BIM技术在装配式建筑设计中的研究与实践

李 敏

中核第四研究设计工程有限公司 河北 石家庄 050021

信息技术的发展，推动了建筑设计行业的进步，建筑设计行业当前与信息技术已经深度融合，能够提升设计方案科学性，尤其是对于装配式建筑而言，BIM技术具有良好的应用效果，能够使得装配式建筑设计方案更加直观化、立体化，能将更多的设计细节充分展现，在BIM建筑信息模型中，整个过程都是可视化的，有利于在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据，进而对设计方案进行整体性优化，提升装配式建筑设计质量。为此，需要明确BIM技术的具体应用方式，掌握技术应用要点，对于建筑设计行业发展具有重要作用。

1 BIM技术及装配式建筑概述

1.1 BIM技术概述

BIM（Building Information Modeling）技术是一种以建筑信息为核心，采用三维数字化建模技术，集成建筑设计、施工、管理和维护等各个环节的一种现代化建筑技术。在应用过程中，通过信息化平台，以数据的方式呈现建筑设计方案，使得各项细节更加直观与全面地展现出来。BIM技术将建筑各个环节的信息进行统一的建模和管理，实现信息互通和共享。BIM技术的核心是建筑信息模型，模型包括建筑物的几何形状、材料、施工工艺、构件参数、维修保养等方面的信息，建筑信息模型不仅是一个建筑物的三维模型，更是一个全方位的建筑物信息数据库。BIM技术的特点是将建筑各个环节进行了有机整合，建立单一工程数据源，确保信息的准确性和一致性，实现项目各参与方之间的信息交流和共享。从根本上解决项目各参与方基于纸介质方式进行信息交流形成的“信息断层”和应用系统之间“信息孤岛”的问题，有效地降低建筑物设计和施工的成本和风险。例如在设计阶段：实现三维设计。能够根据3D 模型自动生成各种图形和文档，而且始终与模型逻辑相关，当模型发生变化时，与之关联的图形和文档将自动更新；设计过程中所创建的对象存在着内建的逻辑关联关系，当某个对象发生变化时，与之关联的对象随之变化。在施工阶段：实现集成项目交付IPD（Integrated Project Delivery ）管理，着眼于项目的全生命期，利用BIM 技术进行虚拟设计、建造、维护等，实现建设项目施工阶段工程进度、人力、材料、设备、成本和场地布置的动态集成管理及施工过程的可视化模拟。在计算机上执行建造过程，虚拟模型可在实际建造之前对工程项目的功能及可建造性等潜在问题进行预测，包括施工方法实验、施工过程模拟及施工方案优化等。在建筑物使用和维护阶段：可以快速、准确地查询建筑物信息，提高了建筑物的使用效率和维护效果[1]。

1.2 装配式建筑的基本概念分析

装配式建筑是指在工厂、车间等集中生产制造建筑构件，将预制构件运到工地现场，再通过简单的组装或拼接，完成建筑的施工和组装。该建筑方式可以减少工地施工时间和现场污染，提高建筑质量和施工效率，逐渐成为建筑工程中的主流施工模式。装配式建筑与传统建筑方式相比，具有如下几项特点：（1）工厂化生产。装配式建筑是在工厂、车间等集中生产制造建筑构件，与传统建筑方式不同，不需要在现场进行大量的加工和制造，工厂化生产方式可以提高生产效率，降低制造成本，同时也能够控制施工质量。（2）组装简单。装配式建筑的施工方式比传统建筑方式更加简单，建筑构件在工厂制造完成后，只需要运到现场，再进行简单的组装和拼接，就可以完成建筑的组装，该施工方式可以大幅度缩短施工周期，减少现场工人的劳动强度。（3）环保节能。装配式建筑的生产和施工过程中，可以减少对环境的污染，因为该施工方式减少了现场的施工噪音、粉尘等污染源。同时，装配式建筑的构件制造材料更加环保，能够降低建筑对环境的影响；由于装配式建筑的建筑构件制造和运输都比较规范，因此能够更好地控制建筑能耗和节能[2]。（4）安全性更好。装配式建筑的施工方式更加安全可靠，可以降低了现场的施工噪音、粉尘等危险源，减少工人受伤的概率；建筑构件在制造和运输过程都经过了规范化控制，能够大大减少施工现场的事故。

