基于BIM 技术的装配式建筑设计

李天赢

（山东建信达市政工程有限公司，济南 250000）

1 前言

装配式建筑成为当前我国建筑工程行业的重点研究对象，同时也受到有关部门的关注。2020 年08 月28日，住房和城乡建设部、教育部、科技部、工业和信息化部等九部门联合印发《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》。意见提出：要大力发展钢结构建筑、推广装配式混凝土建筑。在相关政策的引导下，装配式建筑行业不断创新发展，尤其是在设计方面，为解决传统设计方法效率低、精度差的问题，相关专家提出利用BIM 技术进行装配式建筑设计的思路。实践表明，BIM 技术在装配式建筑设计中的应用有利于提升装配式建筑设计质量。

2 BIM 技术在装配式建筑设计中应用的价值体现

BIM 技术在建筑工程行业中的应用已经相当成熟，无论是在设计还是施工方面都有卓越贡献。而将该技术运用于装配式建筑设计具有一定的技术基础和经验基础。对BIM 技术在装配式建筑设计实践研究中发现，BIM技术的装配式建筑设计具有良好价值：

（1）有利于提升建筑设计效率

BIM 技术在装配式建筑设计中应用告别了传统人工设计模式，设计中应用BIM 技术平台，使设计更加高效。平台以信息化技术、三维技术、模型技术为核心，可以解决传统人工或者CAD 软件无法解决的问题。例如，信息化技术可以替代人工设计实施计算，加快设计计算速度；三维技术以及模型技术的组合运用可在装配式建筑结构设计中构建三维立体模型。与传统CAD 的二维设计相比，三维设计有利于检查和发现设计遗漏和误差，继而优化设计。

（2）实现建筑协同设计

装配式建筑在设计中应用BIM 技术可实现多专业协同设计。BIM 技术软件具有沟通和协调功能，设计中可以为甲方、设计方以及施工方提供沟通协作平台，三方可以在平台上针对设计的建议进行沟通，考虑多方利益和需求下实现建筑结构设计，从而使装配式建筑设计满足各方要求，避免传统设计因沟通延时而反复更改的问题。

（3）BIM 技术应用可实现方案优化

利用BIM 技术实施装配式建筑设计可进行方案优化，与传统设计相比，利用BIM 技术进行方案优化非常简单，仅需在BIM 软件中更改对应参数即可。另外，BIM 的装配式建筑设计可实现多方案组合对比，根据模型对比各类方案信息，包括对方案的空间结构、节能环保性能进行对比分析，最后根据建筑设计需求选择最佳方案。

（4）有利于提升设计精度

装配式建筑设计就是一种工业建筑产品的设计，产品精度是设计质量的重要指标之一。装配式建筑结构的精度直接影响到建筑总体质量，如果精度不合理，不仅会导致单个模块质量不达标，也会影响工程进度。而应用BIM 技术进行设计，可在设计中实现三维模拟，融入现实施工因素进行设计，完全可以有效避免设计误差，从整体施工角度做好设计管理，继而为后续装配式建筑设计管理打好基础，提升设计质量。

3 BIM 技术在装配式建筑设计中的具体应用分析

BIM 技术在装配式建筑设计中应用具有多元优势，而其具体应用不仅包括单一结构设计，同时也包括施工布置、方案设计等多个方面，以下是结合了相关案例探讨BIM 技术在装配式建筑设计中的具体应用。

3.1 BIM 技术在装配式建筑施工平面布置设计中应用

装配式建筑与传统建筑施工相比更加简单，但是在设计阶段也必须完成平面规划，使装配式建筑现场布置更加合理，为后续施工打好基础。BIM 技术具有三维设计功能，而其在平面设计中应用也具有一定的优势。以某装配式建筑工程为例，该工程平面设计中应用了BIM 技术，使平面布置更加便利。工程中利用BIM 软件完成临建布置、临时道路布置、机械设备布置、材料堆场布置等。

（1）临建布置包括工程区域办公室、宿舍、食堂、卫生间以及会议室的布置。具体布置设计的过程中，利用Revit 软件功能对日照条件、地理地形进行分析，调整各类临时建筑的楼间距以及朝向，确保各类建筑光照充足，从而控制灯具以及空调应用频率，继而实现节能环保设计。另外，该工程临建布置过程中，将原始图纸输入到软件中，利用软件建模功能实现三维建模，形成三维图纸。以围墙布置为例，按照图纸和设计参数进行设计。

（2）临时道路布置。利用BIM 技术也可在装配式建筑临时道路建设中应用。传统工程现场布置过程中，临时道路布置相对困难，主要原因在于临时道路较为分散，道路规划具有随机性。而采用BIM 技术进行临时道路布置规划，可以在设计过程中利用BIM 技术模块对道路施工进行仿真模拟，模拟的同时确认整个施工中临时道路位置、长度，在动态模拟中进行临时道路规划，更符合设计实际情况，确保道路规划良好开展。例如，某装配式建筑工程现场临时道路规划设计时开展施工模拟，模拟时综合考虑消防要求以及路面强度要求对道路进行规划，图1 为施工现场临时道路布置图。该图纸按照消防要求（宽度不小于4 m；道路呈环形，否则设置15 m×15 m 回车场地）和主路面强度要求完成设计（满足施工车辆荷载，一般路面混凝土厚度200 mm 以上）。

