装配式建筑设计中BIM 技术的应用

戴甜杰

（福建省环境保护设计院有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

在装配建筑设计工作中，运用BIM 技术是一个非常普遍的选择，它能够在建筑设计、施工设计、项目管理等阶段得到广泛运用。最关键的是，在建筑设计过程中能够创设仿真模型，并实现资源库建设，由此为不同阶段的建筑设计工作提供更加精准且完善的数据资料，促使设计师、施工人员等利用模型分析等开展业务方面的交流与互动，然后进一步构设一个可视化、精准化的三维模型。另外，最重要的是，在BIM 软件的应用下，能够直接修改、调整相关数据或参数，再加上该技术存在较强的数据关联性，相应的参数也会随之调整与变化，由此能够为提高设计效率、缩短设计周期、确保装配式建筑设计工作的高效推进并增强工程效益等做铺垫。李丽[1]在绿色建筑背景下，对装配式建筑技术进行了总结分析，并从外挂架，BIM 技术，套筒灌浆技术等方面进行了分析。谢永辉[2]在可持续发展和绿色环保的大背景下，对装配式建筑与绿色建筑未来的协同发展进行了分析研究，并给出了一些具体的发展途径。张小辉[3]认为BIM 技术因为能够模拟建筑工程施工各类信息，可以在装配式建筑工程中进行广泛的应用。本文在此基础上，总结了装配式建筑设计中BIM 技术的应用，提出了具体的注意事项及应用路线等。

1 工程概况

以上海静安区某一装配式住宅项目为案例，此项目位于市中心的繁华路段，周围交通畅通、便捷，人流很旺。在具体施工期间，需要把BIM 技术与该项目的施工设计过程相融合，该住宅项目的建筑占地是65 300m2，包括多层建筑项目，主要是3～15 层，有低层、多层与高层等设计。把BIM 技术和装配式建筑设计的整个生命周期相结合，需要对建筑模型数据库、BIM 模型创设、组件拆分、钢筋模型构建、预埋件布置等进行全面融合渗透，为最大化地提高项目的设计质量，确保相关参数的精准性与合理性等发挥积极作用。

2 装配式建筑设计中BIM 技术的应用注意事项及路线

2.1 注意事项

2.1.1 图纸方面

在当代装配式建筑的设计中，设计图纸上的尺寸设计也起着不可或缺的作用，因为尺寸与实际生产组装的各种建筑配件有着非常直接和密切的关系。一旦设计出现问题，图纸设计中的尺寸或其他任何有所关联的东西都会造成重大错误，可能造成非常严重和巨大的经济损失。在装配式建筑结构中，大多数情况对钢筋装配量的设计精度和可靠性有非常严格和细致的要求，因此设计和施工图本身从某种角度来看，这对于维护质量、安全、可靠性和施工至关重要，对整个工程建筑系统的稳定性会起到相当重要的作用。如果施工图出现错误，甚至可能直接影响现场施工人员和设备的生产安全。在传统的工业建筑领域，鉴于大多数建筑师的建筑理念都比较主观，很多细节的量化分析显然是不够的，对这些庞大复杂的设计数据进行综合处理，并借助BIM 分析技术的运用，更高效、更快捷地解决此类分析问题。数据收集完成后，对土体模型的进一步建立、分析和设计、修改可能有很大程度的参考和帮助，也能为建筑设计人员设计整体效果和观察分析土体予以很大的途径。因此，BIM 技术在设计图纸中的应用，能快速有效地起到安全警示作用，得以快速为生产相关配件材料的相关厂家和企业带来更准确、更全方位的产品参数内容，有效避免材料配件可能因设计和生产失误造成巨大的产品损失[4]。

2.1.2 设计阶段

目前，装配式建筑工程的整个设计工作过程，仍然沿袭着传统的现浇建筑设计施工的一般流程，设计仍需依据传统现浇建筑的基本方法完成——就地结构。各装配式建筑专业设计单位联合进行专项评审设计，结合深化主体的设计图纸发现缺陷，提出一些不符合国家装配式建筑相关设计技术规范和标准，然后立即将缺陷信息反馈给深化主体设计监理进行合理调整。如此反复，不仅浪费了业主大量的施工时间，而且一些关键部位业主无法随意调整，直接造成该项目装配式建筑的主体设计管理。在长期被动的情况下，预制主体构件的分体设计存在严重的不科学合理缺陷，最终造成整个工程造价提高等问题。BIM技术的可见性和协同性能够快速有效地解决这些复杂的问题。应用于BIM 的技术数据可视化，可用于分析预制构件的合理性，对涵盖的相关专业信息可借助检查分析和碰撞试验进行核对。从某种角度来看，这对于一些设计不合理的预制构件模型的实际碰撞变形信息，可及时在构件模型图中直接标注，并立即通知其他相关技术部门负责人，要求及时进行技术变更，可见，借助于BIM 可视化技术的良好配合，能够快速、高效、灵活地协调所有工程人员，将可视化技术特性应用在BIM 构件模型中，解决实际设计活动中实际存在的问题。同时，对于施工现场经常发现的实际施工难点，可以尝试借助建筑BIM 技术进行现场模拟，形象、直观、有效地反映难点。建筑模型全世界中施工现场的施工管理问题，协调引导施工业主单位、设计监理单位、参建单位负责人等社会单位共同探讨解决问题。由此可见，BIM 新技术的应用，不仅能够快速提升工程设计执行的质量和准确性以及实施效率，还能够显著减少后期因现场施工影响而造成的重复返工次数，节省了大量土地资源，进一步推进了项目进度。建设项目进度有所改善，工程建设质量有所进一步提升[5]。

