BIM技术在装配式建筑结构设计中的应用

2023-01-13张少驰

建筑与装饰 2022年5期

张少驰

中国建筑第八工程局有限公司江苏南京 210000

1 BIM技术概述

BIM技术是指建筑信息模型，它是基于3D数字技术，收集建筑整个生命周期的信息，然后创建建筑的3D模型。该技术在现代建设项目中的应用，可以大大简化相关单位的规划、建设、监理等相关工作。BIM技术的本质是将数字信息应用到建设项目的全过程中，营造一体化的管理模式，确保有效的施工监理、资源管理和使用，将项目风险降至最低。在当前建筑行业快速发展的背景下，节能环保的需求日益增加，使得装配式建筑成为行业发展的主要方向。与传统建筑结构相比，装配式建筑效率更高，尤其是BIM技术的广泛应用，可以创建信息模型，在施工、运维等过程中交换信息，保障决策的科学、有效性。

2 BIM技术主要功能与装配式建筑结构设计要点

2.1 BIM技术的主要功能

2.1.1 优化工程设计。BIM技术具有可视化的特征优势，对建筑物的物理结构信息进行数字化处理后，创造出线条和空间的多维表现形式，进而弥补了人类想象力不足的缺陷。它在复杂建筑项目的建设起着至关重要的作用。此外，可视化功能在工程设计的探讨有利于实现初步设计的优化与完善；实现多方互动参与，更方便地管理构件参数计算与信息，并为高效、高质量的设计提供坚实的基础[1]。

2.1.2 精确功能预判。在BIM技术模拟性特征基础上，可以用4D和5D技术模拟建筑物的基本功能，如节能模拟、紧急疏散模拟、阳光模拟、导热模拟等，它可以作为未来建设和改进的预先指定计划。当然，它在控制项目成本和改进原计划设计方面也发挥着重要作用。事实证明，BIM技术的预测功能蕴含着前瞻性和综合性的管理理念，其前瞻性特性可以将建设项目的各方面与传统的概率通信方式相结合，转向精确把握与预先管理。

2.1.3 容错性较强。综合上述两个技术特性，BIM技术的容错性也比较高，其源于技术本身的设计过程。即系统在各种因素的共同影响下，拥有了强大的不断提升和优化能力。根据建筑设计原因、新的建筑设计条件、新的功能需求以及主客观各种因素的改变，才能根据原有建筑设计数据，采用参数控制，对原有建筑设计作出全面的完善与优化，从而合理地评价相关成果。在此基础上，建筑总体工程设计才能得到完善与提高，以达到最佳的建设效果。

2.2 装配式建筑结构设计要点

装配式建筑结构设计要点包括多方面内容。首先，从设计的整体角度来看，要明确建筑类型、构件类型、构件标准、联合设计等因素，同时要特别注意各类建筑的设计标准。例如板材、盒式、骨架板材等。其次，关于具体的设计环节，每个设计环节都有自己比较完善的标准体系。例如，成本控制、规模和项目定位都包含在技术规划中。又比如：在为零件的加工制作图纸时，不仅要加强与施工各方的联系，还要一些特殊项目的相关要求，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。结构装配的设计不仅影响着构件本身的质量，也关系到项目整体施工品质。最后，从施工管理的角度来看，预制设计具有很强的过程控制性，并且基于预制标准的约束，促进了一体化设计、工业制造、装配式建筑和一体化精整。除了技术操作，还要认识到生产效率、节能环保等价值观的重要性。

3 BIM技术在装配式建筑结构设计中的具体应用

3.1 BIM技术在装配式建筑设计的应用

与传统建筑有所不同，在装配式建筑结构设计中，主要考虑的两方面内容就是预制构件预埋和预留过程，这一环节的施工需要大量设计师的团结协作，同时对沟通的效率和及时性提出了较高的要求。以BIM技术为基础，构建标准化规划平台，支持设计师之间的协作与沟通、建筑信息的高效联动、规划方案的同步适配。在具体的工作中，设计师可以广泛利用云技术和BIM技术，将BIM模型的信息快速传输到集成的BIM设计平台，通过碰撞测试和自动纠错解决不同学科之间的冲突和差距。同时，B1M技术的联合设计，使得信息参数同步成为可能，方便专业设计师调整设计方案。

3.2 BIM技术在预制构件生产中的应用

在预制构件生产过程中，BIM技术的主要用途体现在以下两方面：一方面，预制构件生产流程中必须同时涵盖了建造和设计两个主要阶段。为提高预制构件生产信息的实际可信度，建筑制造商可以通过直接从BIM模型中获取各种结构的详细尺寸信息，进而制订科学合理的制造规划。在这些情形下，应该在制造的同时将过程状态传递到施工单位。此外，制造商还必须在生产中将RFID芯片用于各种设计，并在其中存储尺寸、材料类型、安装位置等信息，这也可以为后续的施工和管理工作提供便利。另一方面，对装配式建筑的模型测试和生产过程进行分析和优化。装配式建筑的规划完成后，规划部门必须与制造商共享BIM模型中各个预制构件的信息，便于制造商快速开展生产活动，进而提高施工效率。为保证数据信息与零部件成品系统的有效对接，信息处理参数可存储为条形码，实现生产过程的自动化，方便企业进行试生产。

