李源， 孫曄

（1. 江蘇省建湖中等專業(yè)學校；2. 鹽城市建筑設計研究院有限公司）

1 引言

裝配式建筑是現(xiàn)代建筑體系的重要構成，相較于現(xiàn)澆式建筑而言，其將建筑按照結(jié)構分解為若干配件，通過配件的設計、生產(chǎn)、運輸與現(xiàn)場組裝裝配完成建筑實施工序，具有效率高、成本低、工作量小的優(yōu)勢[1]。建筑結(jié)構配件設計是裝配式建筑實施的重要環(huán)節(jié)，將BIM技術引入到建筑結(jié)構配件設計中，利用BIM 技術的三維信息化建模、碰撞檢測等功能實現(xiàn)配件的優(yōu)化設計與深化設計，可以切實提高裝配式建筑設計的科學性，降低結(jié)構配件設計錯誤率，有效保障裝配式建筑的實施質(zhì)量。

2 BIM技術與裝配式建筑概述

2.1 BIM技術

BIM 技術是一種新型的建筑新型技術，其利用三維信息化模型對建筑進行仿真模擬，通過精細化的模型構建與可視化的紋理貼合提高BIM建筑模型的實際觀感與表達精準度，推進建筑設計由傳統(tǒng)的二維平面圖紙設計向三維信息化立體設計轉(zhuǎn)變[2]。BIM技術具有良好的圖形屬性聯(lián)動機制與自動渲染機制，設計人員通過調(diào)整BIM 建筑模型中的結(jié)構參數(shù)如規(guī)格尺寸、屬性、材料等數(shù)據(jù)時，BIM 建筑模型可自動更新、局部渲染，以直觀模型快速呈現(xiàn)設計成果，為不同設計人員協(xié)同設計、共同參與提供了共享平臺，有效縮減了建筑的設計周期。同時，BIM技術具有良好的科學計算與模擬分析功能，能夠為BIM建筑模型提供高效、智能的方法支撐，通過快速計算與分析發(fā)現(xiàn)BIM 建筑模型中存在的結(jié)構碰撞、空間布局與空間關系錯誤等問題，提高建筑設計的精確性與合理性[3]。BIM技術還可作為設計人員與業(yè)主、施工人員等進行技術交底的基礎性技術，通過建筑三維信息模型的直觀展示與細節(jié)表達，切實提高施工過程中的質(zhì)量與效率。主要分為項目BIM實施方案編制、項目BIM 標準編制、基于BIM 的設計協(xié)調(diào)管理、各專業(yè)BIM模型建立、BIM輔助設計出具部分施工圖、地下室BIM深化設計、BIM裝配式設計及室外綜合管網(wǎng)BIM深化設計、施工場地布置模型建立、輔助施工管理、BIM 5D模擬等。

2.2 裝配式建筑

裝配式建筑即對建筑構件進行設計與預制，并在工地施工現(xiàn)場進行安裝。不同于現(xiàn)澆式建筑對施工人員、施工環(huán)境的高要求，裝配式建筑的構件現(xiàn)場裝配僅需要少量的人力與機械，耗時較短且對施工環(huán)境的作業(yè)條件要求較小，是現(xiàn)代建筑體系中的先進類別。裝配式建筑的實施過程包括三個階段[4]，其一為裝配式建筑構件設計與生產(chǎn)階段，通過建筑物構件拆分與構件設計，為構件批量化、規(guī)?；?、標準化生產(chǎn)提供高精度的建筑構件設計方案；其二為裝配式建筑運輸階段，將工廠生產(chǎn)的建筑構件按照施工需要逐批次運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場；其三為裝配式構件裝配階段，在施工現(xiàn)場根據(jù)裝配式建筑的設計圖紙對構件按順序進行組裝，實現(xiàn)建筑的建造。通過上述實施過程分析可知，裝配式建筑具有明顯的優(yōu)勢，可以較好地管理與把控建筑建造與實施進度、質(zhì)量、成本以及施工安全。

