BIM 技术在装配式建筑设计阶段的应用探究

刘喻可馨 叶子铭

（江西理工大学，江西 赣州 341000）

1 BIM 技术在装配式建筑设计阶段的应用价值

近年来，随着我国数字信息技术的快速发展，BIM技术在建筑行业受到了广泛的关注和应用，并展现了其高度的实用性和先进性。BIM技术贯穿了从设计到施工再到运营维护的工程项目全生命周期，进行一体化管理，实现各阶段的信息共享。在设计阶段，BIM使建筑、结构、给排水、空调、电气等各个专业基于同一个模型进行工作，将整个设计整合到一个共享的建筑信息模型中，并对施工过程进行仿真模拟，可以将提前检验设备的空间布置是否合理，结构与设备、设备与设备间的冲突以及管线与建筑结构中的碰撞点更加清晰直观的以三维形式展现出来，设计人员可以及时地在三维模型中调整好不合理处再出图，能够更加精确地指导构件的生产、装配工序，提高工程质量，促进设计生产施工的一体化过程，加快工程进度。同时，BIM技术构建了一个高效的协作平台，使得工程参与各方协调合作，项目各阶段紧密衔接，提高了工程整体效率，避免返工情况的出现，有效降低工程成本。

2 装配式建筑BIM 技术主要设计流程

2.1 BIM模型构建及结构模型转换

传统的二维CAD 图纸难以做到对细节的准确设计，容易导致施工实际情况与设计相脱节并且深化设计效率较低，继而影响工程的进度及质量。而BIM 技术通过构建三维模型能将建筑、结构及安装各专业相衔接，设计人员能更直观地了解设计方案存在的问题，并及时作出改进。

首先根据相关建筑标准及项目规划、投标方案，建筑专业进行建筑图纸的设计和建筑平立面BIM模型的构建（本文以使用Revit 软件为例），提出设计方案并提交给各相关专业。

结构专业收到建筑模型后，通过数据转换端口，可以将Revit 模型转换为结构分析模型，由结构专业设计人员展开分析计算工作并完善和调整结构模型，最后将结构模型导入回Revit软件中以供其他专业使用。当出现信息数据缺失，结构模型发生移位、失真等情况，导致设计无法衔接连贯时，需要进行人工干预，分析原因后调整并进行预防。实际工程中，较多使用结构分析软件有YJK、PKPM和Etbas 等。

2.2 构件拆分

装配式建筑的一大特点就是对不同的结构构件进行生产加工，再组装成整体的建筑。因此，对装配式建筑的结构构件进行拆分，可以提前确定生产设备加工生产构件的尺寸参数和连接方式等信息，方便后期工厂加工组装，对保障装配式建筑建造的连贯性具有重要意义。随着装配式建筑发展趋向标准化、模块化，建筑的平立面布置排列和结构构件的选择也趋于相对统一。此时，可以利用Revit 的预制构件库建立标准预制构件，在实际工程可以直接调用标准构件库的相应构件，并且只需要简单地进行参数修改即可进行模型的拼装。

构件拆分要遵循规格尽量统一，组合相对灵活，受力必须合理，运输组装方便的原则。例如，设计中，多将柱拆分为单节柱，更容易统一规格，保证垂直度，也更加易于装配运输。BIM技术可以在人工拆分构件的基础上对细节进行优化调整，不仅大大减少了设计人员进行构件拆分的工序和时间，对装配式建筑降低造价，提高工程质量和保证工程的连贯性也具有重大意义。

2.3 预埋件的设计及布置

预埋件是指实现预埋或安装在隐蔽工程中的构件，对提高工程内部稳定性和整体稳固性起着重要作用。主要分为结构连接件（钢筋、锚固件）、支模吊装件、填充物、水电暖同等功能件和其它功能件。考虑到构件的截面尺寸和构件之间的连接节点设计，要求预埋件的数量、规格、预埋深度和高度设计精确，一经设计生产便不可轻易更改位置。钢筋族可以利用软件中已经配置了“钢筋形状样板文件”创建，但是这样创建的钢筋无法嵌套入其它的族文件中，很难进行预制构件参数化配筋。一般利用Revit“公制常规模型”功能进行预埋件建模，若同类型预埋件尺寸有差异时，可通过新建族类型进行参数设置。

2.4 碰撞检查

碰撞检查主要是指在生产前检查构件与构件、钢筋与钢筋、钢筋与预埋件以及预埋件与预埋件的碰撞。BIM软件可以将不同专业的模型整合成一个三维模型，进行本专业的构件间和不同专业的构件之间的碰撞分析。并且能够将连接细节和碰撞检查出的问题直观地进行可视化展现，设计人员能更好地进行优化调整。此外，不同的软件间还支持相互转换导入，因此可以实现所有专业的碰撞检查，并自动生成检查报告，设计人员可以实时提取数据信息并进行集成分析，可以最大程度避免实际工程中碰撞现象的出现。

3 BIM 技术在装配式建筑设计阶段应用实例

3.1 工程概况

项目位于德清县雷甸镇浙江建工集团钢构基地内，建筑主要功能为集体宿舍，共两层，总建筑面积1040 平方米，单层建筑面积为520 平方米。设计层高为一层3.6m，二层3.4m，建筑总高度为7.6m,装配整体式混凝土框架结构。

