BIM技术在装配式建筑设计中的研究与实践

杨昕

（山西五建集团有限公司，山西 太原 030000）

1 BIM技术概述

如今在各大建筑设计公司，建筑设计人员们对于BIM科技的探讨随处可见，而BIM科技在目前的建筑建设领域，也可以说是越来越火热[1]。BIM科技简单来讲是将建筑的全部的外部实体结构和内部特点性能经过软件分析后，用数字化的方法将其表现起来的科技，透过在计算机软件系统上构建数字化的模块，将全部建筑的细部数据信息都显示出来，以达到对建筑的资源共享。

BIM科技在实践应用进程中具备了如下特点，首先BIM科技的可视化，BIN方法与其他建筑设计方法有所不同，所形成的建筑设计模式并非完全实心的，而是透明可视化的，在这个模式下，技术人员能够观察整个建筑物结构，对建筑物的具体数据有了一个全方位的掌握，十分直观简单[2]。其次，由于BIM科技是十分富有协调性的，这种科技能够帮助工程设计管理人员以及建筑施工管理者，对整个施工阶段与设计流程都有一个非常好的初步设计流程，并且，也因为BIM科技能够将整个施工的全部数据模型都建模了出来，从而使得工程技术人员有全面认识的设计流程，也使得工程技术管理人员能够在应用BIM科技时对施工阶段中发生的所有问题，都可以非常清楚地了解缘由，并且迅速针对其问题协商出处理的措施，并进行施工调度。

BIM技术除了在实际施工中使用外还拥有自身优越性[3]。作为运用信息化技术手段对装配式工程实行模拟、优化、科学管理的重要技术手段，BIM技术还可以更迅速地对在设计制图流程中可能会发生的数据信息出错加以查漏补缺，从而及时排除由于工程设计疏忽而导致的施工问题，并最终实现了节约投资的目的与效益。

2 装配式建筑工程案例概述

某建筑中心的停车综合楼工程项目选用装配了全尺寸框架－现浇核心筒构造系统，总面积为4907.35m2，建筑的主体构造总高为63.50m，其中2～8层的层高为3.25m，9～16层的层高为3.60m，建筑物的主要构造分为车库层与办公楼，其中预制式安装率约为50%，同时建筑物内地下室的外墙板全部使用了现代工业化生产，整体安装率约为70%[4]。该工程项目通过结合了由BIM技术组成的数字化建筑设计和数字化模拟施工流程，大大提高了施工精度，同时通过以少尺寸、多结构的原则尽量减少了预制结构品种，以降低施工成本。将结构科技和建筑施工科学技术融合创新，采用一体工程设计，实行外无模板、现场施工脚手架结构、当场浇筑墙体和抹灰的绿化施工技术，大大提高了建筑经济性，并合理缩减了建筑时间。

本项目的预制装配结构，包含了竖向框架梁、水平楼面柱、楼板、标准层楼梯、外墙板、内地下室墙板[5]。主要预制构件均选择了比较合适的规格，当中框架梁的直径规格为800mm×1000mm，泵管断面长度规格为400mm×850mm，预制层+现浇层叠合板厚薄范围为60mm+80mm。叠合板采取了传统的预制混凝土叠合板方式，使用一层次梁，以减小板跨，施工工艺更加成熟简便。

3 BIM技术在装配式建筑设计中运用

3.1 基于BIM模型的建筑标准化及优化设计

该项目在方案设计研发阶段，以Revit软件为平台实现了建筑设计、构造和机械的全建模，模型精确度达LOD300[6]。利用BIM模式的分析，按照建筑工程预制构件尺寸的分类原理对建筑物平立面实行了规范化规划，将建筑工程原柱网由原来7300～11700mm九种不规范的尺度系统调整为三个尺度，即7800mm、8300mm、1400mm，将建筑工程标准层台阶由原来的2600mm、2800mm、3100mm三 个 尺 度 系 统 调 整 为2600mm，而原来方案布置在建筑外墙间的剪力墙也将被系统集中布置在建筑工程核心筒四星期，并且也重新统一外窗尺度，就这样可以大幅缩减建筑工程预制构件尺寸数量，进而降低了成本[7]。本工程所选择的预制式组装结构形式，都需要按照建设项目的组装式工艺路线和生产要求，在实施方案设计按照结构拆分设计原则完成实施方案设计创作。针对各种类型的预制构件形式，以实际结构长度、材料性质和位置等信息为参考，建立了基本的预制构件族，以便于Revit模块的构建，以减少结构修改等过程后期大量的复杂工作时间。对模型族的几何属性进行了可视化研究，并逐步对基本结构的种类数量加以调整，尽量减少了结构类型和重量。

3.2 基于BIM技术的可视化设计

采用BIM技术的装配式的建筑构件，常规建筑设计路线都是将Revit建筑模块通过连接输入构件分析的软件系统，先进行构件解析运算，然后再将构件分析模型输入Revit，生成Revit建筑模块，并利用剖切的不同视图显示和附加标记，生成图纸文件[8]。但在实际操作中发觉，BIM结构建模和构造分析模型间的切换会导致部分信息内容的差错或遗漏，从而难以实现无缝连接。因此，在构造模型时使用了Caitier软件，该软件在构造和预制的构件建模工作方面都比Revit平台更为方便，并且该软件平台还拥有方便的动画控制功能，对预先准备构件组成部分的仿真拼装以及施工时仿真交底都更为直接[9]。装配式建筑设计由于使用BIM技术超强的可视化性能也可以进行更加精确的协同建筑设计。本项目经过对地下车库、一层的入口、餐厅层间嵌入等大空间项目受空调等设备管线干扰影响净高的问题，进行了深度的科学计算可视化为三维模型，并将Revit模式引入FUZOR视频引擎中，该引擎可以实现与Revit模式双向数据互动，并采取人行仿真的方法进行虚拟实景感受，以协助项目设计者与施工业主方预先研判，并尽量确保在实际空间项目完工后的整体视觉感受效果良好。

