BIM技术在装配式建筑设计中的应用

王超伟

装配式建筑区别于传统的建筑施工，因其将大量的施工现场作业转移至工厂，一方面保证了建筑构件的质量，另一方面提升了施工速度。同时，装配式建筑生产方式采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工、信息化管理及智能化应用，在一定程度上减少施工现场的建筑垃圾、粉尘与噪声，所以应用此种施工方式对于我国建筑业的绿色发展具有十分重要的意义[1]。关于建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术，目前西方发达国家对该项技术的理论研究与实践应用较成熟，我国尚处于持续探索阶段，本文尝试将该项技术与装配式建筑生产模式相结合，针对装配式建筑设计中BIM 技术的应用展开理论分析。

1 基于BIM 技术的装配式建筑设计思路与应用流程

1.1 设计思路

国内传统的装配式建筑设计方式为，先对建筑进行整体设计，然后基于建筑整体设计对建筑构件与建筑细部进行拆分设计，整个设计过程大多由不同的设计单位完成，设计单位间的沟通是否有效会影响装配化施工的效率，与目前我国提倡的建筑工业化相背离[2]。

基于BIM 技术的装配式建筑设计，各设计单位在进行建筑设计的过程中能够利用BIM 协同平台，设计师能够实时获取其他设计单位上传的建筑构件、建筑细部设计成果，为设计环节中的各单位协调提供了便利。

在具体的操作中，相关工作人员在建立方案模型后，可以构建一个预制构件库，用于强化设计人员对预制构件的了解，并在一定程度上减少预制构件的种类。关于预制构件库的应用，设计人员在添加预制构件后，还应对某一预制构件进行深化设计。

1.2 应用流程

1.2.1 方案设计阶段

设计单位在该阶段应与业主方共同，对装配式建筑设计方案的可行性进行评价，确保设计方案符合装配式建筑施工项目需求，初步确立设计方案与各建筑结构设计。设计单位此环节可应用BIM技术创建一个建筑方案模型，用于在可行性评价过程中帮助业主方更好地了解方案设计的整体思路。所创建的模型能够为后续的设计工作提供指导[3]。

1.2.2 预制构件库形成与完善阶段

形成预制构件库是下一步构建BIM模型的基础，也是建筑构件生产工厂的参照基础，所以在整个流程中预制构件库的形成较为关键。设计师在该阶段应结合装配式建筑的使用功能，创建符合工程项目要求的预制构件库，然后由生产单位结合自身的生产能力与设计师沟通，剔除无法完成的预制构件，最后由设计师对构件库中的各个构件进行完善，直至预制构件库中的所有构件均能满足生产要求与建筑功能需求。

1.2.3 BIM 模型构建与优化阶段

设计单位在该阶段应结合最初拟定的设计方案，调取预制构件库中的构件，并将其组合形成装配式建筑模型，待BIM模型构建完成后，利用BIM 平台的功能，如碰撞检查等方式，结合检查结果对BIM模型进行优化。此外，设计单位应充分发挥BIM 平台的优势，例如可以采取冲突检查、三维管线综合以及净高检查等方式，检测整个模型设计是否存在问题。

1.2.4 构件深化设计阶段

设计单位、施工方以及构件生产方在该阶段均需就装配式建筑构件设计方案展开交互，施工方应开展初步的施工现场勘察，将安装孔的固定、吊钩的预埋留等问题作为现场勘察的重点，并在勘察的过程中记录下来，反映给设计单位，由设计单位对装配式建筑构件进行深化设计[4]。构件生产方需再次考察自身的生产能力，对无法生产的构件进行标识、记录，反映给设计单位，由设计单位对装配式建筑构件进行深化设计。构件深化设计阶段在整个BIM 技术应用流程中属于最终的确定阶段，所以该阶段的反复协调、深化设计也是保证后续装配式建筑施工顺利进行的关键。

