BIM技术在装配式建筑深化设计中的应用

刘立超

(安徽晶宫绿建集团有限公司，安徽 阜阳 236112)

1 概述

装配式建筑作为一种新型建筑，因其工厂生产、现场安装的建造方式，可有效解决环境污染及劳动力短缺等问题，大幅度提高建筑质量，已成为未来建筑行业的发展趋势，近十年来，国务院及全国多个省市已发布相关政策，倡导、鼓励、要求发展装配式建筑[1]。

建筑信息化技术(BIM技术)，具有可视化、集成化、参数化等优势，已逐渐代替传统CAD技术，因其可以应用在装配式项目的不同阶段，除了 BIM 软件构建信息管理的应用，也可以扩大其他领域的应用技术，包括其中虚拟现实施工技术、数据分析和数据挖掘技术，三维激光扫描、物联网、移动设备、云计算。应用 BIM 集成技术将建设终端网站，将是一个重要的工程实践和创新。目前多个城市已将BIM技术的使用作为投标及装配率计算的加分项。

装配式建筑相比传统建筑多了深化设计环节，在设计与构件生产间起到了承上启下的作用，传统施工图只包含设计阶段的信息，无相关构件的拆分及具体尺寸，构件厂无法用其直接指导生产，需对施工图进一步深化设计，达到指导生产与现场施工的要求。因预制构件对图纸的精确性及各专业的协同性要求较高，目前已逐步引入BIM技术作为深化设计的主要工具，且取得了良好的使用效果[2-3]。

预制构件深化设计是工业化住宅实施关键环节，也是工业化住宅优于传统住宅最集中的体现，集合了不同专业需求。目前工业化建筑合同模式下的构件深化设计主要由构件厂作为牵头人，由构件厂完成，即设计单位完成项目施工图后，由构件厂将需求整合后，结合构件自身生产工艺需求后，完成深化设计任务。

2 芜湖市晶宫江南府项目

2.1 项目概况

本项目占地面积为61 201 m2，总建筑面积为158 715.47 m2,地上建筑面积122 359.27 m2，地下建筑面积36 356.2 m2，容积率为1.998，共计16栋高层住宅，3栋配套公共建筑，装配率达55%以上(见图1)。地块需配建建筑面积不小于1 500 m2社区服务中心、建筑面积不小于2 000 m2菜市场及其他相关配套；户型面积为70 m2,90 m2,110 m2三种户型。

装配式建筑构件类型主要包括预制保温外墙板、预制保温外剪力墙板、预制混凝土隔墙、预制混凝土内剪力墙板、预制混凝土PCF板、钢管桁架预应力混凝土叠合板、预制叠合阳台、预制空调板、预制楼梯、预制梁等。

2.2 项目深化设计流程

2.2.1 模型深度确定

模型深度是BIM技术应用的基本，在项目的不同阶段，对模型深度有不同的要求，在规划设计阶段，模型深度较低。在深化设计阶段，需综合考虑建筑、结构、机电、暖通、给排水等多个专业的协同，反映实际生产、施工信息，并根据对应的模型制作施工指导动画。根据GB/T 51301—2018建筑信息模型设计交付标准可知，其模型单元分级及精度等级划分如表1，表2所示。

表1 模型单元的分级

表2 模型精细度基本等级划分

2.2.2 模型拆分

基于项目实际情况和计算机硬件性能，按照不同专业对项目模型进行拆分和整合，使信息更加方便高效的传递，有助于后期项目的各方协同。以本文项目为例，将项目按照楼栋-楼层-专业进行拆分，由于项目为住宅，可简单分为地下部分、地上现浇层数、预制标准层、顶层，其拆分整体布局为总体模型→某号楼模型→地下室、标准层、现浇层、顶层，其中标准层包含各类预制构件、施工临时构造、暖通、机电、给排水等各类模型。具体模型完成情况如下：