3.3 构件模型深化设计与预制拼装

在深化设计阶段，相关人员在设计过程中需要将整体系统进行规划考量，并运用BIM模型结构拆分为基础，使工厂能够对建筑工程预制件进行单独结构预制，再配以配筋设计和预制结构方案设计，从而在BIM模型结构基础上进行设计融合，使结构设计方案得以优化[10]。Revit模型在实际建设过程中包含了结构的各个因素，包括基础轮廓、材料类型以及钢筋信息等，在进行局部优化调整之后，可以在整体规划基础上进行结构拆分。利用BIM模型对预制构件进行深化设计，不仅能够使传统二维结构图纸得到升级，使其成为三维立体图形，还能在可视化特点发挥的基础上，清晰展示其整体运行状况和结构配筋空间关系，节点技术的实际参数状况，自动生成结构下料单、派工单、模型尺寸表格，从而完成了与制造厂商间的密切合作与互动。建筑构造模块在建立了构造分割原则以后，在Revit中就可以自动调用Dynamo进行可视化程序设计，拆分与Revit建筑构造模块促使现浇构件化整为零，再将其进行优化整合，从而实现整体构造拆分与组装。例如，以预制叠合梁的拆分，在跨中部分进行断开并形成工作流程图之后，再通过顺序调整和结构优化完成预制衡量的拆除。根据此划分逻辑，按照柱子、地板、墙面各自的划分准则，能够合理进行各种建筑物的划分。由于梁、因素主次柱等节点焊接的复杂条件下，还需要借助BIM技术实现预焊接，以检查和优化节点焊接方法，该工程采用了Revit模型设计和仿真梁柱等节点焊接流程，将钢材按照工程实际需要进行捆扎，使得框架中梁剑槽端部柱底钢筋直径得以被垂直抛入框架节点内，如此降低桥端进槽中U型筋的总数量，强化节点的抗震性，提升整体建筑的稳定效果。此部分的施工能够在一定程度上提升复杂核心区的施工效能，保障整体施工和检查的精准性。

3.4 碰撞检查

由于建设项目都是预制的装配式施工建设，楼板、横梁、立柱、天花池等大部分的结构部分均需要充分考虑并准确地预留位置，因此首先就应该利用BIM技术与各专门的Revit模式加以协调糅合，检测错漏或碰缺，以节约时限，提高效率。其次，由于预制建筑构件的现场安装对深化设计工作提供了很大的需求，所以首先将深化的BIM模式全部引入Navisworks软件中，对各个节点实现了智能的碰撞检测，从而减少了工程设计、结构制造过程与现场施工的冲突。然后，将建筑物、结构、机电模具等全部引入Navisworks软件中加以检测，从而彻底解决了管线工程和土建施工之间的冲突问题，如图1所示。

图1 在Navisworks软件中碰撞检查与优化

3.5 施工过程模拟

在工程建设过程中，未在工程进度上具有一定的仿真度，本项目工程在实际建设的过程中，还引入广联达BIM 5D软件。本项目在实际开展过程中，首先利用专案软件Microsoft Project对工程项目进行规划，促使其中的进度得以被预算，之后在其中融合BIM信息模块，在以三维建模为基础，导入时间和技术数据，将原3D-BIM模式进行升级和转换，使其成为5D-BIM模式，再将此模式引入整体工程施工过程预测中，使其对整体施工流程进行模拟，达到整体流程中运用的材料的调度载可视化技术的加持下，得以被直观的显现，并直观地展示时间安排情况、施工工艺以及资源分段的投放情况等信息。同时还可以利用仿真结果将实际时间和规划工期进行比较，以便于反复考察施工管理方式和施工安排的合理性和施工的准确性，从而加以有效的优化，避免了由于考虑不周而造成的工程进度延误和成本增加。通过5D-BIM技术进行建筑仿真，同样也能够辅助建筑单位的设计人员更详细地掌握整个装配式工程的组装结构与建造流程，从而提升工程实施流程效益，并完成管理者对施工进度规划与成本的动态管控，以确保工程项目的按计划实施。

4 结语

总而言之，根据BIM科技在预制装配式建筑工程中的实际使用情况可知，利用BIM科技的三维建模便于对装配型建筑物实施标准化工程设计和性能化分析，并能够更合理地利用其所拥有的可视化优势，从而能够更精确直接地传达设计意图，从而提高拆分和深化的工程设计品质，从而降低了工程设计错误，减少了工程设计时间和施工周期。BIM技术运用，使得我国装配式施工建筑物从工程设计、制造到施工的整个产业链条更加紧凑合理，大大提升了我国装配式施工建筑物的工业化优势，也有助于促进了我国建筑工业化的发展。但是，要实现BIM科技与我国装配式施工建设在更高层方面的紧密结合，还需广大从业者在实验与研发过程中的努力。