2 基于BIM 技术的装配式建筑设计应用

将上文中的设计思路与应用流程作为分析基础对应用关键点展开进一步分析，具体内容如下。

2.1 创建预制构件库

2.1.1 分类选择

装配式建筑构件在不同的建筑结构体系中并不能够实现通用，所以设计单位在构建预制构件库的过程中应秉持精细化的设计理念，结合建筑结构体系对不同的预制构件进行细分，选择符合本建筑结构需求的预制构件。以装配式混凝土为例，设计单位一般将其细分为装配整体式框架混凝土结构、剪力墙结构以及整体式框架。选择构件时应侧重于确定模数，即所选择的预制构件应符合装配式设计的要求[5]。

2.1.2 信息创建

待构件入库后，设计单位需要对每一个入库的预制构件进行信息创建。信息创建大致分为两个工作环节：第一，为各个构件编码，提升构件库的标准化。第二，完整描述各个构件，主要涵盖构件的几何信息与非几何信息。前者主要指预制构件的尺寸与其在整个建筑结构中的定位等，后者主要指预制构件的材质说明、载荷说明以及安装说明等。

2.1.3 审核入库

由专门的审核人员核对各个预制构件的信息，待无误后将其上传至预制构件库中。构件审核的重点包括以下2 点：第一，检查构件的编码是否与构建的分类相对应。第二，检查构件的信息描述是否与构件相符。

2.1.4 管理实现

构件库管理功能的实现是发挥基于BIM 技术构件库对装配式建筑设计作用的关键步骤，所以应在构件审核入库后设置权限，赋予业主方、施工方、构件生产方使用者的权限，赋予设计单位管理者的身份，使用者有权力查看，管理者有权力删除、修改、上传及调用。

2.2 协同设计

协同设计作为一种相对集成的设计方法，各设计单位可借助计算机技术通过一定的协调机制共同完成装配式建筑设计任务。BIM 技术的协同设计支持不同设计单位在同一BIM 平台开展设计活动，但各设计单位需遵循统一的设计标准。在整个设计环节中，各个设计单位所接收的装配式建筑信息相同，而且共享设计成果，所以基于BIM 技术的协同设计能够保证设计信息传递的及时性。

2.3 优化设计方案

预制构件的统筹优化是一项重点工作，设计单位在具体操作中除遵循上文提出的关键点外，还应关注以下几方面。

2.3.1 关注构件的类型、尺寸及重量

第一，构件类型。参与装配式建筑工程项目的各方应仔细查阅设计方提供的设计方案，并关注构件的类型，分析自身条件是否能够满足要求。其中，生产方主要考量某一构件的生产进度、构件模具的周转情况以及某一构件的原材料供应情况；运输方主要考量预制构件的运输成本、运输车辆的运载能力等；装配施工方则需要分析生产方、运输方所需要的时间，以能够满足施工进度要求。

第二，构件尺寸。生产方可基于BIM构件库或BIM模型明确各个构件的尺寸，然后结合本厂模台的尺寸、场地的尺寸与可周转性对构件生产的可行性进行评价。运输方则可结合施工现场的道路限宽限高要求对构件方案的可行性进行评价。装配施工方则可结合场地布置、施工技术等对构件方案的可行性进行评价。

第三，构件重量。运输方需要结合施工当地的道路限载问题评价构件是否运输受限。装配施工方需要结合施工起吊设备的承载能力评价构件是否能够满足装配施工要求。

2.3.2 保证节点连接与预埋留的合理性

为进一步明确BIM 装配式建筑设计模型是否具有可行性，参与装配式建筑工程施工的各方均需要在构件深化设计阶段进行检查。其中构件的节点连接主要指各方考量构件连接的方式，使构件成为一个完整的装配式结构，而各个构件的连接节点处还需要做好预留预埋施工处理。在具体的施工环节，构件吊装也需要预埋吊点的支持，所以各方在该阶段应统筹装配式建筑施工过程中的工作内容，并将具体的问题反馈给设计方，以保证节点连接与预埋留的合理性。

2.3.3 进行空间碰撞实验

设计方与施工方可协同或单独分别将优化后的BIM 装配式建筑模型导入Navisworks 中进行空间碰撞实验，各方在检查过程中应结合界面显示信息记录碰撞次数与碰撞位置，提前了解构件装配施工过程中可能存在的碰撞问题。

