BIM技术在装配式建筑深化设计中的应用

耿君

（合肥工业大学设计院（集团）有限公司，合肥 230000）

1 前言

BIM技术是减少工程建设复杂度的重要手段，其在应用过程中易受人为、环境等因素的影响，从而降低了其应用的可信度。由于装配式建筑预制的特点，使得施工管理变得更加困难。在预制构件中应用BIM技术，由于其市场环境较差，不能适应这种建筑物的施工和利用。因此，要加强BIM技术应用的科学性，即通过建模、可视化、信息化等手段来提高其运用的科学性与合理性，从而增强其在装配式建筑工程应用中的安全性和稳定性。

2 装配式建筑和BIM技术概述

2.1 装配式建筑

预装配式建筑是一种利用预先装配好的构件进行现场装配的建筑。与传统的现浇结构相比，本工程具有快速施工、节能、环保等优点，但结构设计难度大、整体性差。目前，预制建筑在国内的发展尚处在初期，在市场中所占的比例并不高，造成这种现象的主要原因有：一是大众对装配技术认识不足；二是没有对预制件进行推广、改进与发展，也没有对系统和关键技术进行整合创新[1]。

2.2 BIM技术

BIM技术是以有关资料为基础，利用数字技术来模拟建筑物的实际情况，利用三维建模技术完成项目监控、设备管理、数字处理、项目管理等。BIM技术的特点是信息的完整性、相关性、连通性、可视化、可用性等。BIM作为最后的组装信息管理平台，能够为用户提供一个直观的演示。此外，标准的部件和设备数量可以标准化，并且可以创建数据库、设备系统。同时，利用BIM平台对每个构件进行编码，采用二维代码作为识别目标，并将BIM部件的参数和结构图结合起来，以达到精确的预制。

3 在装配式建筑中应用BIM技术的意义

3.1 能够转变施工管理的现状

传统的装配式工程管理工作只能在预制场中派专业人员进行监测，由于施工人员的能力、观察力、技术水平等因素的制约，导致施工成本控制不合理、设计精确度不高，而采用BIM技术后，可以提高成本分析的精度，并将市场上的各种材料的价格信息录入到系统中，既可以自动比较成本，也可以保证设计的精确度和合理性。根据现场的具体条件进行设计，并在设计完成后，系统会自动分析设计过程中的缺陷，有没有施工上的变化，并给出相应的解决方案，保证设计的精确度。此外，在使用过程中，该系统还具有自动过滤功能，防止了数据重复输出的不合理现象，提高了各个部门、各个工序之间的协同作用，减少了工作人员人数，这样可以有效控制和减少项目的费用。

3.2 能够提升施工的可视化

在使用BIM技术的同时，还可以提高可视化的程度，保证资源的使用效果，主要是在使用BIM技术的时候，在此基础上，可以将工程资料录入到系统中，构建出三维模型，而5d模型部门则可以利用这个模型，了解不同的资源利用状况，并根据不同的工作环境，进行相应的管理和协调。其次，利用建模技术与功能，将各工序的模型与各施工单位共享。有了模型的支持，施工单位就能清楚地了解他们的工作内容。最后，技术人员通过云计算平台，进行预制构件的加工，并在此基础上对预制构件的性能进行比较和分析，对标准的形状、尺寸、参数进行了严格的控制，提高了施工的质量，避免了装配误差。比如，技术人员通过可视化的方式，对预制构件的尺寸参数进行可视化的调整，并对钢筋直径、强度进行明确的规定。这样既能保证施工的质量，又能防止出现误差和其他错误。

3.3 有助于控制周期进度

在采用这种技术时，可以对各种构件的安装、墙体浇筑等进行可视化的指导，并对存在的工程质量风险、设计变更、现场安装等方面的问题进行预测，提出相应的预防措施，避免出现问题，从而缩短施工周期。为了防止噪声污染，很多装配式建筑都会在晚上进行现场安装，而BIM技术则可以精确的计算出噪声污染与光污染，从而制定相应的控制措施[2]。

