BIM技术在装配式建筑设计中的应用实践分析

2018-02-06侯德财

建材与装饰 2018年5期

侯德财

（华蓝设计（集团）有限公司）

前言

BIM（建筑信息模型）技术通常是指对建筑物功能特性与物理实体的数字化表达，其可以实现不同部门、不同阶段的数据传递和共享，具有关联性、一致性、完备性的特征。近些年来，随着装配式建筑的快速发展，要求各环节、各专业间实现高度协调配合，并对对各个环节的管理也提出了较高的要求。而BIM技术能够为装配式建筑设计提供良好的平台，其可以确保各个环节的有效衔接，提高设计的精准性，保证后续施工的顺利进行。

1 装配式建筑的概述

1.1 装配式建筑

其一般是在工地上来对预制部品、部件进行装配而构成的建筑。通常情况下，装配式建筑包括装配式钢结构建筑、装配式混凝土建筑、装配式组合结构建筑及装配式木结构建筑等。

1.2 装配式建筑的优势

①节约能源和资源。在进行装配式建筑生产过程中，可以降低建筑垃圾量的产生，提高建筑材料的使用效率；②提高劳动生产效率；③减少污染。传统的建筑工程施工往往会产生噪音、扬尘等污染，影响人们的正常工作、生活和学习。而装配式建筑直接在生产车间完成，然后运输到施工现场，大大降低了污染的产生，更好的满足城市发展需求；④提高工程质量。由于大多数的构件都是在工厂严格按照相关规范和标准生产完成，并且在构件出厂前委派专业人员对其质量进行了严格的把关，从而有效提高装配式建筑的整体质量；⑤可实现工业化、信息化的有效结合；⑥催生一些新型产业，有效缓解了目前钢产能过剩的现象。

2 装配式建筑的发展现状

2016年12月份党中央和国务院召开中央城市工作会议，并颁布了《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》，其中明确提出要在未来10年左右的时间里，推动装配式建筑的发展，并使其在新建建筑中占据的比例达到30%。2017年3月份李克强总理在《政府工作报告》中倡导钢结构和装配式建筑的大力发展，以更好的提高建筑技术水平，确保建筑工程施工的整体质量。为了贯彻这些要求，国务院制定并通过了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，并于9月27日印发执行。9月30日国务院新闻办公室举办了国务院政策例行吹风会，参与会议的有建筑节能与科技司司长苏蕴山和住房城乡建设部总工程师陈宜明，他们分别对装配式建筑的概念、优越性、必要性、实施步骤、主要任务、研究解决和需要注意的问题等相关政策进行了详细的介绍和解读，为推动装配式建筑的发展奠定了良好的基础。

3 在装配式建筑设计中应用BIM技术的重要性

由于传统装配式建筑设计过程中要做好预制构件的预留和预埋设计，各个环节的设计工作比较复杂，而且稍有疏忽就会诱发不必要的冲突，从而导致建筑设计效率低下，影响装配式建筑设计的整体效果。而将BIM技术引入其中，装配式建筑设计人员可以把各个环节的设计信息传输至BIM设计平台上，然后借助自动纠错与碰撞功能，可以准确的分析出各专业之间的设计矛盾，并及时分析出各专业设计之间存在的缺陷和不足，这样不仅可以有效加强各专业之间的沟通，而且还可以进一步降低设计误差，提高设计的准确率，为后续装配式建筑施工的进行提供保障。

建筑设计标准化是推动建筑工业化发展的关键，其通常是以模数协调为基础，但是现有装配式建筑设计缺乏与之相匹配的模数协调指导，而BIM技术的出现能够确保装配式建筑信息的开放与共享，从而为装配式建筑设计的标准化形成和推广提供信息化平台，以确保装配式建筑的可持续发展。通常情况下，装配式建筑设计人员可以把各个环节的设计方案传输至BIM技术平台之上，通过对相关尺寸、样式等信息的有效整合，可以生成装配式建筑设计过程中的各类预制构件，例如门、窗等，并按照设计图纸进行施工，从而得到相应的装配式建筑构建，如图1所示。

