装配式建筑结构设计中BIM 技术的应用研究

刘洋

（广州市城市规划勘测设计研究院，广州 510060）

1 引言

目前，我国装配式建筑产业迎来了发展的春天，在国家政策强力支持下，产业、技术及应用领域均有长足发展。随着装配式建筑应用范围的不断拓展，其在工程质量管理与建筑结构设计精度上暴露出一些问题。萌发于建筑工程实践的BIM技术，能够较为有效地解决当下我们所面临的诸多问题。装配式建筑产业得以发展的核心原因之一在于，通过预先的结构设计能够满足建筑工程的空间配置及原料供给。换言之，在装配式所占比率较高的情况下，某一建筑工程已经在结构设计中被事先完成了。可见，建筑结构设计对于整体建筑工程来说极其重要。鉴于建筑工程建设过程的多方参与性、工程目的的高效节约性、生命周期中工程的易改变动性等因素，建筑结构设计几乎关联了从建筑工程方案到建筑物拆除的所有环节和事项。无论从建设本身，还是对建筑物事后维护，BIM 技术在其中的有效应用，必然能够一举多得，提高工程质量效率，同时利于其他与工程相关作业的开展。

2 BIM 技术主要功能与装配式建筑结构设计要点

2.1 BIM 技术应用功能与原理

BIM 技术兴起是建筑领域的技术革命，随着该项技术的不断发展与完善，其对于建筑工程的作用与意义是显著的，通常具有8 项功能。笔者结合传统功能定位与分类，认为其功能主要表现为4 个方面：

第一，优化工程设计。BIM 技术具有可视化的特点，经对建筑物物理结构信息的数字化处理，形成条线与空间的立体多维呈现，有效弥补了人脑想象力的不足。在复杂建筑工程设计中，其作用尤为凸显。此外，可视化功能更利于工程设计之初的研究探讨，实现首端设计最优；更利于前推项目建造等相关管理环节，实现多方广泛参与互动；更利于对构件参数计算与信息上的把控，实现精准设计，进而为高效与高质量施工打下坚实的基础。

第二，精确功能预判。这源于BIM 技术的模拟性特征，其可通过4D、5D 技术，对建筑主要环节功能进行模拟，如节能模拟、紧急疏散模拟、日照模拟、热能传导模拟等，突出了建筑功能核心，从而能够预先明确今后施工与改进计划。当然，对于控制工程造价、改进最初预想设计等亦具有重要作用。可见，BIM 技术的功能预判中蕴含着一种透视性的全方位管理理念，其透视性特点能够将建筑工程中的各环节进行集成整合，由传统模式下的概率衔接与应然应对，转向精确把握与预先管理。

第三，容错性较强。基于前述2 点技术特征，BIM 技术的容错性是较高的。这源于该项技术本身的流程设计与设计的流程性。即在多种因素作用下，具有不断完善和优化的强大能力。基于施工原因、新设计要求、新功能要求等主客观因素的变化，其完全可在原有设计数据的基础上，通过参数控制，进而改变、完善原有设计，并能有效评估相关“链式反应”（功能预判特点）。在此基础上，工程设计与建设才敢改、能改、善改，从而实现最优的建筑工程效果。

第四，一体化程度较高。不仅预先设计了建筑的条、线空间，规定了建筑所有实现的各种功能，且其设计贯穿于始终，包括工程项目的整个生命周期。通过三维模型数据库，容纳了从设计到建成使用，甚至是使用周期终结的全过程信息。

由上述分析可见，BIM 技术在某种程度上可被称作建筑工程的“基因”。

2.2 装配式建筑结构设计要点分析

装配式建筑结构设计要点包括技术策划、方案设计、初步设计、施工图设计、预制构件设计、构件加工图设计、构件构造节点设计7 项内容。首先，从设计的整体性上看，既要明确建筑类型、构件种类、构件标准、节点设计等多方面要素，又要格外注重砌块、板材、盒式、骨架板材等不同建筑类型在设计标准与技术标准等方面的差异。其次，在具体设计环节上，每一个设计环节均有各自较为完整的标准体系，如技术策划中会涉及成本管理、规模及项目定位等，方案设计中要平衡性能与组合要素，实现预制装配式建筑设计的系统化和标准化；再如，构件加工图设计中，不仅要加强与工厂等各方的交流，还需结合生产运输以及一般和特殊项目需求，充分考虑预制装配式建筑构件的临时设施安装问题、管线预埋问题等。构造节点设计不仅关系构件自身质量，同时是整体工程质量的保证。故在实践中反复考量并实现最优化设计，以满足建筑的装饰、耐久与物理性能。最后，从施工管理角度看，装配式建筑结构设计具有较强的流程管理特点，其基于装配式建筑标准规范的限定，推进集成化设计、工业化生产、装配化施工和一体化装修。强化技术策划首端预设与控制功能，并能在技术操作之余，很好地实现价值层面的意涵，如生产效率、节能环保、符合绿色建筑理念等。

