装配式建筑BIM深化设计研究

张之光 山东省建筑设计研究院有限公司

张 凯 山东省建筑设计研究院有限公司

近年来，装配式建筑的数量越来越多，同时与装配式建筑相关的研究和实践不断增加。装配式建筑与普通建筑存在明显的差异，其深化设计具有容错率低、协同度高以及精细化等特征。因此，装配式建筑深化设计中应积极应用BIM技术，充分提高深化设计的整体效率。

1 装配式建筑与BIM 技术

装配式建筑指的是提前确定预制构件并交由工厂进行标准化生产，然后在现场对预制构件进行装配、安装。近年来，装配式建筑在我国得到了迅速发展，原因在于其拥有很多优势：一是在工厂内预制构件的情况下，不需要现场下料，不仅能够缩短施工周期，还能减少施工现场的用工量；二是实现了部品生产工业化，可有效减少材料的使用量，同时材料的耗损量也比较低，避免了不必要的建材资源浪费，也能有效降低材料成本；三是仅需对预制构件进行安装，现场施工更加简便，无需现场进行切割作业，因此污染较小，符合环保、绿色的要求；四是在工厂内预制构件可以实现标准化、工业化生产，并通过验收确保预制构件的质量，避免了传统现浇工艺下的墙体渗漏、开裂等质量通病，可保障建筑施工质量。

BIM 技术是对建设项目的数据信息进行全面收集，并在此基础上建立项目的3D 模型[1]。装配式建筑设计中应用BIM技术时应先建立BIM 模型，所有构件在BIM 系统中均有编码，并且编码具有唯一性。施工现场只需借助编码便可以快速识别构件，从而便于组装构件，有利于提高施工精度与施工效率。

2 装配式建筑BIM 深化设计的要点

2.1 建立模型

装配式建筑BIM 深化设计中，建模是一项非常重要的工作，直接影响着后期工作的开展。通过采用BIM 技术构建装配式建筑的模型，可以为各参与方的协同作业奠定基础。在传统建筑设计中，主要借助二维CAD 软件来进行出图，而装配式建筑BIM 深化设计中是应用模型进行出图，能够有效避免图纸与实际情况的偏差[2]。

同时实践证实，BIM 技术是现阶段最有效的多专业协同设计手段。借助BIM模型可以开展参数化设计，各参与方可以借助这一点开展设计优化、协同设计等工作，以减少设计变更。此外，在建立3D 模型的时候，可以根据装配式建筑的实际参数，借助BIM 系统自动化地实现模块配置，明确安全步骤，从而提高深化设计的整体效率。

2.2 构件拆分

深化设计中，可以应用BIM 技术拆分装配式建筑的预制构件。建立3D 模型后，通过合理拆分预制构件能够确保工程的连贯性。在构件拆分中，借助BIM的可视化特征，设计人员可以明确预制构件整体与部分的关系，对各个节点进行良好把握。

通常情况下，装配式建筑涉及多种预制构件，因此在对预制构件进行加工前应优化设计预制构件的模型，以确保预制构件的质量，达到降本增效的效果。

例如，在某装配式建筑项目的深化设计中，需要充分考虑装配率问题、构件制作问题、安装工艺问题、空间结构及布局问题等，同时根据建筑的实际使用功能和主体结构形式等选择便于重复生产、适合装配化施工、模数协调的构件，另外还要做好构件拆分工作。而在构件拆分方面，BIM 系统中的Structural Precast for Revit 插件有着重要的应用价值，基于该插件可对构件进行合理分类与高效整理。该项目的预制构件包括楼板、墙板、空调板、楼梯板、阳台板、框架梁以及柱等[3]。

2.3 碰撞检查

BIM 具备碰撞检查功能，因此装配式建筑BIM 深化设计中可以应用BIM 技术开展碰撞检查。在实践中，只需先构建出装配式建筑项目的3D 模型，再启动BIM 系统中自带的碰撞检查功能，即可有效完成碰撞检查工作。同时，碰撞检查完毕后，BIM 系统还会给出相应的异常问题报告，从而为设计优化提供科学的依据与指导。

2.4 深化设计出图

装配式建筑深化设计中，建立三维BIM 构件模型之后，应以此为根据创建BIM 深化图，并对其进行有效处理，将各组件信息转换为二维构造图，以便于加工构件[4]。大型装配式建筑的预制构件类型和数量较多，以往工厂生产预制构件时的工作量较大，易发生计算错误，而通过应用BIM 技术可以有效解决这一问题。

