裝配式建筑設(shè)計(jì)中的BIM方法應(yīng)用分析(1)

王晨光

摘要：裝配式建筑的普及是建筑業(yè)的重要發(fā)展趨勢(shì)之一。目前，建筑設(shè)計(jì)大多基于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體系，并不能很好地適用于裝配式建筑。為解決該問(wèn)題，在總結(jié)歸納裝配式建筑設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，將 BIM 技術(shù)引入裝配式建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程中，提出了一種基于 BIM 技術(shù)的裝配式建筑設(shè)計(jì)方法，并從“構(gòu)件庫(kù)的建立與完善—設(shè)計(jì)、拆分、組裝—優(yōu)化設(shè)計(jì)—建造模擬”的過(guò)程中對(duì)該設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探討，以期優(yōu)化 BIM 技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：BIM;裝配式建筑;優(yōu)化設(shè)計(jì);應(yīng)用

引言

裝配式建筑具有綠色、節(jié)能、低碳、環(huán)保、高效等優(yōu)勢(shì)，已成為我國(guó)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的必然趨勢(shì)和重要方向。在科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動(dòng)下以及國(guó)家政策的大力扶持下，裝配式建筑與BIM技術(shù)逐漸融合發(fā)展，展現(xiàn)出智能制造的新發(fā)展模式。將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，正在使傳統(tǒng)行業(yè)煥發(fā)出新的生機(jī)。

1裝配式建筑

裝配式建筑是指在現(xiàn)場(chǎng)用預(yù)制構(gòu)件組裝而成的建筑。與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆建筑相比，這種建筑具有施工速度快、節(jié)省人工成本、污染少、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)，裝配式建筑也存在著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)困難、整體性差等缺點(diǎn)。目前，我國(guó)裝配式建筑的發(fā)展還處于起步階段，市場(chǎng)份額不大。主要原因如下：①公眾對(duì)裝配技術(shù)的理解深度不夠;②市場(chǎng)沒(méi)有對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行大量推廣、改進(jìn)和開(kāi)發(fā)，對(duì)系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)沒(méi)有集成創(chuàng)新。

2 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)是基于相關(guān)信息和數(shù)據(jù)的建設(shè)項(xiàng)目。它用數(shù)字信息模擬建筑的真實(shí)信息，利用三維建筑模型實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目監(jiān)控、設(shè)備管理、數(shù)字處理及運(yùn)營(yíng)管理之類(lèi)的功能。BIM技術(shù)具有以下特征：信息的完整性、相關(guān)性、連通性、可視性、可用性等。當(dāng)用作最終裝配信息管理平臺(tái)時(shí)，BIM可以為用戶(hù)提供更為直觀的展示。從建筑物的單個(gè)組件開(kāi)始，逐漸將單個(gè)組件進(jìn)行組裝，形成整個(gè)建筑物，同時(shí)可以在設(shè)計(jì)中完成建筑構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，建立數(shù)據(jù)庫(kù)、組件庫(kù)和設(shè)備系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中創(chuàng)建的組件，都可以在BIM平臺(tái)上進(jìn)行編碼，用二維代碼作為標(biāo)識(shí)，并將BIM組件參數(shù)和構(gòu)造圖結(jié)合使用，對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行精確化制作。在施工現(xiàn)場(chǎng)，二維代碼可用于識(shí)別組件，提高了施工效率和精度。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

使用BIM技術(shù)有利于發(fā)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題，有利于通過(guò)云技術(shù)獲取建筑物的真實(shí)數(shù)據(jù)并對(duì)真實(shí)數(shù)據(jù)做出響應(yīng);同時(shí)，有利于各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員協(xié)同工作，促使設(shè)計(jì)人員通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，自主開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)建筑的三維結(jié)構(gòu)模型，建立可視化的結(jié)構(gòu)方案，有效關(guān)聯(lián)建筑模型中的尺寸，對(duì)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中的不足進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)BIM技術(shù)的自動(dòng)糾錯(cuò)和碰撞檢測(cè)功能，可以在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)各類(lèi)結(jié)構(gòu)、管線(xiàn)的沖突情況進(jìn)行篩選檢查，并及時(shí)處理。借助BIM技術(shù)協(xié)同性的設(shè)計(jì)功能，可以對(duì)預(yù)制構(gòu)件的尺寸及數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，從而使設(shè)計(jì)人員能夠及時(shí)更改設(shè)計(jì)參數(shù)，減少設(shè)計(jì)誤差。在裝配式建筑構(gòu)件的預(yù)制加工過(guò)程中應(yīng)用BIM技術(shù)，可以減少裝配化施工過(guò)程中的施工誤差，提高預(yù)制構(gòu)件與拼裝連接的精準(zhǔn)度，并對(duì)工程成本與進(jìn)度進(jìn)行可靠評(píng)估及預(yù)測(cè)，減少因?yàn)檎`差導(dǎo)致的材料浪費(fèi)和工期延誤。