1)地下室模型：本项目地下室为现浇结构，建筑、结构、机电等专业单独完成后通过链接进行各专业模型拼装，最后完成模型的查缺补漏。

2)地上现浇层模型：本项目1层～3层为现浇层，主要分为结构部分与建筑部分，实际建模方法与地下室模型类似。

3)标准层模型：根据装配率计算要求，立足安徽省装配率计算要求、工厂生产能力，选择合适的拆分方案。

2.2.3 深化设计

以钢管桁架叠合板为例。在BIM软件中(一般采用revit软件)对整栋建筑进行模型绘制，首先依靠拆分方案，将板按照“少规格、多组合”的形式进行拆分，完成后根据叠合板尺寸大小进行编号，并根据板的尺寸进行单向板或双向板的确定，再根据建设单位、设计单位及构件生产单位要求，选定叠合板拼缝形式，本文项目叠合板为密拼缝。针对叠合板设计要点，采用revit中族功能新建一个参数化的预制叠合板族，主要包括板的长、宽、高、主筋位置及尺寸、分布筋位置及尺寸、钢管桁架位置及尺寸，基于此族的基础上，通过改变某些参数可以得到型号各异的预制钢管桁架叠合板。

结构专业完成设计后由建筑、机电、给排水专业进行机电管线的布置，并留有孔洞，针对较大孔洞需进行洞口加强，若存在同尺寸板管线位置及洞口大小不一时，可对叠合板编号进行适当扩充，完成叠合板的三维模型后，统一链接到模型中进行错误检查，如碰撞、尺寸偏差等，校准无误后利用BIM软件自动生成图纸、料表、钢筋加工表等重要资料。

2.2.4 BIM深化设计出图

装配式建筑的图纸包括拆分图及单个构件的深化设计图，同型号构件可共用一张图，因其设计范围小，复杂程度相比传统施工图有所降低，实施标准化较为快捷，以钢管桁架叠合楼板为例，需要包含建筑、结构、机电、给排水等专业的施工信息，保证图纸深度达到生产及施工要求，其至少需要2张图：

1)模板图：主要反映预制构件的尺寸、构配件、预留孔洞、定位、吊点等信息，包括正视图、俯视图和右视图，针对复杂构件，可根据实际情况添加对应的剖面图。

2)配筋图：主要包括预制构件的钢筋信息，包含钢筋位置、尺寸、型号以及BOOM表。

3 装配式建筑BIM技术深化设计应用的优势

3.1 协同工作

项目的深化设计需建筑、结构、水电、设备等多个专业完成，同一专业也需多名设计师参与，相比于传统设计易存在的错、漏、碰、缺等问题，BIM技术利用工作集和链接模型很好的解决此问题，即多名设计人员可在一个模型文件上进行绘图，能随时观察到其他专业的进度及构件位置、尺寸等信息，合理绘制本专业图纸。最终可通过链接模型的方式，将多专业模型进行链接归并，达到统一的效果，便于检查错误及专业间的干扰。

3.2 视图关联与料表自动生产

在BIM软件中，通过对模型的建立，可做到对不同视图(平、立、剖、三维等)的观察和修改，修改后，其相应视图会同时修改，与之对应的料表也会变更，极大程度的节约从业人员工作量，提升图纸正确率。

3.3 参数化设计

装配式建筑因为特性，将建筑分为多种不同尺寸的构件，同类构件主要区别在于尺寸的差异，BIM软件因其自带参数化设计功能，利用BIM软件的参数化功能绘制预制混凝土构件，同类型构件只需一个模板，根据实际尺寸填入对应参数，极大的提升绘图效率，因软件已存入相关规范，若设计人员出现尺寸偏差或结构错误时，可及时报错。

3.4 三维图形与二维图纸自动生产

BIM软件基于三维成像基础进行图纸的绘制，可完成模型信息协同编辑、实际物体布尔运算、参数化表达技术、数据保存、大型场景信息组织、外观渲染等，模型完成后，可根据设计师要求进行平面、立面、剖面图提取，并给予部分插件进行自动标注，生成施工图。

3.5 IFC数据交换标准格式

IFC数据格式是一个公开的标准，是一种基于数据信息模型的对象文件标准格式，是目前BIM核心软件中普遍存在的格式。IFC标准的提出为整个建筑行业提供了一个可以描述整个项目周期数据的、不依赖于单一数据系统的中间数据标准，应用在全生命周期的阶段之间的信息数据传递与共享。BIM软件生成的模型可导出IFC格式文件，便于其他软件进行文件共用，实现模型信息的多项应用[4]。