2.3 BIM技術在建筑設計中的作用

利用BIM 技術，即對建筑設計進行三維信息化建模，實現(xiàn)裝配式建筑的可視化、立體化表達，實現(xiàn)從現(xiàn)實世界物理實體到仿真世界三維模型的高效、精準映射，充分體現(xiàn)裝配式建筑中各構件的規(guī)格參數(shù)、功能特性、屬性數(shù)據(jù)、空間布局與空間關聯(lián)關系等，為裝配式建筑設計提供可視性與協(xié)調(diào)性俱佳的三維仿真模型，以便設計人員向其他設計人員、業(yè)主、施工人員等細節(jié)化展示裝配式建筑各構件的具體數(shù)據(jù)信息以及直觀立體特征。將BIM技術應用到裝配式建筑設計時，可以依托專業(yè)軟件與平臺實現(xiàn)構件數(shù)據(jù)的快速修改、三維信息化模型的自動化渲染，以便設計人員及時瀏覽設計成果并加以調(diào)整優(yōu)化。BIM 技術的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、碰撞檢測等功能也可為裝配式建筑的工程量統(tǒng)計、構件之間錯誤的空間關系計算與分析等提供技術支持，進一步提高裝配式建筑的設計質(zhì)量與設計效率[5]。并可以通過模型導出綜合結(jié)構留洞圖、機電管線綜合平臺面、局部剖面大樣圖及局部透視圖、綜合管線圖等圖紙，輔助項目進行深化設計及施工提供參考。因此，在裝配式設計中，借助BIM技術，可以有效地提高裝配式建筑的設計、施工等水平，顯著地提升裝配式建筑的整體質(zhì)量，使裝配式建筑從設計到運營維護的生產(chǎn)鏈條更加緊密、合理。

3 BIM在裝配式建筑設計中的應用

3.1 裝配式建筑結(jié)構設計

裝配式建筑結(jié)構設計是BIM技術在裝配式建筑設計中的最重要的應用。由于裝配式建筑是由若干個構件按照一定空間布局與空間關系有機組合，BIM 技術可以為構件的標準化、規(guī)范化設計提供良好的技術支撐。針對裝配式建筑的各個構件，可在BIM 專業(yè)軟件平臺中自定義構件族庫，形成裝配式建筑構件的數(shù)據(jù)庫，作為裝配式建筑的基礎。在設計具體的裝配式建筑時，從構件族庫中快速、直接調(diào)用相關標準構件，并根據(jù)設計需要對構件的規(guī)格參數(shù)、功能特性等進行調(diào)整[6]。通過若干個構件BIM模型的空間嵌套與組合，生成各種類別與特性的裝配式建筑三維立體可視化信息模型，以標準構件的調(diào)用與參數(shù)調(diào)整提高裝配式建筑的設計效率，促進裝配式建筑設計的標準化與數(shù)?；?，簡化裝配式建筑設計流程，減少裝配式建筑設計工作量。

3.2 BIM模型建立與圖紙繪制

采用BIM技術對裝配式建筑的三維可視化信息模型加以構建，生成裝配式建筑的三維獨立空間設計方案，并在BIM 專業(yè)軟件平臺中予以可視化展示。設計人員可輸入與調(diào)整三維信息化模型的相關參數(shù)，實現(xiàn)對裝配式建筑BIM 模型的快速更新與自動渲染。若是設計人員未對裝配式建筑BIM模型的相關參數(shù)進行重設，則采用構件庫的默認值并自動生成三維設計方案。相較于傳統(tǒng)的二維平面圖紙，BIM三維信息化模型的立體感與可視化程度更加直觀，同時其對裝配式建筑構件的細節(jié)表達、全局特征、空間關系等的刻畫也更為全面。對空間狹小區(qū)域豎向凈高盡可能地在早期進行干預與分析，提高住戶的體驗與設計的質(zhì)量，再通過基于BIM 技術的機電管線進行管線綜合優(yōu)化項目管綜布局、滿足凈高要求。對空間在早期提前進行規(guī)劃與干預，輔助機電工程師有效率的進行管線的排布。設計人員可以點擊BIM三維信息化模型查詢到裝配式建筑具體構件的規(guī)格尺寸、功能特性、用途、材料等屬性數(shù)據(jù)[7]。對于現(xiàn)代建筑設計中常用的CAD 軟件，BIM專業(yè)軟件平臺也有著較好的兼容性與連接性，可以將CAD 軟件設計好的二維矢量化圖紙直接導入到BIM 專業(yè)軟件中，并根據(jù)設計需要動態(tài)變更裝配式建筑的設計圖紙，進一步提高了BIM 技術在裝配式建筑設計應用中的整體性。