2 BIM技术在装配式建筑设计中的重要作用分析

BIM技术是一种综合性的数字化建筑设计与管理工具，其在装配式建筑设计中具有重要的作用，主要体现在以下几个方面：（1）提高设计效率。传统建筑设计需要使用2D图纸，而BIM技术可以快速生成3D建模，有效提高了设计效率。在装配式建筑中，BIM技术可以帮助设计人员更好地控制构件尺寸和精度，从而提高装配效率和精度。（2）提高设计质量。BIM技术可以通过可视化和模拟等方式帮助设计人员更好地理解建筑结构和性能，避免设计上的错误和遗漏。在装配式建筑中，BIM技术可以帮助设计人员明确构件的拼接和装配方式，避免设计缺陷和质量问题。（3）促进协同设计和施工。BIM技术可以实现多方面的协同设计，将设计、施工、材料采购等各方面的信息整合在一起，方便各参建单位的沟通和协作。在装配式建筑中，BIM技术可以帮助设计人员和施工方更好地协同工作，提高装配效率和施工质量。（4）优化建筑管理。BIM技术可以帮助建筑管理员实现更精细化的建筑管理，包括建筑维护、安全监测和节能管理等方面，BIM技术可以有效识别危险源，还能够实现对危险处理方案的编制与优化，提高维护效率和节能效果。（5）降低建筑成本。BIM技术可以通过虚拟建模和模拟分析等方式，帮助设计人员更好地优化建筑结构和材料，从而降低建筑成本，BIM技术可以实现对成本的科学化管控，帮助编制成本管理方案，优化构件设计和制造流程，从而降低装配成本。

3 装配式建筑传统设计模式中存在的主要问题分析

近些年来，装配式建筑因其绿色、节能、快速施工等优势，成为建筑行业的一个新热点，但是目前我国装配式建筑仍然处于发展初期，传统设计模式中依然存在一些主要问题，不仅影响装配式建筑的开发和应用，同时限制了行业的发展。首先，在传统的建筑设计中，设计人员主要是通过二维平面图纸和手工模型等方式进行设计，该设计方式存在误差和不足之处，例如设计图纸的缩放比例不一致、设计人员手误等等，误差可能导致装配式构件的尺寸偏差，从而影响安装质量。其次，装配式建筑由多个构件组成，构件之间的连接为关键所在，在传统设计模式中，构件的连接通常是通过焊接、螺栓等方式连接的，该连接方式需要现场加工，存在加工难度大、加工时间长、精度难以保证等问题，而且焊接等工艺对于构件的材质也有一定的要求，所以在传统设计模式下，结构连接可能存在一定的质量问题。第三，传统的建筑设计模式需要进行大量的手工绘图和模型制作，设计周期长，效率低下，且在对设计进行修改时，需要重新制作图纸和模型，不仅费时费力，而且容易出现误差。在装配式建筑的开发过程中，低效的设计模式可能导致开发周期变长，增加了成本和风险。最后，传统设计模式下，设计人员需要对所有细节进行考虑和把握，但是由于人为因素和设计工具的限制，设计质量难以保证，设计人员可能会遗漏一些重要的细节或者产生错误的判断，从而导致装配式建筑的安全性和稳定性受到影响。

4 BIM技术在装配式建筑设计中的具体应用措施分析

基于上文的分析可以看到，装配式建筑与BIM技术的融合发展，能够有效推动装配式建筑设计质量提升，在现代建筑工程设计行业中具有重要的作用，但是由于缺乏实践经验，在具体应用过程中还存在着一些问题，导致BIM技术的优势没有充分发挥，所以需要结合装配式建筑的基本特征，对技术应用方式进行优化与创新。因此，本文依据实践工作经验，总结如下多项BIM技术的具体应用措施：

4.1 在图纸设计中的应用

BIM技术可以实现对建筑物的三维建模，在装配式建筑的图纸设计中，设计人员可以使用BIM软件进行建模，通过预设模型库或自己设计模型，生成建筑物的三维模型，可以更加直观地展现建筑物的设计方案，各专业之间可以更好地进行协作。BIM技术可以实现对建筑物构件的参数化设计，在装配式建筑的图纸设计中，设计人员可以在BIM软件中设置建筑构件的参数，例如构件的材料、尺寸、安装方式等。通过该方式，可以快速、精准地生成构件图纸，避免了手工绘图的繁琐和出错风险。BIM技术还可以实现装配式建筑的构件库管理，在BIM软件中可以建立装配式建筑构件的库存信息，包括库存数量、库存位置、材料规格等，助于设计人员更好地管理建筑构件，实现构件的重复利用和快速拼装。BIM技术还可以实现装配式建筑的自动化布局，在BIM软件中可以设置构件的排列方式、拼装顺序等参数，通过算法自动计算最优的构件布局方式，从而能够提高建筑的装配效率，减少工期和人力成本[3]。

