装配式建筑结构设计中BIM 技术的应用

◎郑孝婷

我国建筑行业处于快速发展阶段，装配式建筑这种新的建筑方式在建筑行业中的应用越来越广泛。将BIM 技术融合到装配式建筑中，可以对设计的合理性、结构的可靠性进行检验，并完成优化，在此基础上，具有精准用料、提高效率、生态环保等特点，能够全方位、多角度提升建筑工程质量，确保较好的施工效果，提高装配式建筑结构设计质量，进一步促进建筑业发展。本文主要对装配式建筑结构设计中BIM 技术应用进行介绍，旨在为相关工作人员提供一些参考。

一、BIM 技术与装配式建筑概述

1.BIM 技术概述。

对于BIM 技术而言，是一种建筑信息模型。这种技术是以数字仿真虚拟化系统为主，在设计建筑项目时，将工程数据进行有效利用，并利用了设备性能参数，在一系列加工合成影响下，建立了三维建模系统，确保设计建筑物可以进行三维建模，获得高度仿真实物建筑物的效果。另外，对于BIM 技术不仅可以在装配式建筑中进行利用，还可以在建筑施工，或者在建筑监测中有效利用，进而发挥出加工管理的作用，BIM 技术对于建筑项目的材料配备优化、成本造价控制、安全质量建设等都具有非常重要的作用，有助于施工单位效益的提升与建筑行业的发展。

2.装配式建筑阐述。

和以往浇筑型建筑对比不难发现，装配式建筑具有一定的优势特征，会以拼接装配预先定制的建筑物结构部件为基准，进行建造。和其对比，装配式建筑具有着一定的优势作用，例如拥有着较快的部件建造，进行多样化构型，还能应对极为复杂的气候，并应对地质地貌不利影响。但装配式建筑也并不是没有瑕疵的，也具有一定的不足。比如建筑物结构自身设计存在一定的难度，并且防震性能不是很好，减震性能和预期状态存在一定的差异。在当前形势下，装配式建筑利用为初级时期，装配技术还具有一定的上升空间，应和信息技术结合开来，这样才能制定出良好的技术应用标准，才能促进装配式建筑的全面发展。

二、BIM 技术在装配式建筑结构设计中的优势

1.提高设计效率。

相较于传统工程设计，设计人员需要开展许多诸如工程信息采集、数据分析和参数计算等具有高重复性、基础性的工作，以及各项设计参数、相关施工规范的对照分析等工作，利用BIM 技术的装配式建筑设计仅需要工作人员将相关的工程信息和设计标准导入软件，就可实现在短时间内设计出切实可行的方案，并找出方案中存在的具体问题，代替了人工绘图和数据采集等设计工作。

2.推动模型可视化与仿真化发展。

BIM 技术具有出色的可视化和仿真化特点。作为一项复杂的建筑结构设计项目，通常只有专业的工作人员才能理解相关专业术语和信息，但实际展示中还要向非专业团队展示建筑结构设计成果，因此设计人员可利用BIM 技术将设计转化为可视化的结构模型，确保建筑团队的工作人员更清楚的了解工程师的意图。同时以装配式建筑的工业化生产方式为基础，建筑结构体系与建筑内装体构成开放住宅建筑体系，体系具有系统性、适应性与多样性，部件、部品具有通用性和互换性，运用BIM 技术根据顾客需求快速调整设计方案。

3.提升建筑行业的专业化水平。

BIM 技术可以通过建立可视化、模拟性的建筑模型来对整体项目进行合理的规划部署，并运用NavisWork 软件将进度计划与BIM 模型关联，实现动态模拟不同施工阶段施工部署的合理性，进一步优化装配式建筑结构设计，在装配式建筑设计中应用BIM 技术能够充分实现信息化与工业化的有机结合，既大幅提升了装配式建筑的科学性和专业化水平，又提高了建筑行业的完善程度和智能化建设。

