基于BIM的装配式建筑结构设计分析

孙颢瑜 于江

【摘要]我国建筑行业在不断发展的过程中，结合国外的建筑技术，提出了装配式建筑结构概念，目前该结构已经成为我国建筑行业发展的主要方向。装配式建筑结构的应用，能够提高生产效率，保证工程质量，更有利于环境保护，在施工过程中能节约水、电等资源，符合我国的可持续发展策略。将BIM技术应用到装配式建筑结构设计中，有利于提高建筑的设计质量，节省建筑成本，实现生产一体化。

【关键词】BIM技术;装配式建筑;结构设计

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.31.009

引言：

BIM技术指的是建筑信息模型，在建筑工程和土木工程中的应用比较多。将BIM技术应用到装配式建筑结构设计中，主要是以三维立体图形为主，设计人员根据实际数据进行建模，使方案更加直观立体，对于模型尺寸的标注也更加清晰。施工人员在制作建筑结构时，更加清晰明了。本文主要介绍的是BIM技术的特点，以及基于BIM的装配式建筑结构的设计优势和具体应用，希望对相关的工作人员有所帮助。

1、BIM技术的特点

1.1可视性

可视性是指设计人员在采用BIM技术设计建筑物时，能够将构件以立体图形的方式展示出来，使建筑物的结构更加明显。传统的设计方案是以线条的方式进行绘制，施工人员在观察图纸时，要自行想象建筑物的立体效果，在实际施工中容易出现失误，影响建筑工程的整体质量。BIM技术的可视性，不仅能让工作人员更直观的看到建筑物的结构，还能展示出各种构件的设计位置和颜色，能够生成动态效果展示图，工作人员可以在动态的情况下了解方案的设计和建造。

1.2协调性

建筑工程中所涉及到的内容比较多，例如梁的结构、暖通设置、水电管道和线路的敷设等，设计单位和施工单位需要进行多次的沟通、协调和配合才能完成建筑物的建造。由于每个部门所学用到的专业知识都不同，在解决问题时可能出现分歧。传统的设计方案都是在图纸上单独绘制，无法展现出施工完成后的整体效果，没有说服力。BIM技术的使用，能够有效的解决冲突，生成相关的协调数据，将其提供与工作人员使用，还能生成动态图形，协调好各个空间区域的设置。

1.3模拟性

模拟性是指BIM技术能够模拟出各种不能真实操作的事物，例如节能实验、日照时间的模拟以及紧急疏散的模拟等。这些实验的模拟能够提高建筑物的使用性能，增加建筑物的安全性。建筑工程在招标或施工时，也可以利用BIM的模拟技术，进行项目展示，设计人员根据模拟施工的情况来确定具体的实施方案。承建单位可以利用模拟技术进行5D模拟，实现成本控制和造价预算。在后期建筑物的销售过程中，也可以向用户展示出地震逃生模拟或火灾疏散模拟等情况，增加用户的安全感，为企业创造更多的经济价值。

1.4优化性

建筑物的设计、施工和后期的运营是一个不断优化的过程，在这个过程中工作人员需要掌握准确的信息和建筑物施工技术的复杂程度，如果信息不准确，就没有科学合理的优化结果。BIM技术能够提供建筑物当前准确的数据信息和优化后的数据信息，当数据信息过于复杂时，对于施工人员技术水平的要求是极高的。施工人员的技术水平如果无法达到相关要求，就会出现操作失误，因此必须要借助相关的技术手段，不断的优化建筑工程。

1.5可出图性

建筑工程的设计方案对于设计人员和施工人员而言都是非常重要的建造数据，传统的设计方式是将构件绘制在图纸上，并标注尺寸，施工人员根据图纸的显示，进行施工。在施工过程中容易出现数据标注不明等问题，造成构件在加工过程中存在失误，影响建筑质量[1]。BIM技术的应用能够展示出更加专业和深化的图纸，数据标注更加清晰，保证建筑工程的顺利开展。

2、基于BIM的装配式建筑结构的设计优势

2.1提高建筑工程的工作效率

装配式建筑结构的特点是将建筑构件进行批量生产，然后运送到施工现场进行组装，最后进行建筑设备的调试即可进行运营。在构件的设计上，传统的设计方式是平面设计，没有立体效果，而且每个构件的设计都是独立的，无法显示出组装完成后的整体效果。BIM技术的应用能够将构件组装后的图形展现出来，设计人员可以根据不合理的位置单独进行调节和优化，并完成方案的设计和审核。技术人员通过对方案中的材料和技术的使用进行造价预算，使其更加清楚明了，有利于提高工作人员的工作效率。BIM系统主要是通过结合三维立体图像和二维图形，将构件的形状生成图像，然后在车间进行批量生产，提高生产效率。

2.2节省建筑成本

装配式建筑是将建筑物进行拆解，将其分为多个构件，设计人员针对不同的构件进行设计，然后在厂家进行批量生产，再通过使用交通工具将其运输到指定位置进行组装[2]。在该过程中设计人员无法估计构件之间的线路和管道的埋设是否存在冲突，因此在实际施工中可能会遇到很多难题。BIM技术的应用，能够自动生成立体画面，技术人员根据图像信息可以直接观察出管道埋设是否存在问题，避免了资源的浪费，降低了施工人员的工作量，减少了重复的设计和施工任务，为企业增加了更多的经济效益。

