BIM技术在装配式建筑设计与建设中的应用研究

周 承

（南通装配式建筑与智能结构研究院，江苏 南通 226000）

装配式建设因具备绿色、节约、低碳、环保、快捷等优点，已成为中国当前建筑业转型发展的趋势与主要方向。在国家政策的支持下，通过装配式施工和BIM技术的融合与发展，体现了中国智慧制造业的创新模式，把数字化技术运用到传统产业，必将给中国传统建筑业注入新的动力。

1 BIM技术的特点

BIM技术具有数字化、全周期、动态化、可视化、建模、协调等方面的优势，近些年来，BIM技术在我国的建筑行业中得到了广泛的应用，尤其是在结构、建筑、水电、暖通设计等多个方面，正在不断完善。BIM技术是利用计算机通过对有关数据信息进行分类、综合与应用，并通过数字化形式和具体信息表示项目内容的主要技术手段。它在有效整合项目各方面工作、进一步系统化项目的管理内容、完善决策过程以及明确各职能部门职责等方面，起到了不可分割的关键功能。至于BIM技术的主要特点，这也是一个值得研究的课题，BIM技术最重要的特点包括可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性。而对于显示可视化的模式，基本上可描述为，利用计算机二维图样等的综合参数信息，关联企业内部信息，展示出具体的技术结构可视化模式，使得企业运用BIM技术对关键的技术进行还原，装配式工程项目的管理者及时掌握工程项目的实际状况，并对各类情况做出及时反应。在整个项目计划中和施工之前，双方都有投资方投标、融资等关键过程，而因为利益相关者很多，所以各方也各有各的观点和看法，难免会产生分歧或在设计和施工过程中出现其他问题，这是不可避免的，但是，如果能早于工程设计和施工之前就使用BIM技术，就可以将相关工程施工的内容和参数提前可视化，大大促进各方的协调，对产业结构和施工的正常进行产生良好的影响。BIM技术的优点以及其独特的属性，或多或少地对建筑工程的各个方面产生了重要的影响（如图1）。

图1 技术模型图

2 BIM技术在装配式建筑设计中的现状

与传统模式相比，装配式建筑的装配式构件生产流程更多，需要更精准、更高效率、更好协同、更深层次、更少误差的设计。随着BIM技术的融合和进步，装配式建筑的详细设计进一步提高了工作效率，但是即便如此，项目实施时难免还存在问题。在详细的BIM设计中，需要传递、协调和接收的信息很多，沟通程度高。这些信息主要来自业主、设计院、制造商和建筑部门。BIM技术将这些信息导入 3D 模型并执行冲突检测、进展建模和协作优化，数据和信息的输入需要单一的流程和原则，否则随着设计的深入，每个参与方都会不断地输入各自领域的数据，造成信息混乱，无法顺利工作。目前国外软件Autodesk的Revit是国内主流的BIM软件，经过在中国的大量工程实践和软件公司的努力，Revit也在不断调整，以更适合中国本地化，目前Revit在建模方面相对成熟，但在制图方面与国内标准仍有一定差距，缺乏相关的族库和模板文件，软件底层数据无法适配中国标准。在详细规划之初，对装配式建筑的预制构件数量进行分类，减少重复工作。在所有项目利益相关者的充分参与下，预制构件可以在相同设计的基础上得到更多形状相似但尺寸不同的产品。当这些组件使用BIM技术手动建模和绘制时，会导致大量的重复和机械工作。BIM技术创建模型平台后，需要基于模型传递和整合信息和数据，以促进不同学科在深度设计中的协作。但是，目前主流的BIM设计软件仍然存在一定的信息传递问题，单个模型的信息传递和集成效率高，不同模型的信息不能高效传递。特别是在装配式建筑中，需要在总装模型中将多个预制构件模型进行连接组装，而BIM技术不擅长提取这种组装关系信息。

3 将BIM技术应用于装配式建筑设计的优点

3.1 降低模拟性

随着装配式建筑结构的应用，改变了传统绘制图纸的方式，利用新技术工具发展信息化技术，减少因绘制方式造成的物理误差，型式与尺寸的变更也会变得更容易。关于项目施工过程中的施工质量，可以详细分析施工动态，使施工过程更加具体和易懂。同时，也方便了分步构建过程，避免了实施错误的风险，它将比传统建筑过去依赖的绘画技术更加科学和细致。在施工过程中，设计师与施工团队的沟通变得更加便捷，利用BIM技术可以模拟施工前的施工过程，实时发现施工过程中存在的问题。根据新出现的问题，调整和准备适当的修复措施，从施工现场的施工质量提高项目的可制造性、耐久性和安全性。仿真的存在将为施工团队明确施工过程中容易出现问题的区域，同时提高施工团队成员的勤奋工作态度，这显然赋予了BIM技术很大的优势

3.2 全方位记录信息

可以全方位获取项目信息，BIM技术是在计算机的基础上进行的，因此在施工过程中可以有详细而完整的信息收集。无论是设备信息还是质量管理，都可以保证全面信息的可用性。关于施工质量管理，相关信息是非常零散的，例如，一个建筑工地可能有成百上千的建筑材料，而施工队成员的最新信息也是一个庞大的信息库，BIM技术的加入在管理信息数据和防止信息丢失方面提供了综合优势。BIM技术可以根据施工情况提前准备数据，节省大量准备时间，科学信息比人工信息更准确。前期准确的数据采集，对于后期的施工过程，会起到非常重要的作用，才能最大化整个施工过程的整体价值，这一点不需要质疑，也是非常重要的一点。