图1 BIM 布置场地临时道路（蓝色区域为临时道路）

（3）机械设备布置。BIM 技术在设计中应用也可以完成机械设备布置设计，装配式建筑工程施工中需要应用大量工程机械，以塔吊设备为主，占地面积大，对于施工而言极为重要。因此，在施工场地布置之时，应根据现场情况布置场地结构图，布置机械储存位置和施工位置，为后续的施工提供保障。以塔吊设备为例，设备占地面积大，同时施工范围也比较大，为此，在布置设备的过程中，需要综合考虑多个因素。应用BIM 技术进行塔吊设备的布置设计，可以在设计的过程中利用三维技术对塔吊布置后的施工进行模拟，确认塔吊布置范围是否满足工程要求，确认塔吊位置是否与施工发生冲突。通过模拟设计，使塔吊设计与应用更加安全。例如，某建筑工程塔吊布置设计时，在BIM 软件中录入塔吊参数，并将施工作业区域参数同时录入，最终确定塔吊位置并施工。在模拟的过程中，将参数录入后，也利用BIM 技术对塔吊工作运行进行模拟，了解塔吊工作运行情况对周边的影响，继续对布置设计进行优化。按照模拟，要求两台塔式起重机之间的最小架设距离保证处于低位塔式起重臂端部与另一塔式起重机的塔身之间至少有2 m 的距离；处于高位塔式起重机的最低位置的部件与低位塔式起重机中处于最高位置部件之间的垂直距离不应小于2 m。除了塔吊布置之外，该工程中应用BIM 技术还可以进行脚手架等布置设计。

（4）材料堆场布置。装配式建筑施工以装配式建筑材料为关键，材料堆放非常关键，如果因堆放储存不合理而导致材料损坏，将会影响施工质量。因此，装配式建筑工程施工现场布置非常重视材料堆放场地布置，以做到储存和保护材料。设计过程中应用BIM 技术可优化材料场地布置，在具体布置场地之时，可利用BIM 技术完成施工平面布置，构建场地堆放3D 模型，从长、宽、高等多个角度设计堆放区域高度和面积，对部分堆放区设置防水棚，以提升材料堆放的保护。

3.2 BIM 技术在装配式建筑结构设计中应用

BIM 技术可在装配式建筑结构设计中应用，以提升装配式建筑设计效果。装配式建筑结构是影响施工质量的主要因素，结构设计越精细，质量控制越良好。传统装配式建筑结构设计与BIM 技术相比过于粗糙，无法形成3D 设计，无法检查结构设计中存在的问题，导致设计受到影响。而应用BIM 技术后，可切实提升装配式建筑设计效率，解决结构设计的问题。以下是以某工程为例，探讨装配式建筑结构的BIM 设计。

（1）工程情况。该工程为装配式节能建筑，是一幢综合性写字楼，建筑总面积为9623 m2，其中，地上六层、地下一层，该写字楼属于丙类建筑，地震设防烈度为7 度，三级框架，使用寿命为50 年。此建筑结构梁的截面尺寸主要包括400 mm×750 mm、350 mm×450 mm、400 mm×600 mm 等规格，预制层叠合板厚度为85 mm，现浇层与屋面板厚度均为120 mm。

（2）利用BIM 技术进行装配式建筑结构设计时，首先利用软件构建BIM 模型。本工程构建的模型主要包括预制梁、柱体以及楼板等模型，模型构件完成后利用PKPM 工程进行渲染，最后根据图纸和参数，将模型组合，最终形成建筑基本模型。

（3）结构设计时为进一步优化结构，利用BIM 技术对结构模型进行调整。例如，上述工程中利用BIM 技术对建筑结构参数进行优化。通过BIM 技术模拟风压、地震情况，从而对建筑结构各项参数进行优化。以下表1为最终优化后的参数统计。

表1 BIM 结构优化结果

（4）构建拆分。该工程中，部分结构需要对构件进行拆分，继而明确后续的施工步骤。在进行拆分的过程中利用BIM 技术的PKPM 技术软件对结构模型进行拆分和重组，继而确定复杂结构的组成。例如，该工程外墙施工就采用了大型砌筑和轻质隔墙砖进行组合施工，保证施工质量。

（5）深化设计。工程中利用BIM 技术可实施优化设计，在设计过程中，应获取预制率指标。装配式建筑设计可深入分析和计算，利用BIM 技术构建模型并对模型进行预制率分析，确认工程中的预制率，对预制结构进行优化。

（6）碰撞检查。本工程利用BIM 技术进行结构施工的碰撞检查。传统二维平面设计无法发现钢筋与钢筋结构之间的碰撞问题，如果在施工中发现，极容易出现质量问题，或者影响施工速度。因此，针对此种情况，利用BIM 技术可以针对性完成碰撞检查。检查工作时确认钢筋结构之间的碰撞，同时也检查结构与管线之间的碰撞，确认出现问题对碰撞位置进行重新设计优化。上述工程进行碰撞检查，总计发现41 处碰撞问题，检查完成后对碰撞进行优化，解决碰撞问题。

4 结论

通过上述研究发现，BIM 技术在装配式建筑设计中应用包括总体结构设计应用和场地布置应用，对于装配式建筑施工均有积极影响。而目前，随着BIM 技术的不断优化，相关专家已经开始研究BIM 技术在装配式建筑工程施工方案设计中应用，从而达到优化方案的目的。希望本文的研究能够对BIM 技术在装配式建筑设计中应用有所帮助。