2.2 应用路线

2.2.1 方案确定

在设计方案之前，必须对各个专业及项目等进行统筹规划与整合，彰显出装配式建筑的模块化特征，设计工作者也必须对其中的项目进行深入性的了解与掌握，明确项目施工规模、成本计划、项目定位等。在具体设计期间，还需要注意满足以下两个方面的要求：（1）装修设计。必须注重相关装配技术的工艺性，确保所有构件的功能性、装饰性等符合要求，具体表现在不同构件之间的组合与尺寸等规划中；（2）经济效益。设计期间必须注重施工建设从很棒，其中细节尺寸也是不容忽视的一个重要因素，它会对装配环节的成本等带来影响，在具体设计过程中需要逐步渗透模块化理念。

2.2.2 草图设计

在项目施工期间，由于涉及一些复杂的专业知识等，所以设计是一个比较复杂的集成化过程。在草图编制期间，必须根据不同项目的实际要求灵活性地完善设计方案，并对其中的细节进行反复推敲。（1）装修材料。在选择装修材料的过程中，必须综合性地评估墙板和立面组合后的最终成效，然后通过BIM 技术绘制其成果图；（2）墙板构件。在对预制方案进行设计的过程中必须关注电气线路等方面的专业知识，例如：开关与电箱等方位的确定；（3）装修设计。必须整体兼顾所有设施的布置图与设计图等，必须在BIM 技术构建期间，判断其在设计方面是否存在冲突与矛盾，由此来评估其具体的方位是否存在实用性及有效性。

2.2.3 施工图设计

施工图属于装配式建筑项目施工建设期间需要参考的一个指导性文件，它对于最终的装配质量带来不容忽视的影响，而且必须确保不同专业之间能够协同推进，所以必须确保其施工图纸的协同筹划。（1）构件组合。通过BIM 技术明确构件尺寸，然后对其进行标准化生产，同时还需要精准明确预埋件的具体方位；（2）现浇结构设计。通过BIM 技术设计现浇的结构模型，同时确定具体的连接节点，并绘制其设计图，灵活性地调整尺寸控制图，由此能够对现场施工进行指导；（3）得到建造师的积极配合。在设计预制构件期间，必须得到设计人员的积极配合，方可最大化地增强构件的实用性，确保构件能够成功配置[6]。

3 具体应用

在本工程建设中，还可以从BIM 技术平台获取的项目相关动态信息进行收集、整理、存储、处理和实时监控保存，由此能够动态地分析和掌握当前项目建设及建设进度，合理规划、组织和部署整个项目的实施和建设及施工过程中的各项管理技术设备，协调研究制定当前和近期的整体工程项目及施工过程项目管理的整体施工实施计划；另外还可以借助分析实际工作情况，为项目业主在某一阶段制定详细具体的项目施工计划和施工准备工作，全面提供及时有效的帮助工作或阶段项目计划。

装配式建筑的整个施工工程环境将远比其他一些传统建筑结构项目施工中涉及的主要关键工序严格和复杂，当代BIM 的一些先进制造技术能够在环境管理施工方案的制定中得到综合应用，能够保证整个装配式建筑整体施工的高标准、高质量的施工要求，真正满足人们对环境的控制结构。同时，确保在施工过程控制中及时有效避免大量重复发生混乱、环境秩序失控等特殊情况，确保建筑结构安全，保证建设和生产活动能够更严格、更合理、更有效。此外，3DBIM 技术系统的应用，能够实时全方位、准确地检测现场各个隐蔽施工时间点的各种施工现场情况，在现场出现紧急和异常情况的关键时刻，得以快速、及时地给出最科学、合理、实用的工程应急措施，有效、快速地防控项目现场施工工作中面临的其他技术风险。相信未来装配式建筑市场的市场热情只会有增无减，而BIM 新技术的运用本身具备技术先进、高效、便捷等独特的新优势，得以真正解决当前装配式建筑项目设计与施工中存在的问题。