3.3 BIM技术在装配式建筑施工中的应用

在装配式的施工建设中，BIM技术也可以进行仓储管控、现场综合管控以及施工流程的优化。尤其是在预制件的库存管理方面，通过应用BIM技术和RFID技术，能够大大提高预制件的检验工作效率，并进行电子化、自动检验，从而减少因人工检验造成的质量差错。同时，建筑施工者也能够在整个检验流程中随时随地查看有关预制构件的信息，以确定正确的安装方式[2]。其次，BIM技术还能够在现场管理中仿真装配式建筑物的施工作业过程，施工人员也能够使用该功能更进一步地熟悉并了解技术运用的基本要领，尤其是在某些关键部位的装配式建筑物部件的装配过程，其复杂程度允许施工人员进行反复的定向训练。另外，BIM技术还可用来在工地上智能规划道路，从而提升交通运输效能。最后，可以优化施工工艺，BIM技术的3D模型可以转化为5D模。在此基础上，建筑单位可以高效地对资源消耗进行建模，进而制定动态的施工管理计划，实现对施工的全面掌控。

3.4 BIM技术在装配式建筑中的后期运行维护

首先，BIM技术可用于管理设备的维护。例如，在发生火灾时，管理人员可以使用B1M的综合数据管理和应急管理功能，准确定位火灾现场，明确火灾所需的材料，使灭火变得更加容易。在进行设备维护时，可以从 BIM模型中快速检索现成组件所需的设备信息并联系制造商。其次，管理设备品质和能耗。BIM技术可帮助智能装配式建设等信息化工作，设备管理者也能够使用RFID技术对预制件质量进行快速了解来自构件生产商、运输和安装人员的相关信息，以便迅速精确地监控产品质量问题。另外，BIM技术还能够进行装配式建筑的绿色维护管控，例如，使用装配式部件中的RFID信号实时追踪建筑内的物料消耗，或者通过BIM软件在模型中分析使用情况。甚至在建筑的拆除阶段，BIM技术也能够成为建筑资源分类的重要手段，确保资源节约。

4 装配式建筑的发展现状

在装配式建筑领域，国内尚处于起步阶段，能够组装构件的制造商相对较少，制造技术和配置不能达到理想的生产要求。相关技术人才和劳动力相对稀缺，装配式建筑的人工成本高于传统施工方式，更不利于市场的发展。此外，装配式建筑的开发应用模型尚未形成，尚未完全进入产业化进程，离建筑一体化的目标还相距甚远。在管理标准方面还存在许多不足之处，不能完全控制和跟踪装配式房屋的生产需求，制造业对质量安全的要求进一步收紧。总的来说，现在正在慢慢探索装配式建筑的发展。

5 BIM技术在装配式建筑结构中应用措施

5.1 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技术的信息集成特性，首先需要明确应用范围，这就需要我们从项目各方面管理入手，重新设计和规划操作流程，充分利用BIM技术的优化结构设计、功能准确预测、多种沟通功能，保证二者在相互促进中实现优势互补。首先要呈现数字化设计理念，实现各个设计元素的智能化；其次，要对每个设计过程实行综合管理，从设计规划到完成，必须把原设计看成一个整体，协调各专业之间的各种相互关系。规范、良好的设计协同工作，确保所有结构环节在项目中有序进行。此外，还需要突出沟通、反馈和多方利益相关者的功能，确保设计内容为多方接受。

5.2 明确问题导向，强化实际应用

在建筑施工中运用BIM技术时，重点是要解决装配式建筑在设计与规划中存在的问题，并以问题为导向，加强对不足之处的认识。由于我国装配式建筑施工技术应用时间较短，在实际应用仍面临一些挑战和难题。第一，关键环节的质量控制问题。如砂浆锚栓嵌入钢筋、套管、搭接孔前角度不精确，遗漏节点或结节堵塞，夹芯板锚栓松动等。第二，一刀切情况严重。如果超过了装配式结构的规格，都会导致工作量和施工成本的增加。第三，自身特点和规律不明确。例如，标准化工作或节点图的刚性复制在装配式房屋的设计和施工中并没有成为科学的设计规范体系，其在降低成本和提高施工效率方面的作用尚不清楚。因此，BIM技术应用于装配式建筑设计时，首先要消除各方面的不足，纠正其发展中的错误，进一步深化设计方案，严格把控关键节点的质量和工艺[3]。

5.3 采取必要的经济措施

将BIM技术应用于装配式房屋结构质量管理，采取必要的经济措施，结合当前市场环境和建设项目实际状况，制定科学的重大经济对策，全方位规划资金需求，确保任何资金都能从中受益，真正发挥出优势。同时，制定BIM技术质量管理专项资金，实施资金合理使用，并进行相应的记录和管理控制。在专项资金执行要求的框架内提供项目质量管理资金。此外，在开展经济活动时，要加强对优质人员的管理，建立有效的奖惩机制，对表现突出的优质人员给予一定的奖励，以调动员工的工作积极性和积极性，进而提高工作质量和效率。只有这样才能为装配式建筑的建设奠定坚实的物质保障。