4 在装配式建筑深化设计中BIM技术应用现状

与传统结构相比，装配式建筑增加了预制构件的制造过程，要求其结构更加精细、高效、协调、低误差。随着BIM技术的发展，对装配式建筑深化设计进行了深入的研究。但是，在实践中，也有一些问题[3]。

4.1 BIM技术在装配式建筑深化设计中的问题

第一，在进行深化设计时，BIM需要大量的沟通、协调和获取信息，而且需要高度的耦合。在此基础上，利用BIM技术将这些信息引入到三维建模中，利用建模的可视化、参数化、仿真和协同作业等特点，实现了冲突检测、进度模拟和协同优化。在进行数据资料的输入时，必须有一个统一的程序和准则，否则，在深化设计过程中，由于各个参与者持续地导入本专业相关的数据，这样会导致信息的错乱，影响到工作的顺利进行。

第二，目前，欧特克公司的Revit是国内最大的BIM软件，这是一款国外的软件，在中国的众多工程实践和软件开发商的努力下，Revit一直在进行着调整，以更好地满足中国的需求。目前Revit的建模技术比较成熟，但是在出图上还没有达到国内标准的要求，缺少相关的族库和模型，软件的底层数据无法按照国内的标准进行相应的修改。

第三，在进行深化设计时，应对预制构件的数目进行分类，以减少重复性工作。由于项目各方的深度介入，可以从一种设计中衍生出更多形状相似但大小不一的产品，而在BIM技术中使用人工建模、绘制图纸时，往往会产生大量的重复和机械性工作。

第四，建立好BIM技术的模型平台之后，将基于BIM技术的信息资料进行传输与集成，从而方便了各个专业的深入设计工作。但是，目前BIM设计软件中的信息传递还存在以下问题：单个模型无法有效地进行信息的传输和整合，模型之间的信息传递效率较低。特别是在装配式建筑中，由于要将多个预制构件的模型连接到一起，BIM技术不能很好地对这些数据进行提取。

4.2 解决方案

为了有效地解决上述问题，应从技术和管理两个层面着手，为在装配式建筑中运用BIM技术进行深层次设计奠定基础。

4.2.1 BIM规范的制订

这是各个专业分工合作的基础，特别是在分工明确、重复率高的情况下，更是如此。

4.2.2 模型拆分原则的确立

通过对BIM模型的拆分、集成，可以促进各参与方之间的协作和信息的高效传输。

4.2.3 确定BIM模型深度

模型深度是BIM数据平台工作的基础，根据工程建设的不同阶段，不同的模型深度要求也会有相应的要求。

4.2.4 对冲突的重点进行梳理

装配式建筑的深化设计涉及各个参与者的协作，由于信息的持续输入，导致了不同的冲突，因此对其进行重点梳理和冲突检测。

4.2.5 完善BIM深化设计制图规范

结合国家标准图册及项目各方的特殊要求，制订BIM深化设计制图规范，明确图纸的种类及具体内容。

5 BIM技术在装配式建筑深化设计中的应用

5.1 优化设计方案

在工程项目开始前，有关部门要对施工场地进行分析，对施工中所采用的技术、所需的材料以及要注意的问题进行分析。在设计方案编制的时候，相关的设计人员可以通过BIM技术建立一个三维的数据模型，从而更好地判断出施工需要达到的效果，以及满足开发商和业主的要求。

同时，结合装配式建筑的特点，对建筑结构进行分析，通过数字化建模进行建筑结构的划分、建筑结构的设计要求、建筑结构的造价等方面的分析。其次，通过BIM技术，将建筑的3D模型进行分解，并将建筑结构具体化，分析其构成和施工标准，以保证其符合实际需要，并对其进行细化分析，最后通过BIM技术对其进行组装，并进行可行性分析。BIM技术能够更客观地反映设计在其施工中的运用状况，通过数据模拟分析设计是否合理，是否能够为工程建设提供依据。