3.1 创设预制组件数据库

（1）生产与分类。构件库不但要注重设计环节的相关需求，而且需要注重构件的配套生产，在创设预制构件库的过程中，必须对其进行科学分类，按照构件类型存储到对应的目录中；（2）编码。为所有构件设计一个唯一的编码，能够为接下来更好地应用做准备，同时还能够大幅提升信息处理效率；（3）信息录入。构件的相关参数需要更加精准、高效地上传至数据库内，方可最大化地提高建模深度，同时还能够最大化地增强数据录入的完整性与清晰性，值得注意的是在操作契机不能够超过数据限度；（4）审核入库。在设计编码与信息录入等工作完成之后，必须把以上工作内容上报给BIM 构件库的负责人，尤其对相关工作进行注意审核，确保相关信息录入是否规范、完整与精准，然后还需要对构件建模实施功能测试等。

3.2 创设BIM 模型

在正式确定设计图之前，则需要通过BIM 技术构造一个模型结构。在本项目中需要使用Revit 软件。首先，需要构设主要墙体。通过软件系统对墙结构数据进行分析，由此能够获得三维墙体，在此之前还需要认真输入该项目的墙体数据及相关参数，例如：墙体的类型、材质、墙体厚度等，接下来需要确定平面位置，并精准设置相应的参数。其次，按照建筑的二维平面设计图等，明确其整体结构特征，具体包括：墙体、结构梁、柱等位置等设计要点，接下来需要把CAD 二维平面上传至Revit 软件系统中，并灵活性地调整图纸方位，确保其能够和轴网相呼应。在二维平面结构设计图中，需要明确墙体、柱、梁等布局。再者，在模型框架确定之后，需要对其构件进行布设，在实际操作期间，必须认真分析其和其他专业是否存在冲突或矛盾等问题。例如：给排水专业、机电安装专业等，保证建筑信息模型的精准性、合理性、有效性等。最后，对其他构件进行布设，逐步优化模型，并增添建筑楼梯、门窗、房屋等相关构件，通过Revit 软件等对其进行样板预设。

3.3 建筑构件的拆分

通过Revit 软件获得信息模型，接下来则需要通过PKPM对其实施数据分析与计算，然后把获得的模型上传至Revit 软件系统中，由此能够获得结构信息模型，其中一般涉及构件的全部信息，例如：规格、材质等，接下来设计工作者必须按照装配项目的具体要求，对其中存在的问题进行逐步优化与完善，保证结构模型不存在任何偏差或者失误的前提下，对其结构模型进行拆分，其拆分步骤 包括：现浇构件（变成若干个零件）→组合零件（生成一个构件）。

3.4 钢筋模型的构建

通过BIM 技术在装配式建筑钢筋模型中的应用，必须按照钢筋结构的具体状态，严格遵循拆分原则，精准创设相应的布置方案，同时还需要整合BIM 资源库中的相关信息或数据，并通过相关程序等明确钢筋分布规则与数据信息。对于相关设计工作者来说，则需要根据BIM 整理出的相关参数或者信息等，明确纵筋的断开方位、箍筋的间距等，方可最大化地保证模型的设计符合标准要求。

3.5 预埋件的布设

按照拆分要求，通过BIM 软件确定预埋件的布设方案。例如：在对梁柱预埋件进行布设规划的过程中，则需要引入一个内嵌的预埋件，在具体装配施工期间，梁板内的钢筋吊钩必须灵活性地调整其方位，而且其对应的吊钩形状也需要进一步进行调整；另外在进行预制柱埋件的过程中，必须构设一个个性化的布置方案，特别是预制柱和墙的衔接点，其钢筋高度一般要确保预设位置的精准性，同时还需要结合施工的具体需求对其进行灵活调整，方可保证装配设计质量符合要求。对此，在应用BIM 技术期间，必须通过软件进行调整与优化，促使整个施工步骤更加简洁与高效，而且能够大大缩短施工周期。

4 结论

综上所述，BIM 技术在装配式建筑设计中的应用地位十分重要，它能够对其中的建筑参数及信息数据进行数字化处理，应用各类数字化建筑三维模型进行视觉设计研究，对实际装配的建筑进行视觉模拟和实验，设计出合理、科学严谨的建筑可视化工程制图，规范建立建筑预制构件及其生产控制标准，简化和减少工程装配工作中许多繁琐耗时的工艺步骤，进一步提升整体建筑系统的实际施工和运行效率，同时，更有力地保障了整体装配式建筑项目的整体施工设计质量，对整个施工、装配过程中实际存在的技术风险和隐患也进行了客观、有效、充分的监督和控制。对此，不管是在环境、安全方面，还是在经济、管理等方面，其都能够彰显出较强的实用价值，需要建筑领域的工作人员给予高度重视与积极推行。