如今，社会对装配式建筑的需求日益增强，要求不断提高。随着社会的发展，相比以往对构件精确性、便于施工管理、利用建筑物后期维护等方面提出了更高的要求，传统的结构设计已经难以对此做出合理应对【1】。通过比较可知，BIM 技术与装配式建筑结构设计不仅在理念、功能、价值方面具有共通性，同时在技术操作实践层面亦具有较为完整的契合度。因此，BIM 技术应用在装配式建筑结构设计中，不仅可为，且大有可为。其具体应用必然会在较大程度上促进装配式建筑设计不断完善。

3 BIM 技术在装配式建筑结构设计中的具体应用

一项技术通常优缺点并存，故应在具体应用中，对其优点要用足用尽，对其缺陷或不足要保持警惕。二者结合与具体应用中，笔者认为应从以下3 方面予以把握。

3.1 注重流程再造，强化优势互补

基于装配式建筑结构设计流程要点和BIM 技术的信息集成特点，首先界定应用范围，明确应用范围和应用程度。笔者认为，应从对建筑工程的整体管理入手，立足对整体工程的全面管理，重新打造设计流程，以最大化发挥BIM 技术的优化工程设计、精确功能预判、多元信息交互等功能，确保二者在互促互进中实现优势互补。首先，要引入数字化设计理念，实现各设计环节的智能化；其次，要实现各设计流程的一体化管理，从设计策划到施工建设完成，要在初始设计中给予通盘考虑，协调各环节不同专业技术特点，做好协同设计，确保各环节施工均在设计中有序开展；最后，要突出发挥信息交互、反馈及多方参与功能，确保设计内容为多方接受、构件设计符合标准、节点设计精准无误等。

3.2 明确问题导向，强化具体应用

在BIM 技术应用中，要着眼于解决现在装配式建筑结构设计中存在的问题，以问题和发展为导向，增强短板意识，提高BIM 技术应用的针对性。因我国装配式建筑技术起步较晚，现还面临一些发展中的问题。具体包括：（1）关键环节质量控制问题。如钢筋、套筒、浆锚搭接孔预埋位置角度不精准，遗漏节点与节点堵塞问题，夹心保温板拉结件锚不牢固问题，等等。（2）一刀切问题。如超出装配式建筑技术能力范围，无论什么建筑都搞装配式，徒增了费用和成本。（3）自身特点与规律特点突显不明。如在装配式建筑设计施工中，僵化照搬规范作业图或节点图，没有形成科学的设计规范体系，同时，在降低成本、提高工程效率等方面的作用发挥也不明显。因此，BIM技术应用于装配式建筑设计中时，必须首先直面短板，解决其发展中的不足问题，进一步深化设计方案，严格关键环节质量技术控制，强化对成本、效率、绿色建筑理念在装配式建筑设计中的价值体现【2】。

3.3 提升核心能力，强化引带作用

应明确二者手段——目的的关系，既要明确BIM 技术的手段工具价值，不应在应用中对其过分依赖，甚至将BIM 技术等同于工程设计本身。同时要警惕BIM 技术在建筑施工应用中存在的问题，并立足装配式建筑设计本身发展，寻找解决问题的方法。具体而言，BIM 技术有其自身的发展路径，其应用范围的广度与应用程度的深度，都不能从根本上解决装配式建筑设计自身存在的诸多问题。对于装配式建筑模型的选择、点线面空间位置关系布局、构件设计中人性化设计方案、构件技术标准等问题，还需从设计施工中找答案。另外，全流程管理理念是BIM 技术本身无法创设的，而只能依据人的管理需要，进而体现技术的价值。

4 结语

BIM 技术应用于装配式建筑设计中，对装配式建筑产业整体具有提质、增效的作用，能够较好地促进装配式建筑产业的高质量发展。二者的结合不应被局限在个别技术或流程环节上，而应注重在更高层面思考BIM 技术对于装配式建筑设计整体流程的功用与价值，惟有如此，才能科学、合理、客观地将该项技术应用好，进而发挥其更大的技术价值。