裝配式建筑各設計階段協(xié)同設計要點及BIM技術(shù)應用

高棟　逄俊杰　田嬌

摘 要：針對BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應用，詳細分析了設計各階段協(xié)同設計的要點及相應的BIM技術(shù)應用內(nèi)容，為BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應用和推廣提供參考。

關鍵詞：裝配式建筑；BIM技術(shù)；設計階段

中圖分類號：TU201.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）10-0141-01

“十三五”期間，中央加大了發(fā)展裝配式建筑的政策支持力度，各地方政府也相應出臺了大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見，并制定具體政策和目標，共同推動我國建筑行業(yè)工業(yè)化、信息化的“兩化融合”發(fā)展。一系列政策從頂層設計上明確了我國裝配式建筑的發(fā)展任務，標志著裝配式建筑與BIM技術(shù)的推廣逐漸由政策導向性階段向政策強制性階段過渡，我國裝配式建筑將進入產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化的全新發(fā)展階段。

1 BIM技術(shù)在裝配式建筑中應用的意義

BIM（Building Information Modeling）為建筑信息模型的簡稱，是以建筑工程項目的各項數(shù)據(jù)信息為基礎，通過三維模型的數(shù)字信息仿真模擬建筑物的真實信息，建立與實際情況一致的建筑工程數(shù)據(jù)庫，其本身具有信息一致性、可視化、優(yōu)化性、協(xié)調(diào)性、可出圖性等諸多特點。裝配式建筑建設過程是將原有的“設計—現(xiàn)場施工”模式向“設計—構(gòu)件加工—安裝”模式的轉(zhuǎn)變，其本身是集合設計、預制構(gòu)件加工、現(xiàn)場施工、一體化裝修、信息管理為一體的系統(tǒng)工程[1]。BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應用，可以在項目的全生命周期內(nèi)進行數(shù)據(jù)的共享和傳遞，為設計、施工、建設、運營各方提供更為直觀和準確的協(xié)同工作基礎，達到減少圖紙錯誤，提高圖紙質(zhì)量、降低預制構(gòu)件返工率、縮短建設工期、提高生產(chǎn)效率的目標[2]。

2 現(xiàn)階段裝配式建筑建設過程中存在的不足

裝配式建筑在建設過程中，需要建設、設計、生產(chǎn)、施工和管理等各單位的精心配合、協(xié)同工作，但由于裝配式建筑尚處于初期階段，在各環(huán)節(jié)的配合上尚存在不足，需要不斷提高完善。如在設計環(huán)節(jié)標準化、模塊化程度不高，沒有秉承少規(guī)格、多組合的原則，會造成構(gòu)件拆分種類過多，加工廠模具重復利用率低等問題；在構(gòu)件加工環(huán)節(jié)未能形成大批量流水線生產(chǎn)，大多將原本現(xiàn)場完成的施工作業(yè)在預制加工廠完成；施工環(huán)節(jié)掌握裝配式施工工藝的專業(yè)化的技術(shù)工人不足，管理機制仍按照現(xiàn)澆施工模式執(zhí)行，因設計錯誤或構(gòu)件加工精度不滿足要求，造成施工現(xiàn)場鋼筋碰撞、灌漿套筒無法對位等問題，現(xiàn)場掰鋼筋、切鋼筋現(xiàn)象時有發(fā)生。

3 裝配式建筑各設計階段的協(xié)同設計要點及BIM技術(shù)應用

BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應用能從根本上解決技術(shù)策劃、方案設計、初步設計、施工圖設計、構(gòu)件詳圖設計、預制構(gòu)件加工、現(xiàn)場施工、運營維護等各階段信息斷層，消除信息傳遞過程中的孤島效應，實現(xiàn)工程信息在建筑的全生命周期內(nèi)的有效利用和管理，提高項目的質(zhì)量、效率、降低成本[3]。

（1）技術(shù)策劃階段：設計單位需與建設單位進行充分溝通，并考察了解項目當?shù)貥?gòu)件加工廠的技術(shù)水平、生產(chǎn)工藝水平、管理水平、構(gòu)件生產(chǎn)能力、構(gòu)件運輸條件、項目建設周期、項目定位、項目建設規(guī)模、產(chǎn)業(yè)化目標、項目成本限額要求、外部條件要求等因素，結(jié)合項目特點有針對性的確定項目的技術(shù)實施方案；制定合理的建筑設計方案，注重標準化、模塊化用以提高預制構(gòu)件的標準化程度；與建設單位確定預制率、裝配率等關鍵參數(shù)范圍區(qū)間；初步確定預制構(gòu)件種類，如預制樓梯、疊合板、陽臺板、空調(diào)板、外墻板、疊合梁、預制剪力墻等；與建設單位共同確定技術(shù)實施方案，為后續(xù)設計工作提供依據(jù)。

技術(shù)策劃階段BIM技術(shù)應用主要包括建筑方案可視化設計、經(jīng)濟算量分析、預制率估算分析、性能化模擬等方面。在此階段設計單位BIM負責人需確定項目實施的三維設計深度及模型精度、三維設計內(nèi)容及各專業(yè)分工、項目各節(jié)點、構(gòu)件、設備等三維模型族庫的建立。