2.3促进构件的标准化设计

构件的标准化质量决定了装配式建筑工程的质量，因此构件的设计和生产制造是非常重要的。设计人员通过BIM系统中的构件数據库能够获得更多的信息，在完成构件的设计后，还可以将设计方案传输到BIM系统平台中，实现数据信息的共享。在设计过程中，技术人员可以通过数据库中的信息对比，选择更加合适的形状标准和尺寸参数;设计人员也可以根据建筑物的实际需求，不断的调整相关参数，使其符合建筑要求。将设计好的方案传送到生产厂家，厂家根据方案进行构件制作，有利于提高构件的标准化，保证建筑工程的质量。

3、BIM技术在装配式建筑结构设计中的具体应用

3.1完善预制构件的数据库信息

在设计装配式建筑结构的过程中，设计人员要将BIM技术和预制构件的设计与生产联系在一起，保证构件的设计标准和使用性能符合生产特点和相关要求。在装配式建筑中，很多的预制构件的设计是可以相通的[3]。为了减轻设计人员的工作量，并保证预制构件的通用性特点符合各种建筑物，设计人员在BIM技术的主导下，建立了预制构件标准化的数据库。设计人员在设计预制构件时，可以先在数据库中根据相关要求进行构件查找，再根据建筑要求进行参数调整。数据库的建立提高了设计人员的工作效率，保证预制构件的通用性符合各种建筑物，提升构件设计的准确性。预制构件数据库的建立和完善需要设计人员的共同努力，首先设计人员可以将同意类型的构件进行分类归纳，在查找的时候更加方便;其次将输入系统中的构件方案进行统一规则的编码，便于区分，而且在输入系统时，务必要检查好相关标准，保证数据信息的准确性和可靠性。只有保证书库中的构件信息的准确性，才能使其发挥出最大的效用。设计人员在管理数据库时要定期进行更新和维护，保证预制构件相关信息的准确性和完善性。

3.2构建和优化BIM模型

设计人员在装配式建筑预制构件的设计中，首选是在数据库中挑选合适的构件模型，如果数据库中的构件模型都不符合实际要求，则需要设计人员利用BIM模型进行构件的自主设计，提高建筑结构的稳定性。在BIM模型构建完成后，设计人员需要对其结构的安全性和稳定性进行分析以及优化，确保BIM模型符合建筑要求[4]，最终将BIM模型实现，完成装配式建筑结构的整体设计。设计人员可以使用分析复合法来确保建筑结构符合相关要求，还可以利用碰撞方法来淘汰不符合设计要求的构件，然后重新进行构件的选择和检查，几个反复过程后，能够保证新构建的设计符合工程要求，避免出现构件加工完成后不符合要求，需要重新设计和制造的问题，减少不必要的支出。新制构件在完成装配后，设计人员将其输入到数据库中，方便后续的使用。

3.3BIM模型的应用

当BIM模型中的构件符合要求时，工作人员要将其使用到实际施工中，该过程设计人员可以利用BIM模型进行施工过程的模拟，根据模拟情景来确定构件的生产和运输，保证构件的装配符合实际要求。确定施工模拟过程没有问题后，构件生产厂家将按照构件数据信息进行批量生产，确保建筑工程的施工进度。BIM模型的使用，不仅能提高施工效率，还能提高安全管理和质量管理，实现对装配式建筑工程全过程的管理。

3.4精准构件参数

预制构件在进行参数化处理时，设计人员要将其分为两部分处理。第一是进行信息的收集，设计人员可以在相对成熟的数据库中进行构件信息的查找。需要注意的是，在选择模块时，需要根据实际需求进行选择，例如设计人员在应用Retlt软件进行构件信息查找时，要根据主要用途进行选择，保证应用过程更加合理。设计人员在查找构件参数时，不一定非要按照软件的标准，还可以进行相关的调整，保证构件模板的使用更加符合要求。

3.5建立户型库

装配式建筑结构的设计中，设计人员建立了构件数据库，便于查找和使用，建筑企业还可以建立标注的户型库[5]。标准的户型库信息是以构件数据库为前提，进行各个构件的整合，使其成为标准的建筑户型。设计人员可以通过对户型库中的标准建筑户型进行整理和分析，减少构件和户型的设计，降低设计成本，通过模块化的组合和相关要求，确立建筑户型，有利于提高构件的标准化设计，减少建筑成本。

结语：

装配式建筑的设计比传统建筑物的设计要求要高很多，不仅要考虑构件集成的问题，还要考虑生产厂家的技术水平，而且构件数量比较多，需要设计的图纸量很大，还要考虑各种预埋构件的处理问题。为了解决装配式建筑中的设计问题，提高构件质量，技术人员将BIM技术和装配建筑的设计相结合，统一进行信息化管理，提高工作效率，保证构件质量，有利于建筑行业的可持续发展，为建筑环保的发展做出巨大的贡献。

参考文献：

[1]赵智慧.装配式建筑结构设计要点与应用分析[J].建筑经济，2021，42（04）：159-160.

[2]刘洋.装配式建筑结构设计中BIM技术的应用研究[J].工程建设与设计，2020（19）：17-19.

[3]李奇.基于BIM技術的装配式结构设计方法[J].智能建筑与智慧城市，2020（5）：105-106.

[4]徐承明，徐成贤.浅谈BIM技术在装配结构中的应用研究[J].建筑设计管理，2019，36（3）：54-57.

[5]闫朋，高程.基于BIM技术的预制装配式混凝土结构设计方法探析[J].城市建设理论研究（电子版），2017（15）：128-129.

（本文作者单位：1.山东省鲁商冰轮建筑设计有限公司，山东济南，250101;2.中国建筑第五工程局有限公司山东公司，山东济南，250101）