3.3 裝配式建筑的工程量統(tǒng)計

工程量的快速、精準統(tǒng)計可以為設計人員預估與分析裝配式建筑的實施難度、實施成本、施工周期等提供基本參考。將BIM技術應用到裝配式建筑設計中，依托BIM 專業(yè)軟件平臺自帶的包含工程信息的數(shù)據(jù)庫，對照裝配式建筑的設計方案執(zhí)行工程信息統(tǒng)計，分析建筑構件的裝配工程量。同時，設計中的碰撞檢測可以為工程量統(tǒng)計的準確性提供基本保障，利用快速碰撞檢測算法對裝配式建筑構件的設計工況計算與分析，進行優(yōu)化裝配式建筑的設計方案，更加準確地估算出裝配式建筑的工程量。此外，建筑的工程量統(tǒng)計也會給裝配式建筑設計優(yōu)化提供方向，對于工程量較大的建筑構件，可針對性開展優(yōu)化處理。

3.4 裝配式建筑中的抗震結(jié)構設計

抗震結(jié)構設計也是BIM在裝配式建筑設計中的重要應用之一。與傳統(tǒng)的檢測方法不同之處在于，基于BIM技術的裝配式建筑抗震設計是依托各類傳感器設備對裝配式建筑項目的抗震參數(shù)進行實時檢測，并將檢測結(jié)果傳輸回微處理器中。微處理器與BIM 專業(yè)軟件平臺高度關聯(lián)，可根據(jù)微處理器中的抗震參數(shù)計算與分析裝配式建筑的抗震性能。通過優(yōu)化設計、抗震性能分析，實現(xiàn)對裝配式建筑抗震性能的精準測定，以優(yōu)質(zhì)的裝配式建筑設計提高建筑的抗震性能。

3.5 裝配式建筑的深化設計

深化設計是提高裝配式建筑設計科學性、合理性的關鍵環(huán)節(jié)。將BIM技術應用到裝配式建筑深化設計中，通過構件三維信息化模型的構建以及各類埋件或鋼筋的隱蔽參數(shù)的精確統(tǒng)計，可以為構件預制與生產(chǎn)提供精準的規(guī)格參數(shù)，幫助構件預制生產(chǎn)廠家合理儲備構件生產(chǎn)原材料。例如，當利用BIM技術對裝配式建筑的外墻板進行三維信息化建模后，根據(jù)外墻板的構件構成、構件分類，結(jié)合構件族庫中關于工程信息、原材料信息、埋件信息等數(shù)據(jù)，自動計算與統(tǒng)計出外墻板預制加工的各類原材料耗材量。同時，BIM技術具有良好的協(xié)同聯(lián)動機制，允許不同設計人員共同參與到BIM 三維模型構建中，對三維信息化模型進行構件調(diào)用與插入、構件規(guī)格參數(shù)修改與更新等操作。不同設計人員以三維信息化模型作為可共享的信息載體，可以協(xié)同深化設計，有效解決不同設計團隊在深化設計裝配式建筑時存在的信息沖突、共享滯后等問題。在深化設計的基礎上，可依托BIM 技術對裝配式建筑的各個構件進行預拼裝，計算與檢測構件預拼裝過程中存在的各類錯誤，以及時調(diào)整優(yōu)化構件參數(shù)，提高裝配式建筑設計的實用性[8]。通過BIM 可視化及結(jié)構計算模型的數(shù)據(jù)互通解決了結(jié)構系統(tǒng)問題，可以通過BIM 技術漫游模擬解決各專業(yè)間的碰撞問題，減少設計變更，提高設計周期的效率。例如，在對超大飄窗拆分深化設計時，基于BIM 模型對預制裝配層結(jié)構進行拆分，在復雜線條部位考慮到模具生產(chǎn)困難、構件生產(chǎn)效率及生產(chǎn)質(zhì)量，將超大飄窗進行拆分，以達到降低構件重量、方便吊裝施工及集成化拆分線條的目的。在預制墻板預埋管線深化設計時，依據(jù)PC標準層水電點位圖、標準層機電安裝施工圖；綜合考慮預埋線盒、給排水系統(tǒng)、強弱電系統(tǒng)預埋管線的合理性，將同回路管線并線優(yōu)化，解決預埋線盒遺漏、水電點位錯誤等問題，減少預埋管線的使用量。

4 結(jié)語

裝配式建筑是國家重點發(fā)展的戰(zhàn)略性綠色產(chǎn)業(yè)，是建筑工業(yè)化的重要組成部分，具有施工成本低、施工效率快以及安全系數(shù)高等特點，與現(xiàn)代城市建設的基本需求相符合。建筑設計中利用BIM 技術，必將對裝配式的禁止提供積極的影響。