三、装配式建筑结构设计中的BIM 技术应用

1.重视流程再造，提倡优势互补。

根据装配式建筑结构设计的具体要点和BIM 技术的应用条件，首先对应用的范围与程度进行规定，从整体管理工作开始对整个工程进行全面分析，根据设计流程来优化BIM 技术的设计，完成功能预判，保证两者实现互补，同时要重视引入数字化设计理念，达到设计环节的智能化发展。另外还要重视科学及流程的一体化管理，从开始策划到整体建设完工，都要在施工过程中考虑到各个环节的技术特点，并做好协调，保障各环节施工时能够顺利开展有序进行。最后，为了有效发挥信息交互反馈的功能，保障设计内容与各方构件设计相符合，达到整体设计的准确无误。

2.重视问题导向，强化实践应用。

应用BIM 技术要重视该技术的应用，对现有的装配式建筑结构设计中出现的问题有解决的作用，补齐装配式建筑结构设计中的短板，提高BIM 技术应用的有效性。我国在装配式建筑技术方面的发展较晚，因此在实际施工中会出现一些发展中的问题，比如环节质量控制问题、一刀切问题、规律特点不明显等。当出现质量控制问题时，比如预埋位置、钢筋套筒等位置不准确，出现节点堵塞、节点遗漏等问题；夹心保温板不牢固等问题；一刀切问题比，如不符合装配式建筑技术的施工范围，容易导致施工费用增加；而自身特点与规律特点不明显比如在施工时完全照搬照抄作业图，并没有按照科学的规范体系来发挥边际收益达到成本节约和提高工作效率的目的。所以，在装配式建筑设计中运用BIM 技术首先要补齐短板，解决发展中的问题，然后优化设计，控制关键环节的质量，实现装配式建筑设计的高效、环保、绿色的发展理念。

3.重视核心能力，提升引带作用。

BIM 技术的价值很明显，但是不能在装配式建筑设计中过分依赖或者认为BIM 技术是工程设计，另外还要重视在建筑设计中BIM 技术的运用是否会带来其他的问题，根据装配式建筑设计自身的发展情况。对应BIM 技术的特点来找到有效的解决办法，BIM 技术发展的程度和广度都无法从根本上解决装配式建筑设计中的许多问题，建筑模型在选择关系布局或构建设计的人性化方案时，都应该从设计施工的实际工程中找出解决方案。另外，BIM 技术自身无法进行全流程管理理念的创新，必须通过人为的管理方式和实际工程需要来应用该技术，从而提升该技术的价值。

4.应用BIM 技术可进行数字化交付。

特别是异形建筑中的幕墙工程，利用BIM 技术设计建模，可对设计进行有理化、数字化分析。利用编程建立幕墙深化模型，包括各类构件模型信息，最终将完整幕墙信息输出为加工生产相关参数，生成加工、安装图纸，实现工厂加工，工厂或现场安装组装施工。由建筑方案设计单位创建的参数化设计的幕墙模型，逐步由各单位深化、应用，最终形成数字化资产交付至业主。建筑进入交付使用阶段后，利用BIM 技术创建的幕墙竣工模型，在维护、维修时，可以利用模型文件快速查找所需替换幕墙板块的类型、尺寸、安装技术等方面的参数信息，结合后期信息化平台进行运维跟踪、物业协同。通过数字化交付拉通设计、生产、施工、运维全链条。

5.三维建模与图纸设计。

将BIM 技术用于装配式建筑结构设计过程，有利于提升工程设计相关指标准确度和工作效率。在项目实施中，设计人员通过前期实地考察，精确采集地质勘测、建筑测绘等诸多信息，利用BIM 虚拟仿真系统，设计搭建装配式建筑物模型。基于BIM 三维设计平台，设计人员可以快速传送各种数据，智能分析数据信息，协同进行操作、控制，在较短时间内设计出建筑构件规格尺寸，快速模拟设计建筑体造型。BIM 还能结合技术策划要点，合理展现装配式建筑设计意图，在达到使用功能的基础上，利用模块化设计方法，将提升模块使用率与体系集成度设定为目标，不断提升工程设计水平。同时结合装配式建筑施工特征，设计人员在设计图纸时可以加强不同专业之间的协同性，循序渐进实现建筑结构设计的模块化、标准化。

