基于BIM技术的装配式建筑设计研究

王有为 王春晖 李证吉

(中国建筑第七工程局有限公司，河南 郑州 450000)

将BIM技术应用于装配式建筑项目的所有阶段，可以从模型中获取全面准确的信息和数据，并共享设计、施工、运营和维护的所有阶段数据信息。同时，在控制建设项目动态时，可以登录BIM模型平台，了解施工情况，不断提高项目的施工质量，优化项目设计。

1 BIM技术优势与特点

BIM技术引入预制建筑是原始管理模式的改进和创新，并确保预制建筑管理科学和准确的发展。目前，人们对建筑行业具有更高的要求，许多传统的设计软件和规划无法满足现代建筑工程的需要，已成为设计人员全面、准确地完成工程设计任务的重要手段。针对于目前的施工管理，BIM技术应运而生，BIM技术可以让设计者及时改进和调整建筑模型，根据实际需求在特定条件下填充系统，使设计人员和管理人员能够更好地理解和控制各种信息，可以直观地反映与装配式建筑密切相关的各种信息特征。为此，在实施预制建筑项目的过程中，可以利用BIM技术调和建筑物内的各种数据关系，为相关人员提供更准确、及时的信息[1]。

2 常见问题

2.1 管理水平不高

从设计到施工管理到随后的操作，预制建筑物对管理层专业化有很高的要求，需要多级管理。例如，他们需要专注于零件的生产和专业管理部件的运输和安装。与此同时，预制组件建筑具有高技术要求的定位、吊装、拼接和其他过程，并且需要改善每个帧的制造精度。在传统建筑物中，由于施工管理不当，部件的开口尺寸和位置通常是不合理的，安装效率不高，安全保护措施未到位。

2.2 协调配合不当

预制建筑必须将所有步骤完全整合，形成一个完整的体系，最终实现建筑产业化的目标。在传统建筑中，如果不使用BIM技术，各方很难参与和协调。在许多预制建筑项目中，沟通差异导致质量问题和各个层面的冲突，导致了现代建设过程中追求的效率难以提高，因此，影响我国装配式建筑发展的主要原因之一是缺乏组织协调能力。

3 BIM技术应用流程

3.1 构建标准化

BIM技术允许碰撞检查，定义设计缺陷，有效解决预制PC组件之间的碰撞问题。生产人员可以使用BIM模型查看三维模型，清楚地看到生产组件的各种数据信息，施工单位利用BIM技术为制造商提供详细准确的材料、尺寸等相关参数，并利用QR码技术将其转换为加工参数，有助于准确完成各种预制构件的生产，促进后续安装的顺利进行。

3.2 预装配检验

BIM技术可用于仔细检查PC组件的预组装。在实际工作中，我们使用BIM模型和3D打印技术打印要生产的部件，然后预先组装零件以找出缺陷。BIM模型预先组装和使用可以及时调整尺寸、形状、接口和其他数据，然后重新装配，以实现PC部件的批量生产。预先组装的仿真生产和组装在初始阶段可以降低大规模生产中可能出现的问题，减少废料问题的产生，并能够科学良好地验证预制组件的设计质量。

3.3 材料选择与设计速度提升

不同的岩石和土壤性质以及不同建筑设计会影响建筑物的质量。因此，首先要对不同地区的岩土结构进行具体分析，分析这些岩土的年龄、形成原因、岩土的组成。为了更好地完成设计工作，需要做的就是充分分析场地的岩土条件。BIM技术的特点之一是允许在施工期间全面分析不同时代的岩石和土壤，以及这些岩石和土壤形成的原因。针对不同的岩土条件开发了独特的建筑设计。通过这种方式，BIM技术可以容纳大量的定制材料，可以大大提高装配式建筑设计的效率和质量。

过去设计预制建筑的另一个重要步骤是根据实际发现创建建筑图纸。在传统的装配式建筑设计中，创建图纸的过程是一种浪费时间和精力的过程，因为设计师必须先修改设计模型，然后再修改平面、剖面、细节和其他配套图纸。但是，应用BIM技术后，设计者可以通过修改模型，同时获得修改后的图纸。通过有效节省设计师的时间，大大提高了装配式建筑设计和施工过程的整体工作效率。