3.2 BIM模型建立

本项目利用BIM进行正向设计，介于该项目功能繁多、设计难度大，故分专业进行模块化建模，构建了不同专业的协同模型（图1），包括建筑、结构、机电、给排水四个专业。各专业分开建模导致信息数据较为分散，需要组合为一个整体模型。通过Revit 创建链接命令，确定统一基准点，进行信息关联，将各专业独立的模型整合到一起，便于后期数据的有效分析和信息的完整传送。

图1 各专业协同模型

3.3 构件拆分

为了增强结构抗震性能和提高预制率，本工程采用了新型预制框架结构，用斜钢撑取代了现浇混凝土墙，并实现了主要结构构件梁、柱、外墙、楼板的装配整体化和其他结构构件，如楼梯等构件全预制化，单体预制率为83%。并对预制柱、预制外墙、预制梁、预制楼板、预制楼梯等预制构件进行了精细化拆分、参数化设置及族的创建等工作，提高了设计的精确度和避免了生产施工中的一些可预见问题的产生。

图2 标准层构件拆分

3.4 节点设置

在结构模型的基础上，本工程各预制构件之间、预制构件与现浇结构之间的标准节点直接从节点库中调用，非标准节点则进行参数设置创建新的节点。利用参数化设置同样可以对钢筋的类型、弯钩、长度等参数进行设置并导入标准库，对于一些不同构件相同配筋的情况可直接从标准库中调用。预留孔洞则通过插件和三维开洞技术确定孔洞的尺寸及布设位置。

3.5 碰撞检查

通过建筑、结构、机电、给排水专业的模型构建和模型整合，对各专业的进行碰撞点检测。主要进行机电专业、结构专业的自检，机电专业与结构专业的交互检查以及节点的检查。

结构模型的自检主要检测各结构构件之间、构件和预留洞口的冲突情况。例如检测门窗的开洞位置与结构柱的布置是否发生重叠，楼梯或电梯与楼板的开洞位置是否产生碰撞。本案例中出现了一层梁、墙空调洞口错位，墙板碰撞重合，相邻墙板尺寸设计误差20mm；外墙墙缝宽度设置不一致，与相邻墙缝相差20mm，需要对图纸进行修订。

机电专业的管线交错复杂，基于2D 的设计很难预估实际的排布状况，高密度的管线间的容易出现碰撞交叠的情况，以及因为管线尺寸选择和排布不合理造成净高不足的问题，特别是管线更加密集的地下部分。需要在结构、建筑模型基础上建立机电管线模型，核查碰撞问题，优化管线走向布置。

将机电专业和建筑、结构专业模型整合成构建全专业模型，检查对管线是否出现穿梁、柱等结构构件的情况，以及管线的排布是否和预留洞口的位置相吻合等情况。本工程中出现了在后勤仓库处消防管道预留净高不足，与截面尺寸为1200mm*500mm 的梁发生碰撞，需要考虑穿梁通过。

节点的检查优化主要包括预埋件和钢筋的碰撞检查及调整优化。埋件的检查优化主要在结构模型基础上建立预埋件模型，通过碰撞检查和模拟施工检测节点设计的合理性和预埋件的连接情况，对存在碰撞冲突的构件进行分析优化。钢筋的碰撞检查主要通过建立钢筋模型并进行组装，发现并解决节点钢筋碰撞问题，并对相应的钢筋位置进行优化。（图3～6）

图3 结构专业碰撞检查

图4 管线碰撞检查

图5 预埋件碰撞检查

图6 钢筋碰撞检查

3.6 工程量统计

利用BIM 软件能够统计工程项目所有预制构件和非预制构件的数据信息，如现浇混凝土的体积、预制混凝土的体积、配筋情况以及内外维护构件的表面积等详细的工程数据。通过提取预制构件清单能够计算出工程的装配率以及后期的预算造价工作所需要的指标，提供了数据支撑，减少了人工误差。通过在Revit 软件中提取构件的加工图，自动统计材料清单并加以编号归类，对于后期的生产采购、设备选型工作提供了依据，提高了工作效率。

3.7 BIM成果出图

经过设计方多次的调整优化，已获得最佳设计方案。此时，利用Revit 软件的出图功能直接导出三维的BIM模型，进行三维表达，能更直观地展示设计成果。若发生设计变更时，能够直接调整三维模型，导出新的图纸，减少了因设计变更所产生的巨大工作量也避免了细节信息数据的遗漏。同时，Revit 软件可以批量导出DWG 格式的二维图纸，进行三维辅助出图。

4 结论

装配式建筑的BIM技术的碰撞是我国建筑业朝着智能化、工业化转型的必经环节。BIM技术在装配式建筑设计阶段主要高效完成结构分析优化、构件深化设计、工程量清单统计、图纸输出、构件指标分析等工作内容，对推进装配式建筑的快速发展作出重要贡献。然而，BIM技术不仅仅是解决建模、碰撞等问题，它更主要的是强调各项目参与方的协同合作。但现阶段设计人员之间及各参与方之间还无法实现高效地协同合作，这是BIM技术发展亟需解决的问题。但相信随着技术难关的突破以及配套政策的完善，BIM技术与装配式建筑能更加深入融合，为我国建筑业的转型发展提供新思路、新前景。