借助BIM 技术可使用计算机软件对预制构件数据进行自动化分析，创建预制构件生产结构模型。与传统设计方案相比，建立在BIM 技术基础上的构件三维模型有利于提高预制构件生产的效率，更改索引的时候，与之相关联的工作索引和信息数据也会自动更改，解决了设计过程中应用程序信息不一致的问题。

此外，装配式建筑BIM 深化设计中，根据相关标准的要求与装配式建筑的需求，出图内容包括预制构件深化设计图、设计说明、预制构件平面布置图、图纸目录等。实践表明，借助BIM 技术可以实现预制构件深化设计图和预制构件平面布置图的100% BIM 出图，设计说明可以由CAD 模板生成，图纸目录可借助设计协同平台直接生成。

2.5 工程量统计

装配式建筑BIM 深化设计中，通过预制构件的BIM 模型可以对相应预制构件的钢筋明细、配件数量以及混凝土量等信息进行统计，同时可以通过轻量化转换对需要统计的工程量集成到构件库中，并借助工具集完成装配式建筑的工程量统计。

3 装配式建筑BIM 深化设计的优势

Revit 族库是一个族单元，可以对各种族文件进行编辑和驱动。对装配式建筑进行深化设计的时候，应对各种构件的预埋件、外轮廓以及配筋形式进行整合。外轮廓形状不同的情况下，预制构件也有所不同。

标准预埋件可以按照一般要求定位在预制构件中，Revit 族库根据族文件进行绘制，并存储在常规测量模型中[5]。族文件的图纸是完全基于构件中钢筋的形状对其弯曲角度和规格等参数进行编辑，并能定义基准面。

BIM 模型作为信息载体能够被共同使用，各参与方均可以借助BIM 模型对相关信息进行录入、提取、更新，从而实现有效协作。借助BIM 技术拆分构件的时候，可以保障零件图、局部图、平面图以及立面图数据的一致性，并可以有效提高工程图制作中解析专业信息的能力，将项目的意图准确表达出来。

以某装配式建筑为例。首先，机电、结构、建筑等专业使用Revit 软件对设计院CAD版本的图纸进行深化设计。其次，将各专业深化好的图纸导入Navisworks进行碰撞检查。

其次，全部碰撞检查完成后，由总包组织开展专题会，业主代表参加，对碰撞调整完成后的BIM 模型进行审核。审核未通过的情况下，根据业主的审批意见对各专业的深化图纸、模型进行调整；审核通过的情况下，各业主代表签字，各专业工程师将已经深化好的图纸导入二维图纸进行标注，并转换为PDF 格式申报。

最后，总包、整理、业主审核。审核未通过的情况下，按照批复意见进行整改，并再次申报；审核通过的情况下，打印图纸，专业工程师签字，下发施工。装配式建筑深化设计中应用BIM 技术可以有效确保深化设计的实施效果，为保障装配式建筑施工的顺利开展奠定良好的基础。

4 装配式建筑BIM 深化设计中面临的问题及其解决思路

4.1 面临的问题

装配式建筑在普通建筑的基础上增加了生产预制构件这一环节，为确保装配式建筑的建设质量，应积极开展深化设计。BIM 是以建筑工程的各项真实信息数据为基础制作工程3D 模型，是对建筑工程进行仿真模拟的技术。

BIM 技术在建筑工程领域有着良好的应用价值，原因在于其有着非常多的优势：一是可视化，对工程相关信息进行全面收集，并以此为根据建立3D 模型，将建筑空间结构关系显示出来，便能实现可视化；二是模拟性，使用计算机对设计方案进行模拟，可以实时观看模拟结果，检测设计方案中的问题，也可以对模拟结果进行灵活调整；三是协调性，BIM 可以实现对设计方案的合理优化，及时发现各种问题，并通过协调多方来制定有效解决方案。因此，装配式建筑深化设计中也要积极应用BIM 技术，以实现深化设计效率与质量的提高[6]。

但现阶段，装配式建筑深化设计实际应用BIM 技术的时候还面临着诸多问题，主要体现在以下几个方面。

第一，在装配式建筑深化设计应用BIM 技术的过程中，往往需要对大量的信息进行获取、协调与沟通，同时这些数据信息的耦合度相对较高。实践中，需要将来自施工单位、工厂、设计单位以及业主等各方的信息导入3D 模型中，借助3D 模型的模拟性、参数化、可视化、协同性等优势来开展进度模拟、碰撞检查、协同优化等工作。在导入数据信息时，必须严格按照一定的流程，如果无法做到这一点，则各专业数据不断导入的过程中便可能导致信息混乱，给深化设计带来严重的影响。