3 基于BIM 技术的装配式建筑模块化设计

如果说装配式建筑是传统建筑的一种模块化形式，那么模块化设计则是传统建筑设计的一种模块化形式。装配式建筑生产形式将大量的现场作业转移至工厂，采取构件装配的方法提高施工质量，而模块化设计则是将整体的建筑设计方案进行拆分，采取拆分的形式进一步理清各建筑要素间的关系。因此，模块化设计思路与装配式建筑的生产理念具有相通性。本文将基于BIM 技术就该设计思路的实践应用展开进一步的分析。

3.1 多方共同设计

设计单位可以利用Revit 软件结合装配式建筑出图标准新建后缀名为rte 的样板文件，样板文件中所涵盖的标准规范能够帮助相关工作人员明确装配式建筑单元模块的前置条件和相关设计要求。最后，设计方利用Revit 软件对装配式建筑设计工作进行模块化细分，将具体的设计权责分配给具体的设计人员，实现多方共同设计，促进装配式建筑设计工作的高效开展。

3.2 BIM 数据库的建立

信息是BIM技术应用过程中的核心，所以在装配式建筑模块化设计工作中信息的传递与共享非常重要。基于不同的信息特征，BIM 技术的应用可分为不同的信息细度，具体如下。

第一，概念化细度等级（LOD100）。该阶段的信息等级主要用于向各方呈现装配式建筑最基本的体量关系，如建筑的功能、空间、朝向等信息。第二，近似构件细度等级（LOD200）。该阶段的信息等级近似于上文提到的方案初步设计，即对建筑大体的元素进行控制，了解建筑的具体形态。第三，精确构件细度等级（LOD300）。该阶段的信息近似于传统建筑施工中的施工图纸，但基于BIM 数据库建立的精确构件所提供的施工图设计更精确，可精确到各个装配构件、节点连接。第四，加工细度等级（LOD400）。该阶段的信息等级近似于施工建造信息。第五，竣工细度等级（LOD500）。该阶段的BIM 模型信息主要应用于后期的装配式建筑工程运营维护。

在具体的操作中，各方协同建立BIM模型信息深度等级，能够为装配式建筑模块化设计提供必要的信息支撑。同时，BIM 数据库是一个可以持续完善、持续添加的信息模型。在模块化设计阶段，设计各方能够向信息模型中添加不同细度等级的设计信息。为详尽说明，本文以屋顶为例展开分析。

首先，设计人员应充分了解屋顶模块的结构及其与其他模块间的形态关系，基于LOD100 等级对屋顶的角件、边梁以及屋顶板进行初步设计。其次，当设计等级由LOD100 过渡至LOD200 等级时，设计人员需再次确定屋顶模块的结构方式，如采取钢结构檩条为基础的结构支撑则需进一步确定屋顶模块各类构件的尺寸。最后，当设计等级由LOD200过渡至LOD300 时，设计人员在此环节需要充分考量装配式建筑各方的配合。

3.3 模块单元材料设计

BIM 技术的应用除了能够为各方呈现出各模块单元材料的特点外，还能够更全面地表达材料的建筑信息，相较于传统的信息化设计表达方式，基于BIM 技术的材料表达能够更真实地反映模块单元的构造层次。

此外，设计人员还可以在BIM 数据库中赋予单一的材料信息，如标识信息、图形信息、外观信息以及物理信息，其中物理信息主要涵盖了密度、渗透率和比热等。材料信息的全面赋予不仅提升了某一模块单元的设计全面性，还能够为装配式建筑各方充分了解设计方案提供信息支撑。

3.4 基于BIM 技术的灵活性设计

基于BIM 技术在装配式建筑模块化设计中的应用，能够有效提升单元模块设计的灵活性。以基础建模软件Revit 为例，设计人员在具体应用中可以将模块单元与其相关的框架结构进行组合，待建立模型后软件能够自动生成该模型的立面图、剖面图以及剖透视图。

4 结语

本文基于BIM 技术的装配式建筑设计对其设计思路、设计流程、应用点进行分析，并论述了装配式建筑模块化设计观念下BIM 技术的应用方法。无论是基于构件库，还是基于数据库建立的BIM技术应用，在具体的设计环节中均需要各方主动参与，从而才能在发挥BIM 技术应用优势的基础上充分提高装配式建筑设计的效率。