的生产施工[4]。BIM技术与装配式建筑的结合进一步推进了国家的建筑现代化的脚步，从“建筑大国”走向“建筑强国”。

1.3 问题分析

装配式建筑推行过程中遇到的障碍主要有以下几种：

(1)装配式建筑构件的建造精度仅靠传统的平面标注无法满足。

(2)我国目前处于装配式建筑初期，尚未建立起完善的装配式建筑相关规范体系以及检查措施体系，使得装配式建筑的质量难以得到保障。

(3)装配式建筑的需求量占市场比重较小，生产厂家数量少并没有完善的建造体系与计量标准[5]。其中第一个障碍随着BIM技术的发展已经得到了改善，但依然有新问题的产生。预制构件的设计加工需要专业人士参与，构件信息的准确性需要严格处理[6]。我国大多数设计单位建立的BIM模型进度不足，无法满足预制构件深化设计的生产需求。构件的深化设计问题直接影响到预制构件的采购环节。传统方法是由设计院对预制构件进行深化设计，除去预制构件模型精度不足这一问题，这也会不利于预制构件生产厂商发挥自身的工业特定和优势。而如果将深化设计交由厂商负责，会使设计环节与深化设计环节脱离，厂家生产出来的产品达不到设计整体需求，带来资源浪费[7]。这一切起因于设计与制造生产中的信息沟通不畅。设计师无从得知各厂家的生产特点与需求，设计出不利于生产的预制构件。而生产厂家无法得知预制构件的设计发展趋势，无法具有目的性的改进自身生产技术来迎合市场。这种信息鸿沟加大了装配式建筑的建造难度进而使得装配式建筑与预制构件的成本居高不下。让设计方与厂商对装配式建筑望而却步。一个适合厂商与设计方一起协同设计的平台将有效的减少设计生产之间的信息断层问题。

2 设计厂商一体化平台理念

2.1 平台简述

装配式建筑的预制构件设计生产流程一般为：设计师根据整体建筑功能需求，从预制构件设计规范中选取合适的预制构件模板。随后对构件模板进行深化设计，使其进一步满足整体建筑的功能需求以及建筑制造过程中的施工安装需求，最终敲定预制构件的深化设计模型后，交由厂家进行生产。根据该设计生产流程，基于BIM的设计厂商一体化平台由两个部分构成：基础平台与设计厂商对接平台。

基础平台负责为全平台提供设计生产基础，其中包含两个部分：① 装配式建筑和预制构件的相关规范。② 基于预制构件设计规范的模型库。以模型库为基础，从中选择构件进行设计装配以提高设计生产效率[8]。设计厂商对接平台用于实现设计方与生产方协同设计，打破信息鸿沟，使预制构件的深化设计更高效的同时满足设计需求和生产需求。

BIM技术的信息直观性使装配式建筑的设计生产到施工安装更为直观便利。因此，全平台以BIM模型作为信息传递基础，预制构件类模型提供三维预览窗口，方便设计人员和生产人员进行交流设计。

2.2 基础平台

装配式建筑缺少规范指导是阻碍装配式建筑发展的困难之一。这一问题现在已经得到了改善，国家发布的《装配式混凝土结构表示方法及示例(剪力墙结构)》《装配式混凝土结构连接节点构造 》《预制混凝土剪力墙外墙板》等一系列预制构件图集为预制构件提供了设计生产的依据。这些规范依据可以作为基础设计平台的基础模型依据。由于规范中涉及到的构件标准模板均用平法标注等传统的标注方法进行展示，不利于预制构件的信息传达，基础平台内附规范中涉及的预制构件BIM模型，并提供三维展示与构件的详细信息(图1)。在提高预制构件的信息传递效率的同时，减少设计生产人员在重复建模上消耗的时间与精力。

图1 网页概念图：构件模型及信息

设计生产人员进行深化设计时通过两种途径获得预制构件的BIM模型。第一种，从规范链接获得。基础平台内相关规范重新编排成网页的形式，方便用户进行直接浏览。在规范每一种构件基础模板页面内，基础平台会放上相应的BIM模型网页链接(图2)。用户可以在查阅规范的过程中直接进入预制构件的模型页面进行浏览下载。节省反复查找的时间。第二种，通过模型检索获得。 直接在平台内搜索预制构件名称进入相关模型页面进行浏览下载(图3)。