第二，BIM 技术是一种集成化技术，其对各种高新科学技术进行有机结合，融合了各种技术的优势。例如，BIM 系统中运用虚拟仿真技术，可仿真构建出虚拟的建筑模型；运用计算机模拟技术，可在计算机上将建筑模拟展示出来；运用三维可视化技术，可将二维的建筑设计图纸进行三维化。BIM 技术是建筑领域与现代先进技术有机结合的产物，在建筑领域中有着良好的应用价值，为推动建筑工程建设质量的提高做出了重要贡献。对其实际情况进行分析调查发现，Revit 是目前最常用的一种软件，它是国外设计、开发的软件，我国在进行实际应用的过程中进行了相应的调整，以实现本土化使用。经过大量的研究与实践，Revit 在建模方面已经比较成熟，但是在出图方面还与我国相关标准要求存在明显的差距，尚未建立样板文件与族库，同时不能根据我国标准对软件底层数据进行调整，这就给装配式建筑深化设计造成了一定的阻碍。

第三，装配式建筑深化设计中，应对预制构件的类型进行准确划分，并要尽早做好这项工作，以减少后期不必要的重复工作。但是装配式建筑的参与方众多，这就导致了预制构件可能发生变化。例如，一个设计可能会衍生出很多看似相同但实际不同的产品，采用BIM 技术的过程中，人工对这些预制构件进行建模、出图，工作量非常大。

第四，深化设计中，建筑BIM 模型建立完成后，应对信息进行整合、传递，以便于各专业的协同作业。但实践中，信息传递还面临着诸多难题，具体来说，单个BIM 模型的整合、传递效率相对较高，但不同BIM 模型之间难以进行信息传递。装配式建筑深化设计中，通常要在总装模型的基础上链接拼装多个预制构件的模型，采用BIM 技术的过程中难以对这些链接拼装信息进行有效提取。

4.2 解决思路

为实现BIM 技术在装配式建筑深化设计中的有效应用，充分发挥BIM 技术的优势，提高深化设计效率与质量，应制定有效的措施，解决上述问题。针对上述问题，可以从以下几个方面入手。

4.2.1 制定装配式建筑BIM 标准

装配式建筑深化设计具有分工较细和重复率较高的特征，为实现各专业之间有效分工协作，必须制定BIM 标准。制定详细且科学的标准，可更好地促进团队合作，有利于增强分工协作的效果。

4.2.2 制定模型拆分方案

装配式建筑深化设计中，按照专业的不同对BIM 模型进行整合、拆分，可以为各方的信息有序传递与协同奠定良好的基础。实践中，应根据装配式建筑的实际情况制定便于协同、符合计算机性能要求、符合专业分工的BIM 模型拆分方案。

4.2.3 BIM 模型深度规定

在BIM 工作中，BIM 模型深度是重要的依据。不同阶段的BIM 模型深度也要有所不同，才能切实满足各阶段对BIM 模型的实际需求。深化设计阶段，应对建筑、机电、结构、施工、生产等方面的信息进行综合考虑。由于BIM 模型深度需要反映生产和施工信息，因此BIM 模型深度应当高于施工图设计模型深度。

4.2.4 明确协同检查要点

由于深化设计中需要多方协同，且各参与方的信息会不断深入，可能发生各种各样的碰撞，如预制构件组装环节，可能出现拼接不协调或拼装冲突，因此应对协同检查要点进行梳理。

4.2.5 完善出图标准

应结合各参与方的需求和国家建筑标准设计图集，对装配式建筑深化设计出图的样图进行制定。样图中应明确图纸的类型与不同类型图纸的内容。图纸内容应当综合反映机电、施工、结构以及建筑等方面的信息，确保图纸深度可以满足各方要求。

4.2.6 Revit 软件二次开发

Revit 软件是目前比较常用的BIM 软件之一，但其作为“舶来品”，与我国装配式建筑的实际情况还存在一定的差距。因此，必须进一步对Revit 软件进行调整，使Revit 软件更加符合装配式建筑的需求，为装配式建筑深化设计的高效开展提供有力的支持。

5 结语

装配式建筑深化设计中实际应用BIM技术的时候，应把握好各个要点，包括建立模型、构件拆分、碰撞检查、深化设计出图、工程量统计等，确保各环节的效率与质量，从而提高深化设计的效果。同时，针对装配式建筑深化设计中BIM技术面临的问题，也要制定有效的解决措施，实现BIM 技术的深化应用。