4 BIM技術(shù)在裝配式建筑深化設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

4.1應(yīng)用BIM技術(shù)建立建筑信息模型

在裝配式建筑深化設(shè)計(jì)中，首先要將BIM技術(shù)應(yīng)用到整體信息模型中，這將為項(xiàng)目各參與方的決策提供參考依據(jù)。與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中采用二維CAD出圖的方式不同，利用BIM模型進(jìn)行出圖，可以有效發(fā)現(xiàn)圖紙存在的偏差問(wèn)題，還能多角度表達(dá)復(fù)雜構(gòu)件的各部位尺寸及節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系，從而節(jié)約工期，提升建筑質(zhì)量。各參與方也可以利用BIM模型參數(shù)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，進(jìn)行各專(zhuān)業(yè)的溝通協(xié)同、設(shè)計(jì)優(yōu)化等工作，減少后期設(shè)計(jì)變更產(chǎn)生的工作量。同時(shí)，在裝配式建筑三維模型的創(chuàng)建過(guò)程中，根據(jù)具體的建筑參數(shù)，利用系統(tǒng)，快速、自動(dòng)進(jìn)行模塊配置，明確安裝步驟，有效縮短建筑施工工期，提高整體施工效率。

4.2 BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑的協(xié)同設(shè)計(jì)

4.2.1 編制建筑設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用

在設(shè)計(jì)方案的編制過(guò)程中，BIM技術(shù)可以根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的不同要求，將工程的預(yù)制構(gòu)件，如設(shè)備管線(xiàn)、裝飾面層、結(jié)構(gòu)構(gòu)件等結(jié)合起來(lái)，統(tǒng)籌考慮。建筑的平面設(shè)計(jì)，要兼顧滿(mǎn)足建筑立面美觀的需求，設(shè)計(jì)時(shí)要使建筑平面和立面要充分整合。與傳統(tǒng)CAD制圖的平面與立面分離設(shè)計(jì)不同，BIM技術(shù)可以提供平、立面一體化空間數(shù)字模型，各專(zhuān)業(yè)依托平臺(tái)模型，可推動(dòng)方案設(shè)計(jì)工作的高效有序進(jìn)行。

4.2.2設(shè)計(jì)方案初期階段的應(yīng)用

要選擇合理的建筑材料，加強(qiáng)各專(zhuān)業(yè)間基礎(chǔ)工作的整合，進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)現(xiàn)有方案數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以進(jìn)行方案的可行性與合理性論證，并充分考慮各方面的影響因素，如弱電箱位置、開(kāi)關(guān)位置等。

4.2.3編制施工圖紙階段的應(yīng)用

編制施工圖的基礎(chǔ)是完成方案設(shè)計(jì)工作。編制過(guò)程中，要考慮各專(zhuān)業(yè)的自身需求以及二次深化廠(chǎng)家的協(xié)調(diào)配合等因素。設(shè)計(jì)人員要充分履行各自職責(zé)，確保圖紙的完整性與準(zhǔn)確性，促進(jìn)后期建筑施工工作的順利開(kāi)展。

4.3優(yōu)化設(shè)計(jì)

