装配式建筑中BIM模块化设计方法的应用研究

张崴

摘要：装配式建筑作为近期再度兴起的建造类型，应用中首先由生产厂家预先生产建筑构件，进行初装修之后直接在建筑场地内将各配件相互搭建，再采用相应的工艺来进行连接即可。此建筑方式具有成本低、效率高、工作量小的优点。但在应用此建筑方式时，需要重视结构设计、各构件连接等问题，如果设计不当，不但会影响建筑的美观，还可能影响建筑的质量。而传统方式的工作效率较低，同时因为人工能力所限，很容易出现设计不合理的问题，因此在现代视角下，利用BIM技术来帮助设计具有一定的现实意义。

关键词：装配式建筑；BIM技术；模块化设计

1建筑信息模型BIM与装配置建筑的特点

BIM是由各建筑信息结合而成的建筑模型。在BIM技术支持下所建立的建筑物模型具有虚拟化的特点，但却能够全面的反应与建筑参数等有关的真实信息。而装配式建筑为新型建筑模式的一种，要求于施工前预制工程所需的构件。施工时，将构件相互组合以形成建筑物。与传统建筑相比，装配式建筑的施工效率更高，拆卸更加方便，应用价值更加显著。由于BIM技术具有可视化、协调性、模拟性、优化型及可出图性等优点。将BIM技术与当前装配式建筑设计方法相结合，可以形成适应装配式建筑的基于BIM的模块化设计方法。其方法可以实现复杂预制构件节点的三维模型，方便生产和施工人员对设计图纸的读图，实现信息在设计与生产、施工之间的完整传递；可以实现上下游企业及各专业之间的信息协调，还可以进行各专业机构之间的设计协调，完成构件之间的无缝隙结合；可以使技术人员按照施工组织计划进行施工模拟，完善施工组织计划方案，实现方案的可实施性。

2装配式建筑中BIM技术功能

2.1三维建模功能

在BIM技术功能体系当中，三维建模功能是此项技术的核心技术之一，其主要能够依照输入的数据、参数、信息等进行三维建模，使数据等能够立体展示，体现出较高的直观性。在三维建模工作当中，设计人员可以直观的了解到模型当中的缺陷，例如结构位置是否合理、管线综合是否有影响等，之后还可以直接在模型模型上进行调整，同时继续观测调整后模型的状态直至设计达到合理为止。

2.2系统计算功能

设计的合理与否，除了涉及结构的位置以外，还与结构的应力、强度有关，在BIM技术之下，其系统自带多种数学模型，能够结合设计数据，对设计中各结构的应力、强度进行计算，设计人员同样能够对此进行观测，结构力学体系是否合理，此举有助于建筑设计的质量。此外，在设计人员对模型进行调整之后，BIM技术系统依旧会对调整后的结构力学体系进行计算，说明BIM技术的应用价值较高。

2.3模拟功能

就装配式建筑施工流程来说，其装配结构制造的每一步都可能造成工程质量的下滑，所以为了避免制造工艺问题带来的负面影响，在BIM技术之下，能够模拟每项制造工艺的标准化运作，对其中参数、指标、位置等進行模拟，同时人工可以在一旁不断的进行调试，保障各项制造工艺的参数都达到合格标准。

3装配式建筑中BIM模块化设计方法的应用

3.1户内设计

建筑设计师根据户型的功能要求来选择相对应的户型，结构设计师根据户型的结构布置从结构库中选择相对应的结构户型，设备设计师根据户型的功能及结构的设计方案选择设备模块，同时设备设计师与建筑、结构户型进行协调，避免发生构件之间的碰撞。简而言之，设计师要完成户型内功能区的划分、受力构件的布置和设备的无碰撞协调。户型内的设计是剪力墙体系模块化设计的基础，是模块化设计过程中的工作量最大的环节，标准化、系列化的户型库可以提高协同设计的效率，为模块化设计精确的实施奠定基础。

3.2户外设计

户外设计方面，主要包括了装配式结构的构成、装配式建筑对周边环境的影响、装配式结构之间的应力。在装配式结构的构成方面，主要依照设计需求，在三维模型当中模拟装配结构构成的流程，同时观测各结构之间是否存在力学结构不合理、强度等问题以及其各自产生的原因，之后通过商讨得出相应的处理措施，再通过BIM技术模拟处理措施，确认处理措施的有效性；在装配式建筑对周边环境的影响方面，因为装配式建筑施工同样会面临不规则沉降的问题，针对此类现象，可以通过BIM技术建模的分析，了解建筑整体结构与地基的力学关系，如果力学关系显示不规则，那么就可能出现不规则沉降，需要对此进行处理。另外，装配式建筑施工还可能对周边环境的中的线路造成影响，通过BIM技术的模拟功能，能够对此进行调节，避免两者出现冲突；在装配式结构之间的应力方面，主要是指建筑结构本身的应力结构，因为在传统装配式设计工作当中，很容易出现结构设计上的不合理，导致装配结构出现不足，而在BIM技术之下，通过系统计算功能，能够实时了解到装配结构当前位置的应力，再结合施工需求，即可得知当前设计结构是否合理。

3.3标准层设计

标准差设计主要是将户型之间的功能进行完善，一个完整的建筑层应包含户型、楼梯间、电梯间、前室、走廊、空调板、水暖井等，另外还包括其他非标准构建。这些设计内容均反应出了空间占用率规划、功能性设计、装修设计的问题。在BIM模块化设计之下，设计人员能够根据需求标准，对这些设计内容进行调整设计。以楼梯间为例，楼梯间的设计质量主要包括了楼梯间距、应力结构、整体长度与宽度等，在此基础上采用BIM技术对楼梯进行标准化建模，通过不断的调整即可实现合理的楼梯间设计方案。

3.4建筑整体协同设计

建筑整体协同设计是指设计师将设计好的建筑标准层、首层、设备层等完成后，通过添加连接各层的构件及其他附属构件组成完整的建筑系统设计过程，也是将断续的层功能通过构件形成一栋功能完整的建筑，并保证一栋建筑内部建筑、结构及设备之间准确的协调性。从建筑师角度看，基于BIM的协同设计有利于建筑师把更多的精力投入到方案设计中，优化整体设计方案，提高方案的竞争力；从社会和业主的角度看，协同的思想促进了业主与建筑师之间的互动，提高了决策的科学性和准确性，为项目投资建设的圆满完成提供了有力保障。

4结束语

目前装配式建筑在建筑中所占的比例正在逐渐加大，施工对构件及钢筋等设计水平的要求显著提升。未来，建筑领域应将BIM技术应用到该类型建筑的设计与施工过程中，以之为基础，采用模块化设计方法，设计各建筑结构，最终将其组装，以提高建筑的施工质量和效率。

参考文献：

[1]基于BIM的装配式建筑集成建造系统[J].于龙飞，张家春.土木工程与管理学报.2015（04）.

[2]浅析BIM技术在装配式建筑中的应用价值[J].许钊.中国住宅设施.2018（07）.

（作者单位：中国建筑设计咨询有限公司）