3.4 施工过程

组装的建筑物类似于构建块。BIM技术在预制部件组件中的应用主要针对圆柱形部件。使用BIM技术的可视化、仿真和协调特性，协调数据和信息处理的交互，传达信息平台，进行组装过程的交互式管理，有效地计划和整合各种内容信息，实现专业的管理和规划，并充分利用BIM技术在预制建筑物的施工阶段，4D程序用于模拟施工过程。与此同时，它还涉及调度，安全风险管理和质量控制[2]。BIM技术可用于模拟现场安装，避免建设事故，降低施工安全风险，使用BIM技术的背景仿真技术，员工可以通过全面的方式跟踪和管理预制组件的运输，安装和装配过程，合理地协调模拟中的施工方案，优化施工方案的有效性。

3.5 运维过程

预制建筑物只能在装配和检查之后使用，除此之外施工阶段的问题程度可能会改变。利用BIM技术可以检测预制建筑的操作，确保后续建筑使用中不出现问题。将BIM技术应用于预制建筑物，可以监控整个预制建筑使用的实时过程，执行项目中每个组件的实时监控和维护，无缝连接后续和早期信息的数据，能够防止预制建筑信息丢失。例如，如果以后想对预制建筑进行扩充，可以使用BIM技术来显示预制建筑构件的原始数据，并根据相关信息对原始建筑进行扩充，以确保数据更加准确和有效。房地产企业可以利用BIM技术在资产管理方面的优势，将相关设备与BIM平台对接，利用BIM平台的监控信息准确判断通信、照明、电梯、消防等设备的运行情况。

4 装配式建筑设计中的BIM技术应用

4.1 工程概况

某别墅建设项目总计有3层，建筑面积为415.65m2。为了确保项目的质量符合标准，该项目根据实际情况，选择装配式混凝土施工技术方式，以装配式建筑模式开展使用。在建筑设计环节，应用BIM技术实现模块化设计，切实提升工程的效率和质量，对于提高工程总体效益有积极作用。

4.2 建筑各层面的设计

4.2.1 户型设计

建筑工程结构的户型要保证和功能是完全匹配的，确保各个功能区都可以分配到各个建筑区域内。为了满足这一要求，要做好如下工作。(1)结合别墅业主对于功能性要求，根据需要进行不同楼层功能区的设置，明确不同功能的位置。(2)确定功能区分部和户型分部是否匹配，如果发生不匹配的情况，应该结合实际情况做出调整。(3)详细计算确定构件受力条件，确定没有设备发生碰撞的情况。根据国家标准作为指导，保证户型设计满足要求。(4)户型内要合理进行功能性划分，根据BIM技术实现各个功能有效配合应用，形成整体结构，各个功能区独立运行，也存在着一定的联系，保证建筑的整体性与和谐性。

4.2.2 标准层设计

装配式建筑在应用中，标准层的设计人员在设计户型图之前，需要设置必要的附件以形成特定的层次，这种设计方案应用BIM技术完成，实现模块化水平的提升，促进总体设计质量的提升，具体从下述几个方面出发。(1)采集相关标准层的数据信息，比如尺寸；将数据信息传输到BIM软件内，利用软件进行数据的处理，可以完成标准层的设计，为施工提供参考意见。(2)如果施工环节发生数据变化，应该及时更新BIM系统内各个数据，保证数据有效利用，让项目可以顺利的进行。

4.2.3 整体设计

装配式建筑整体设计的作用就是保证模块之间的协调性合理，达到业主对于功能性的要求。应用BIM技术之后，满足整体性设计的需要，主要措施如下。(1)设计人员集中开展设计工作，综合分析建筑各个功能区的设计方式。(2)做好各项设计参数的控制，将数据全部传输到系统内，保证装配式建筑各个设计内容都可以有效的应用。(3)在参数传输完毕之后，开始运行模型，明确是否存在设计缺陷，如果有问题，及时做出改进，保证系统模型可以有效的运行，各个功能达到要求，满足正常运行。

4.3 各施工环节的设计

4.3.1 构件设计

装配式建筑构件设计方式如下所示：(1)发布完善的建设模型，传输到Revit软件中，真实反映出建筑轮廓以及钢筋相应的信息。(2)检查模型是否存在问题，确定是否有设计漏洞存在，如果存在，立即采取措施纠正处理。(3)拆分构件，采用Dtnamo实现可视化编程；各个结构分拆分成为零部件的形式，检查是否达到完整性标准，如果有缺失，要立即做出改正，以满足运行要求。