裝配式建筑各專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)人員、拆裝人員和裝配人員可以利用BIM技術(shù)平臺(tái)的碰撞檢測(cè)和自動(dòng)校正功能，通過(guò)對(duì)各專(zhuān)業(yè)的模型進(jìn)行分析，完成構(gòu)配件和組裝模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)、拆分和組裝過(guò)程中存在的問(wèn)題，并找出可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的部位，對(duì)其進(jìn)行修改、完善。基于 BIM 的設(shè)計(jì)優(yōu)化主要包括構(gòu)件優(yōu)化、節(jié)點(diǎn)優(yōu)化以及碰撞檢測(cè)等。構(gòu)件優(yōu)化主要是為了減少預(yù)制構(gòu)件的種類(lèi)，選擇并設(shè)計(jì)出通用性更高的構(gòu)件，以減少預(yù)制構(gòu)件加工廠(chǎng)的生產(chǎn)壓力，提高后期制作、安裝及管理的便利性。同時(shí)，構(gòu)件優(yōu)化人員可將優(yōu)化后的構(gòu)件上傳至BIM 云端庫(kù)中，更新替代構(gòu)件庫(kù)中的原有構(gòu)件，對(duì)構(gòu)件庫(kù)進(jìn)行完善，增強(qiáng)構(gòu)件庫(kù)的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化。節(jié)點(diǎn)作為裝配式建筑的薄弱環(huán)節(jié)，其性能的優(yōu)劣對(duì)裝配式建筑的安全性至關(guān)重要。出于對(duì)裝配式建筑安全性的考慮，在節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，須重點(diǎn)考慮其連接節(jié)點(diǎn)的抗震性能，并且對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行論證分析，保證其施工上的可行性。此外，考慮到后期安裝及管理的便利性，在滿(mǎn)足安全性的前提下，應(yīng)減少節(jié)點(diǎn)的類(lèi)型，多采用標(biāo)準(zhǔn)化節(jié)點(diǎn)，減少或避免異形節(jié)點(diǎn)的出現(xiàn)。同樣地，節(jié)點(diǎn)優(yōu)化人員也可將優(yōu)化后的節(jié)點(diǎn)模型上傳 BIM 云端庫(kù)中，完善節(jié)點(diǎn)庫(kù)。通過(guò)借助 BIM 軟件所構(gòu)建出的三維模型，可以模擬多種設(shè)備工程的管線(xiàn)在吊裝與布設(shè)時(shí)的情況，進(jìn)行碰撞檢測(cè)，避免出現(xiàn)管線(xiàn)交錯(cuò)、占用過(guò)多空間凈高等問(wèn)題，從而降低安全事故發(fā)生率，提高建筑品質(zhì)，避免建設(shè)成本的浪費(fèi)。

4.4 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用策略

BIM技術(shù)可以有效整合相關(guān)部門(mén)，協(xié)調(diào)各職能部門(mén)和工作人員間的配合效率，這項(xiàng)優(yōu)勢(shì)在解決裝配式建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中具有重要意義。如果想要將BIM技術(shù)更好的應(yīng)用到裝配式建筑中，這就要求相關(guān)技術(shù)人員具有一定的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。BIM技術(shù)是新時(shí)代下工程設(shè)計(jì)和建設(shè)領(lǐng)域的一項(xiàng)革新技術(shù)，其地位不言而喻，為能夠適應(yīng)這一新技術(shù)、新理論，需要建筑工程企業(yè)在人才選拔和培養(yǎng)方面建立起完善的選拔制度與管理機(jī)制，在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中不斷培養(yǎng)技術(shù)人員專(zhuān)業(yè)能力，提升專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，BIM技術(shù)和裝配式建筑設(shè)計(jì)二者相輔相成，其設(shè)計(jì)深度對(duì)提高建筑工程精細(xì)化施工及運(yùn)營(yíng)具有重要意義。BIM技術(shù)在提高深化設(shè)計(jì)效率的同時(shí)，也不斷完善了以BIM 為代表的信息技術(shù)在建筑行業(yè)的發(fā)展。雖然在現(xiàn)階段，BIM技術(shù)與裝配式深化設(shè)計(jì)技術(shù)的結(jié)合領(lǐng)域還未完全成熟，但我們相信，在政府和行業(yè)的大力支持與推動(dòng)下，該項(xiàng)技術(shù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)越來(lái)越完善。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，建筑業(yè)全數(shù)字化生產(chǎn)將變?yōu)榭赡?，這將從根本上提高建筑的質(zhì)量。

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