6.设计调整。

BIM 技术在装配式建筑结构设计层面上，发挥出极为显著的应用效能，有效解决了不同专业间设计难题，实现了对不同专业设计要素与影响因素的综合分析、有效整合，确保所制定设计方案切实满足工程施工需求。在传统工程设计模式中，往往存在着较多设计冲突问题，不同专业的设计方向、理念也存在差异。从建设定位与评估角度来看，只有满足设计定量需求，方可保证预制构件规格尺寸等设计参数与工程施工需求相符合，这也在客观层面上加大了设计工作量与装配式结构设计难度。设计人员通常耗费大量时间精力，也无法保证设计意图在施工时能够准确完整体现。利用BIM 技术优化性、模拟性和协调性，可以有效避免设计冲突等问题的出现，将工程设计难度控制在较低程度，设计人员可在已知工程信息及设计内容基础上构建三维建筑信息模型，提高对工程图纸及整体设计情况的直观了解程度，便于数据统计与定量指标计算工作的开展，将工程设计与实际施工参数二者间的误差值控制在合理范围内，确保设计合理可行。

7.预构件拆分及制作。

（1）构件拆分。装配式建筑的设计中，需要对建筑装配式构件进行合理的拆分设计。由于该项工作需要的专业程度较高，传统工程设计下很多工作人员构件拆分设计效率相对较低，结构信息之间无法得到有效的连接和共享。通过BIM 技术，在装配式建筑结构设计中，各专业设计人员可以协同进行设计，利用三维可视化技术，大大提升了构件拆分设计的效率。通过钢筋碰撞检查、预埋件的位置设计以及建筑构件之间的碰撞协调实验等一系列BIM 技术应用，有效提升设计的准确度，为后续的装配建筑施工打下良好的基础；（2）构件制作。装配式建筑中预制构件的生产种类、数量相对较多，模具的使用周转率偏低，整体的生产效率远远不足，同时还会造成一定程度的资源浪费，由于传统设计局限性，整个设计工作也不能够真正满足施工需求，容易出现返工，影响工程质量和施工周期。通过应用BIM 技术可以实现各专业间协同设计，从整体上优化设计方案，采用标准模块化设计提高模具利用率，缩短各专业设计修改时间，有效提升设计质量，避免不必要的返工和资源浪费。

8.BIM 技术在装配式建筑户外设计中的利用。

对于户外设计来讲，主要划分为以下几种：一种是装配式结构构成，另一种是装配式建筑对环境的影响，最后一种是装配式结构应力。从装配式结构角度讲，应以设计需求为基准，在三维模型中，对装配结构流程进行模拟，并对结构间的力学结构情况进行观测，还应观测强度问题，并分析产生原因，最后在获得对应处理对策。这样应用BIM 技术模拟处理对策，可以对处理对策有效性进行判断，另外，对于装配式建筑，会影响周边环境，由于装配式建筑施工会存在一些问题，如不规则沉降问题。因此，在BIM 技术建模下进行分析，会对建筑结构进行连接，并了解地基力学关系，假如力学关系呈现出不规则变化，将会发生不规则沉降，基于这样的情况，应该对其进行处理。

四、结语

总之，在装配式建筑设计中应用BIM 技术，对整个装配式建筑行业具有提质增效的作用，能更好地推动行业高质量发展。两者的结合不应局限于单个的技术或流程环节，而是要从更高的层面来思考BIM 技术在整个装配式建筑设计过程中的作用和价值，只有这样，BIM 技术才能科学、合理、客观地应用，从而发挥更大的技术价值。