4.3.2 钢筋设计

装配置建筑钢筋的设计方法如下。(1)严格落实国家相应标准和规范，明确钢筋设置流程，同时了解模型的相关信息，确保钢筋技术参数符合要求；(2)钢筋分布到结构部件内，保证达到结构尺寸的要求；(3)将模型进行加密，完成设计方案。

4.3.3 埋件设计

建筑工程项目内，在预制构件的埋设施工环节，根据需要进行必要的设计和控制，比如梁柱预埋施工环节，包含多个部件，比如内嵌梁柱，但是梁柱、模板的钢筋吊钩形式比较多，这是因为不同建筑物的结构形式相差很大，造成建筑结构无法达到要求，所以需要做出必要的调整，保证埋件设计符合要求，从而可以符合工程的使用需要。此外，预制构件埋设施工环节，在现场设置必要的预制柱的结构，首先需要进行安装处理，墙和柱的连接要布置规定强度要求的钢板，技术参数符合要求，且模型设计环节，应该及时做出结构的调整，保证技术参数满足要求，可以切实提升工程的施工效果，全面落实管理和控制措施，不会存在违规作业的情况。总之，对于装配式建筑来说，BIM技术的优势比较明显，应用范围比较大，要从结构设计以及钢筋设计方面出发，保证埋件结构达到科学性、合理性的要求。基于此，BIM技术是装配式建筑设计的主要方式，切实提升模型精确性的要求，符合建筑工程的施工需要，为后续的建设施工提供良好基础。所以建筑工程单位对于BIM技术的应用要提起足够的重视，严格落实到实践中，保障项目顺利实施，提高施工效率和质量，实现项目综合效益的提升。

5 具体行动

5.1 技术顾问团队

为了实现BIM作用于装配式建筑的过程，应该建立专门的技术团体以及专家顾问，这是由于在新时代互联网技术的发展背景下，新的技术也不断加入到BIM技术的使用中，因此需要专业的技术团队进行新技术研究与进一步开发，同时促进硬件设备与软件的不断升级优化，确保BIM能够切实帮助预制建筑设计优化。

5.2 结合实际情况

如今，建筑物的类型和功能日益多样化，装配式建筑已经能够充分满足各类建筑的需求。确保装配式建筑构件质量，快速替换原有构件的缺陷，提高设计水平，加强各种设计技术和软件的应用。

当前的预制建筑种类较多，在将BIM技术应用于装配式预制建筑的设计过程中，应该考虑到施工过程中对于各种构建的影响，从而合理设计建筑结构以及与构件，这样也能够保证构建质量，确保施工中不出现问题或者在问题初期就能够及时更换构件。

5.3 促进资产运维

BIM技术在设计中不仅可以改善设计效果，促进建筑设计水平的提高，帮助施工安全稳定并且提高建筑的质量水平，而且也能够进行建设成本规划，这一技术能够在建筑成本以及设施管理方面起到很大作用，对于整体资产运维的作用值得研究[3]。

5.4 技术发展

在装配式建筑的发展过程中，由于其具有较高的施工效率，同时便于组织管理，能够有效提高施工质量并节约资源，但是当前的装配式建筑管理以及产业还有待进一步发展。BIM技术的加入，能够实现装配式建筑设计过程的不断优化，同时强化项目建设过程中的运维管理，无论是从项目质量还是项目成本控制等方面都有着很好的应用效果。为了实现未来的装配式建筑进一步发展，应该积极推动BIM技术与装配式建筑设计的结合，同时不断优化BIM技术的应用方式，实现专门化与专业化的市场发展模式，大幅度提高BIM技术的有效覆盖，相信这些在未来的建筑技术以及设计研究过程中都可以得到突破。

6 结 语

综上所述，装配式建筑作为一种新的现代化建筑形式，应用逐渐广泛，在施工过程中应该更加追求多种技术方法的融合，促进建筑质量进一步提高。装配式建筑与BIM技术的融合，可以大大提高施工效率，提高装配式构件的精度，促进施工效率的优化。相关人员应进一步探索现代信息技术和建筑业的发展，积极变革、创新和推广机械设备，促进建筑行业进一步发展。