4 在装配式建筑设计中BIM技术的应用实践

4.1 埋件布置

图1 装配式建筑的门、窗示意图

在进行装配式建筑设计中过程中，一般会根据根据拆分细则来对预制构件埋件进行针对性的编辑，该过程中通常可以选择包含有埋件的内嵌族，以提高埋件布置的效率，但是对于梁、板中的钢筋吊钩环，还需要按照要求来开展吊钩形状的设计。通常情况下，预制柱上埋件可以根据需求构建针对性的预制柱族布置，并调整钢板的高度、预制柱的墙-柱连接处为实例参数，然后对其实施参数化的调整，该过程可以把参数关联设置为全局参数，并在全局参数条件下来对预制墙板连接件的高度进行设置，这样就可以对柱上连接件的高度进行相应的调整。梁上吊钩可以对Dynamo中的点进行调用和平移来构建吊钩形状多段线，从而获取吊钩钢筋，明确吊钩在梁上的相关位置参数，这样就可以实现梁上吊钩布置。

4.2 钢筋的创建

在装配式建筑设计阶段，可以根据构件中钢筋的拆分原则和构造要求，来完善装配式建筑构件中钢筋布置的基本流程，然后通过二次开发的程序调用，就可以准确的获取钢筋的相关参数信息，并按照钢筋的布置规则来在预制构件上进行钢筋的布置。本文将会以预制梁（图2）为例来对钢筋的布置规则进行分析：①在梁跨中后浇段中按照要求断开纵筋，并适当的甩出一定长度的后浇段，使其更好的满足套筒安装尺寸要求；②在梁端500和1.5h中选择最大值来划定箍筋加密区范围，而其余的部分属于非加密区，这样一来可以确定箍筋间距和数量、纵筋断开位置等参数，然后对BIM技术中的相关程序进行调用，就可以完成对梁纵筋和箍筋的创建。

图2 预制梁钢筋

4.3 BIM构件的拆分设计

在施工图阶段，由于BIM模型中的墙体、楼板等模型构件属于一个统一的整体，在对其进行深度设计过程中，最好按照要求把连续的模型构件拆分为各个工厂可以生产的独立构件（图3），然后按照设计图纸对其进行加工。在BIM技术中，构件拆分需要严格按照工厂的设计及生产要求来进行，以满足“多组合、少规格”的要求，实现对预制构件的种类的有效控制，以完成在工厂的有效生产，并在装配式建筑施工现场对其进行装配。在明确了BIM构件的拆分设计原则后，可以在施工图BIM模型上直接构建深化模型，并把一个完整的构建按照一定的要求拆分成各个工厂可以直接加工的预制构件，从而有效完成预制构件连接构造和预制构件配筋设计等工作。借助三维BIM技术模型来进行构建的拆分设计，能够对各构件间的连接关系给予直观的呈现，其不仅可以拆分设计进行有效的完善，而且还可以有效降低二维图纸设计过程中所存在的设计盲点，降低设计误差的出现，同时该模型也可以避免数据的丢失，从而确保了设计数据的有效传递。

5 在装配式建筑设计中BIM技术的应用效果

5.1 实现装配式建筑设计的信息共享

在装配式建筑设计过程中，应用BIM技术可以有效连接各个专业的设计孤岛，并借助BIM技术还可以是各阶段的信息有效衔接在一起，通过BIM技术平台可以实现建筑信息的共享与集成，确保上下游信息的有效传递，其可以有效解决装配式建筑施工中多组织、多环节、资源信息共享问题，使装配式建筑设计得到了进一步完善。

图3 构件的拆分设计

5.2 减少施工损耗，节约建筑成本

在装配式建筑设计阶段，引入BIM技术不仅可以降低对能源和资源的损耗，而且还可以实现无纸化加工建造，具有可视化建造管理、可视化模拟的优势，同时也可以根据整体规划情况或场地使用情况来实现建筑量化，使装配式建筑设计和管理阶段的成本投入得到有效的控制，降低施工各个环节由于设计偏差而诱发的设计或施工变更，从而达到节约建筑成本的目的。

5.3 提高专业人员的工作效率

以BIM技术平台来开展装配式建筑设计工作，可以在一个虚拟的建筑中来完成对各个环节设计的有效修改和完善，并从BIM技术模型中可以直接生成相关的图纸，这样不仅可以避免设计阶段专业人员可能出现的矛盾与冲突，而且还可以有效提高专业人员的工作效率。同时，从BIM建筑模型，专业人员也可以直接获取构件的相关几何信息，并实现与施工单位的有效交流与沟通，以更好的了解和掌握装配式建筑设计的基本情况，提高装配式建筑设计的工作效率和质量。