（2）方案設計階段：建筑專業(yè)根據(jù)技術(shù)策劃開展平面設計和立面設計。平面設計在滿足使用功能的基礎上，遵循少規(guī)格、多組合的設計原則，實現(xiàn)戶型設計的標準化、系列化；立面設計根據(jù)前期調(diào)研項目當?shù)丶庸こ缮a(chǎn)能力，根據(jù)裝配式建造方式的自身特點，實現(xiàn)立面設計的個性化、多樣化。

方案設計階段BIM技術(shù)應用主要包括：建筑專業(yè)可在三維設計軟件中開展不同建筑方案的比選，并通過參數(shù)化建?？焖傩薷暮徒⑷S模型；在與建設方針對方案設計溝通期間，可通過三維模型的直觀性，全方位展示建筑設計師的設計意圖及設計理念，最終確定項目設計方案；建筑專業(yè)可在初版BIM模型中開展場地環(huán)境、日照、采光、室內(nèi)通風等性能設計，最終確定最優(yōu)方案；應用BIM進行預制率估算，需首先完成預制構(gòu)件建模，通過模型集成拼裝完成建筑物的BIM模型，然后在BIM模型中讀取相關信息及數(shù)據(jù)。

（3）初步設計階段：根據(jù)方案設計的技術(shù)要求，各專業(yè)開展協(xié)同設計，優(yōu)化預制構(gòu)件種類；進行專項的經(jīng)濟性評價，分析影響成本的各項因素，最終制定合理的技術(shù)措施；如結(jié)構(gòu)專業(yè)應用PKPM-PC、盈建科等軟件開展結(jié)構(gòu)設計，確定預制構(gòu)件及連接型式，確定統(tǒng)一節(jié)點做法等。

初步設計階段BIM技術(shù)應用主要包括：各專業(yè)進一步完善三維BIM模型，確定建筑空間和各系統(tǒng)關系；各專業(yè)開展三維可視化設計；連接節(jié)點的三維分析及輔助設計；管線綜合碰撞初步檢查，并修改和優(yōu)化原有方案。

（4）施工圖設計階段：各專業(yè)按照初步設計階段制定的協(xié)同設計條件開展本專業(yè)設計工作，根據(jù)預制構(gòu)件、設備設施等生產(chǎn)企業(yè)提供的設計參數(shù)，在施工圖中充分考慮各專業(yè)的預留預埋。結(jié)構(gòu)專業(yè)根據(jù)各專業(yè)預留預埋要求，開展預制構(gòu)件設計圖設計；建筑專業(yè)應考慮連接節(jié)點處的防水、防火、隔聲等設計。

施工圖設計階段BIM技術(shù)應用主要包括：建立建筑、結(jié)構(gòu)、機電等完整的BIM模型，開展多專業(yè)模型整合；應用Navisworks進行管線綜合的碰撞檢查和凈空檢查；通過BIM模型的可視化和直觀性進行各專業(yè)設計不合理處修改，開展管線優(yōu)化設計；計算預制率、裝配率；各連接節(jié)點的可視化信息表達；

（5）構(gòu)件詳圖設計階段：此過程主要是結(jié)構(gòu)專業(yè)對預制構(gòu)件設計圖進行深化，繪制每種預制構(gòu)件的構(gòu)件加工詳圖。設計單位需與預制構(gòu)件加工廠緊密配合，完成每種預制構(gòu)件的模板圖、鋼筋圖、鋼筋明細表、配件信息表等內(nèi)容，詳圖內(nèi)應對預留洞口、鋼筋套管、脫模安裝吊點、鎖管、預埋鐵件等進行準確的尺寸定位控制，但此過程存在人力資源占用大、效率低、返工量大、材料統(tǒng)計不準確等問題。

構(gòu)件詳圖設計階段可應用BIM技術(shù)開展基于Dynamo的可視化編程，通過參數(shù)化設計來提高設計效率；應用Tekla首先完成各預制構(gòu)件三維帶鋼筋模型，進而開展拼裝定位并檢查鋼筋碰撞，最終導出二維深化圖紙。

4 結(jié)語

建筑產(chǎn)業(yè)化的核心是‘兩提兩減，BIM技術(shù)在裝配式建筑中應用如何真正做到提高質(zhì)量、提高效益，減少人工、減少消耗是工程技術(shù)人員需要繼續(xù)研究和解決的問題。本文對裝配式建筑各設計階段的協(xié)同設計要點及BIM技術(shù)應用進行了討論，為今后BIM技術(shù)在裝配式建筑各設計階段的應用提供了一些思路。

參考文獻

[1]白庶，張艷坤，韓鳳，張德海，李微.BIM 技術(shù)在裝配式建筑中的應用價值分析[J].建筑經(jīng)濟，2015，36（11）：106-109.

[2]李廣輝，鄧思華，李晨光，等.裝配式建筑結(jié)構(gòu)BIM 碰撞檢查與優(yōu)化[J].建筑技術(shù)，2016，7（7）：645-647.

[3]齊寶庫，李長福.基于BIM的裝配式建筑全生命周期管理問題研究[J].施工技術(shù)，2014，（15）：25-29.