5.2 BIM技术在工程模拟中的使用

装配式建筑的主要施工工作是进行前期的建筑规划和模拟，在这个过程中，工作人员会利用BIM技术对建筑进行建模，通过建立模型分析建筑模拟效果、能耗分析、成本分析等，从而降低后期的组装问题。比如在某小区的规划设计中，工作人员就是利用BIM技术，将房屋建筑与周围的环境进行建模，然后根据设计图纸和模拟数据进行对比，再进行下一步的设计。在二次设计的时候，利用BIM技术，工作人员可以对装配式建筑构件进行详细的设计，比如房屋的大小所要用到的材料用量、房屋的位置与实际的位置的匹配，这样就可以将施工的情况与规划配合起来，从而提高整个装配施工的工作效率。

5.3 预制构件生产中的合理运用

在预制构件生产过程中，应注重BIM技术的应用，将预设数据信息传递到数据平台上，包括构件、材料、型号、参数等信息，并将这些信息传递给供应商，以确保供应商在最短的时间内完成预制构件的制造，从而提高预制过程的工作效率。同时，还要通过数据平台将预制生产过程的信息实时反馈给施工单位，便于施工人员了解预制生产工艺参数、规格、尺寸是否符合设计规范，防止因参数不合理而延误工期。最后，在工厂完成了预制构件的制造工作后，还要利用BIM技术，通过RFID芯片来检测构件的材质、质量、尺寸等，并进行相应的调整，以保证各项指标的一致性。

5.4 BIM技术对于施工场地的布置

对装配式建筑施工现场进行合理的布局，不仅可以实现绿色施工，而且可以合理地调节施工现场的空间分布，减少施工中的阻碍。首先，工作人员根据BIM模型，对施工现场上的建筑材料进行放置，根据实际工程的规划，合理调整建筑材料的摆放位置，防止物料的堆放会影响到施工现场的绿化，也可以有效地提高建筑材料的运输效率。其次，利用BIM模型对施工场地的空间进行划分，既保证施工场地的使用效率，又降低了施工对场地的影响，并按照施工要求，将施工场地的绿化面积控制在5%以上，达到绿色化的施工目标。

5.5 设计装配式建筑深化架构

为满足构件的规范化需求，进行再设计，在设计阶段预设施工深化体系是通过BIM技术在预制结构中的运用。运用BIM模型对传统的施工模式进行了比较，并将整个可视化的深化设计分为三个阶段。通过集成管线协同设计预成型机制建筑将建筑项目简化为一个可视化的预制结构，通过对设计阶段的模型和组件库中的产品进行比对，从而实现了对装配式建筑的深化和三维设计的结合，通过对“二维”的施工图纸进行了修改，并将其融入了图纸中，从而降低了设计图纸和标准部件的误差。

在深化体系结构中，构建了一个建筑信息库，通过BIM技术，对建筑空间进行了再检验，并将相应的设施和设备与工程建设信息数据库连接起来。在建筑空间和设备设施的交汇空间中，将建设完成后的信息仓库引入到深化体系结构的设计之中。在BIM框架中，对工程建设中存在的各种危险进行了仿真，采用三维建模方法，将工程建设中的实际工程信息和设备设施与工程图进行了联系。针对装配式结构的深入结构，通过对施工过程的碰撞检验和对传统建筑的预制构件进行判断，在深化结构的基础上对工期进行严格限制保证施工内容与设计的深化，避免因缺少富有建筑经验的专业人员而导致施工困难。采用深化体系结构，对建筑工程中的构件进行了可视化，减少了设计人员和施工方之间的交流时间，同时也加深了建筑设计人员对结构体系的认识。

6 结论

随着我国市场经济的不断发展，建设单位之间的竞争日益加剧，建设单位要在市场上建立自己的竞争优势，就必须要提高自己的工作效率和质量，同时还必须改进自己的施工方法，缩短建设周期，降低成本。BIM技术具有参数化、可视化、模拟化、协调性、动态化等特性，对建筑行业的可持续发展具有重要意义。因此，在装配式建筑深化设计中，科学合理地应用BIM技术是非常有必要的。