4 装配式建筑BIM技术深化设计的应用难点分析及解决措施

4.1 存在的问题

1)逆向设计：目前结构及建筑设计最终出图多为CAD图纸，深化设计人员在拿到图纸后，若运用BIM软件进行翻模出图，不可避免的要重新建模，增大工作量，且翻模的过程中可能存在些许错误，影响后期出图精度。

2)沟通难：BIM深化设计与上游规划设计单位及下游生产施工单位沟通多，信息量大，参与人员多，沟通复杂。深化设计人员需根据业主、设计方、构件厂、施工单位、预埋件供货商等单位进行信息交流，将各方要求融入图纸中，如果缺失统一的流程及信息优先级的约定，导致各方信息及要求存在一定的冲突，为深化设计工作带来一定的难度，造成图纸的复杂及大量的变更[5]。

3)构件种类多：同类型构件虽然做到标准化，但存在细微差别，如预埋件位置、线盒位置、线管走向、正反手等，导致有差别需单独出图，增加图纸量和深化人员工作量，且上游设计单位按传统结构设计，未考虑深化设计及工厂生产，为后期深化带来了一定难度，增加了构件数量和种类，使得企业生产施工成本增加。

4)模型数据传递不畅：传统的数据传递形式为线性传递方式，顺序为：规划单位→设计单位→深化单位→构件厂→施工现场，信息传递流程慢，准确度差，若部分问题需多个单位协同处理，则会出现互相“踢皮球”现象，严重阻碍项目的推进，影响工期。

5)数据缺乏统一管理与运用：目前深化设计图纸及模型多为一个项目使用，完工后模型及数据封存，缺乏对数据的整体利用，针对不同项目同类问题重复出现，多依靠技术人员的经验，缺乏可靠的理论依据，不能形成固定的体系供新人学习。相关技术总结、进度计划安排、质量、安全、成本、现场管理等数据并未融入模型，并加以利用。

4.2 解决措施

1)正向设计：从源头解决问题，项目规划阶段，采用BIM技术，后续设计、深化、生产、施工、进度、质量、成本等各方面信息都在此BIM模型上进行细部添加或相关信息输入，为项目收尾做好信息收集，为下个项目提供相关经验，其流程见图2。

2)整体沟通：利用BIM技术作为信息平台，各参与单位立足于项目整体质量、进度、安全、成本的角度，在项目实施前、实施中、实施后提出相关建议并输入信息平台，各参与单位均可在信息平台收到信息，并针对问题对模型进行优化，寻求最优的解决办法，避免单线交流引起的问题解决周期长、难解决等问题。

3)优化深化设计：项目设计之处，深化单位上传相关构件族库、构件模数，工厂上传其生产能力至BIM信息平台中，设计单位根据此类相关信息进行设计，做到标准化、模数化，深化单位在此基础上做到构件的少种类、多组合，为生产单位节约模具成本。

4)信息利用：项目实施前，根据已有图纸及模型，对项目成本做到细致的预算，实施过程中，利用BIM模型及平台，对资金的投入、质量的把控、管理的措施、安全的针对防护做到全面细致的掌握，并根据掌握的信息，实时更新相关计划，使项目始终处于动态管理中[6]。

5 结语

BIM技术作为一项新型建筑设计类工具，因其具有可视性、协调性、模拟性、高效性等相关优点，可与装配式深化设计有较深的契合点，目前已逐步推广，但也存在BIM软件的文件格式不一致、BIM平台投入高、项目信息化程度低等不足之处。立足目前装配式深化设计发展现状，应做到以下几点：

1)制定深化设计的BIM标准，包括模型的建立、拆分、精度等，促进协同设计，减少后期图纸的变更。

2)在实际项目应用中，应不局限于出图、管线碰撞检测、预拼装、做视频等功能，应对项目产生的信息加以利用，如项目质量、安全、进度、成本等方面的统计。

3)针对BIM技术，从使用工具的角度转变为信息综合处理平台，BIM技术单纯作为深化设计的工具，其优势仅限于提高出图效率，应向上游设计端推广，下游生产施工端深入，以BIM技术作为基础，打造信息化平台，掌握施工全流程信息。