4.2 在规划与调整中的应用

在装配式建筑的规划与调整中，涉及到多个领域和多个专业的知识，因此需要各方的协同合作，BIM技术可以实现多个专业之间的信息共享和协同设计，从而实现高效的合作与协作，各专业可以通过BIM软件进行数据输入和输出，实现对规划与调整过程的实时协同，协同的结果也可以在模型中得到立体展示，方便设计人员进行对设计方案进行调整。BIM技术可以通过3D模型展现建筑设计的各项细节，使得规划与调整的结果呈现在屏幕上，方便设计人员进行模型浏览和评估，在设计过程中可以对重点内容进行调整，更好地理解装配式建筑的结构和组成，从而提升设计方案合理性与科学性。

4.3 在钢筋设计中的应用

BIM技术在装配式建筑的钢筋设计中，可以进行三维建模，利用三维建模可以快速构建出建筑结构的立体模型，有利于设计人员快速定位和检查建筑结构的缺陷，包括钢筋的尺寸和布置；在对钢筋结构模型进行检验时，可以更加充分地展现出各项细节问题，且能够在模型中对设计方案进行调整，整体过程便捷性较好。在传统的建筑钢筋设计中，需要手动对钢筋进行标注和绘制，但是在采用BIM技术之后，钢筋的绘制和标注可以进行自动化处理，不仅能够节约时间，而且还能够降低人为出错的风险；自动化钢筋绘制也可以对钢筋进行快速的调整和修改，设计人员只需要输入对应的数据即可实现设计方案的自动优化。BIM技术还可以在钢筋设计中提供可视化的钢筋预览功能，在建筑结构设计中，设计人员可以对钢筋的尺寸、数量、分布等进行调整和修改，通过BIM技术，设计人员可以实时地查看钢筋设计效果，确保所存在的问题能够及时发现。平台具有良好的计算与检验能力，在装配式建筑钢筋设计中，钢筋数量的计算是一项重要环节，涉及到建筑的稳定性和安全性，通过BIM技术，能够避免计算结果出现偏差，以此为基础对设计方案进行调整，并能够准确地估算出建筑结构的强度和稳定性[4]。

4.4 在组织管理设计中的应用

首先，在装配式建筑设计中，各专业之间需要进行有效的协同，BIM技术能够提供共享平台，使得各专业之间能够更好地协同工作；BIM模型中包括建筑、结构、设备、管道、电气等所有专业的设计信息，每个专业都可以在同一个平台上进行设计和交流，避免了信息的重复输入和交叉修改，提高设计效率和准确性；BIM模型可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据，提供出来，通过共同讨论和协作解决设计问题，提高协同效果。其次，BIM技术还可以用于装配式建筑的进度管理，在装配式建筑中，各组件的制造、运输、安装等工作都需要按照一定的进度进行，BIM技术可以在模型中设置各个组件的制造、运输、安装等时间节点，并根据节点进行进度计算，从而能够在设计阶段就预测和规划好各个工序的时间，避免了后期工作的延误和不必要的浪费。再次，装配式建筑需要严格控制各种资源的使用，比如材料、工人、机械等，BIM技术可以在模型中建立各种资源的信息库，并对其进行管理和优化，例如在模型中可以对各种材料的数量、类型、用途等进行管理，实现材料的精准计算和精细管理。在模型中可以模拟各种情况下的资源利用情况，比如模拟施工进度、材料需求量等，从而实现资源的科学配置和高效利用[5]。最后，BIM技术在装配式建筑组织管理中还可以用于信息交流，装配式建筑中涉及到的信息较多，包括设计图纸、施工图纸、技术规范、施工方案、进度计划等等，BIM技术可以将信息统一到一个平台上，使得各方可以更加便捷地获取和分享信息，能够提升沟通交流效率，实现协同化设计的目标，是BIM技术具有的重要作用。

5 结束语

综上所述，信息技术已经实现了与建筑设计行业的深度融合，尤其是在BIM技术得以全面应用后，为建筑设计行业提供了新型工具，可以实现对装配式建筑设计的全面优化。本文简要阐述了BIM技术与装配式建筑的基本内涵，并对BIM技术的重要作用进行分析，总结了装配式建筑传统设计中存在的问题，最后提出多项BIM技术的具体应用方式，希望可以对建筑工程行业起到一定的借鉴与帮助作用，不断提升建筑设计质量。