图2 网页概念图：规范下载页面

图3 网页概念图：检索页

2.3 设计厂商平台

装配式建筑中预制构件的深化设计环节需设计和厂商共同协商设计，保障一个设计既满足整体结构需求也满足生产需求。设计人员从基础平台选择合适的预制构件模型后，结合整体结构需求对其进行深化设计。设计人员完成设计后上传模型，平台可以通过自动审图插件列出与基础模型的差别，节省对照原图寻找更改项目的时间(图4)。构件的深化设计模型以及需求量后续发布在厂家的接单平台，各厂商可以根据自生的生产特色选择合作项目。平台可以统计出设计师对基础模型最常见的修改方式，厂商可以根据平台的大数据统计获得近期的设计趋势，以此改进自身的工艺。通过大数据了解生产瓶颈，避免设计生产脱节。对于生产方而言，不同生产厂商有不同的生产工业特色，将这些工业特色通过BIM技术展示在平台，可以方便设计师进一步了解厂商并主动选择适合的厂商进行合作。通过设计厂商对接平台以弥补设计生产的信息缺口，促进设计与生产共同进步。

图4 网页概念图：模型上传区

3 相关技术分析

3.1 BIM企业式族库

我国BIM技术发展至今，很多企业意识到BIM技术带来的优势并主动投入BIM技术的发展中。企业在BIM技术的初步发展中已经发现BIM模型具有一定的重复性，并着手建立企业专属的BIM族库。陕西建工安装集团有限公司在宝鸡式高新区的某总装厂房施工中采用了BIM技术，并建立了管道、通风、设备与电气的族库用于后期整体模型建立。中通服咨询设计研究院有限公司与江苏省建筑设计研究院有限公司建立了基于GB/T 51212-2016《建筑信息模型应用统一标准》、GB/T 51301-2018《建筑信息模型设计交付标准》、GB/T 51269-2017《建筑信息模型分类和编码标准》、DGJ 32TJ210-2016《江苏省民用建筑信息模型设计应用标准》等相关标准的室外管综BIM族库，提高室外综合管廊BIM模型建设效率与质量[9]。东莞市建筑科学研究所与深圳市鹏城建筑集团有限公司建立了针对装配式建筑的预制构件BIM族库，并对预制构件模型进行深化设计、碰撞检测、施工安装与出图等后续操作[10]。中国建筑第八工程局有限公司建立了完整的企业级别的BIM族库，并对现有族库的审查与检索效率、安全性等方便进行优化，以提高BIM的工作效率[11]。综合上述案例可看出企业式族库的种类繁多，发展层次参差不齐并且没有一个恒定标准作为参考。BIM族库作为BIM模型的基础，关系到后期工程量计算与安装出图等环节的质量问题。建立一个规范化权威性的BIM族库在发展BIM技术中必不可缺。企业化BIM族库虽然可以满足企业的自生需求，但在规范和权威认定方面有所欠缺，在后期使用BIM模型进行如造价运算等工作中缺少保障，容易引起信任危机，带来多方重复核对与磨合的不必要的资源浪费。

3.2 BIM设计平台

建筑信息化发展至今，出现了很多与BIM相关的线上平台，为BIM从业者带来便利。主流的BIM设计平台主要有中国BIM构件库、构件坞、EABIM的族广场与BIM数据库。它们各自的特点如表1所示。

表1 主流的BIM设计平台及各自的特点汇总

从几个线上BIM设计平台可以归纳出：目前线上平台的发展处在起步阶段，许多预制构件相关族的模型与信息不完善。部分信息完善的族模型无法确定建模流程的规范性，在后续造价计算、施工安装、出图等工作中的结果准确性有待考证。纵观以上几个主流平台可以发现，各平台现价段主要功能集中在设计阶段，与厂家联合方面基本为零基础，这一点在未来有待改进。

4 结束语

建筑信息化与装配式建筑的结合共同促进国家的建筑现代化发展，发展中出现的阻碍主要来源于设计与生产之间的信息隔阂。设计人员无法根据厂商的生产特点设计出适合生产的预制构件。厂商也无法系统的了解预制构件的设计趋势，来有目的性的提高生产水平。因此，应用基于BIM的设计厂商一体化平台理念可以有效的打破设计与生产之间的信息隔阂，为装配式建筑的未来发展打好基础。