3.3 具备海量材料

不同年代的岩土工程设计和不同年代的建筑风格都会影响建筑物的质量。因此，首先有必要对不同地区的岩土进行具体分析，分析这些岩土的形成年龄、成因和成分，以便更好地进行装配式房屋的设计。Bim技术的特点之一是可以存储大量的个性化材料。因此，在施工过程中，可以充分分析不同时期的工程地质条件及其形成的原因，针对各种工程和地质条件开发独特的建筑解决方案，可以大大提高装配式建筑的工作效率和设计质量，这一点非常重要。

3.4 加快设计图纸的速度

BIM技术可以有效加快图纸的建设。众所周知，BIM技术的发展给建筑业带来了前所未有的变化。过去，装配式建筑规划的另一个重要步骤，是根据实际研究结果绘制建筑图则。在传统的装配式房屋设计中，设计人员首先要改变设计模型，然后改变平面图、剖面图、详图等支撑图。在画画的过程中浪费了大量的时间和精力。然而，在应用BIM技术后，设计视图、平面图、剖面图和详图变得相互关联和复杂。设计人员只需对模型进行修改，就可以同时获得修改后的图纸，这在很大程度上节省了设计人员的时间，提高了预制房屋设计工作和设计过程的整体效率。如果负责人能够有效地关注到这项技术，那么装配式建筑的设计工作肯定可以更快更好地进行。

4 BIM技术在装配式建筑设计中的实际应用

4.1 BIM技术在可行性研究阶段的应用

装配式建筑设计的第一阶段是工程项目的可行性阶段，是确保工程质量的基础。对装配式建筑的自然环境需要进行大量的分析和科学研究。BIM技术允许装配式建筑模型使用数据可视化创建设计方案。通过该物理模型，投资者可以及时发现建设项目投资消耗可能存在的问题，及时进行纠正，从而大大控制成本，提高建设质量，避免因管理决策的变更而增加成本，尽快对规划结构进行管理，使设计决策集中在整个项目上。

4.2 BIM技术在装配式建筑模型上的应用

BIM设计方案的选择不但能够解决建筑斜面分层的复杂定位，而且还能够使用BIM技术研发出高度一致的3D设计方案，从而便于装配式施工建筑的规范施工以及机构间灵活运转的维护。在装配式施工住宅规划行业，装配式施工建筑模块制作材料是指一个能够提高装配式施工房屋规模以及施工团队设计理念的建筑材料。在实际建设过程中，预制装配式建筑物模型的制作有着很大的实用性，其中不仅涉及装配式建筑物房屋规划设计的各种课程和基本概念。而且预制装配式建筑物理模型的构建，首先需要确立相应的预制装配式建筑物理规范，确定设计原则，并补充基本概念，进而逐步明确预制装配式建筑的实际状况与特征，并对预制装配式建筑的内在和对外特征加以多维度剖析，从而证明了预制装配式建筑的合理性。

4.3 BIM技术在建设施工阶段的应用

装配式建筑的建设是规划项目的实施。传统平面设计采用二维工程图纸，导致项目施工可行性研究不完善，施工时间不确定，施工效率低，严重降低了装配式建筑的质量，这个问题可以通过BIM技术智能的避免。BIM 技术还可以解决现场设计和施工方法之间的设计缺陷或不一致问题，它将跨学科的信息内容链接起来，以防止设计冲突、减少施工时间并协调不同工程和施工方法之间的差异。借助BIM技术，可以计算出项目施工方案中的关键点，立即改进方案设计，相应降低项目投资成本，提高施工质量。

4.4 BIM技术在运行维护阶段的应用

BIM技术能够保存各个建设项目中施工环节的重要内容，社区业主也能够按照要求查询各个环节的具体内容。而一旦建设需求发生了变化，BIM实体模型的主要参数也同步改变，从而提高了整个实体模型。BIM技术还能够对工程结构进行信息分类，从而掌握工程中预制或装配式建筑物的结构特征、容量、应用状况等基础信息，并针对现场状况展示更适宜的施工方法。综上所述，将BIM技术用来管理装配式建筑物的后期运维，将有助于提升工程项目品质。

5 装配式建筑设计与建设中的BIM技术应用要点

BIM技术不仅仅是信息技术的物理模型，因为物理模型首先是在信息的帮助下建立的。因此，它能够智能、快速地响应建筑内容的变化，这也是许多设计人员在预制构件的规划设计过程中采用的一种新方法。在为非常复杂的预制装配式工程创建设计方案的情形下，可以通过3D参数化设计模型软件对方案进行修改，并可智能地控制装配式施工建筑物的外形。参数化设计模型的关键功能是在修改参数后，对预制装配式施工建筑物的形状做出必要的参数修改，在完成了设计方案和实际性能指标的对比分析任务，以及现成建筑的布局后，设计人员可以选择更有效的方案对其进行改造，因此，利用BIM可以改变装配式房屋工程建设的主要参数，进一步提高装配式房屋的规划和管理质量。

6 结束语

综上所述，市场经济下，企业之间的竞争日趋激烈。对于工程建设单位，想保证自己的市场竞争力，拓展自己的市场份额，装配式的设计及施工理念不仅可以减少施工时间，还可以最大限度地降低施工成本。为了更好地实现这一目标，非常有必要使用BIM技术支持的预制方案。BIM技术可以利用数据对具体的施工效果进行建模，而预制方式可以进一步缩短施工时间。将BIM技术应用于装配式施工方式，可以进一步提高施工效率，降低施工成本，减少施工失误，让企业积累自身的施工经验和施工优势，从而提高市场竞争力。