BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計與建設(shè)中的應(yīng)用研究

周 承

（南通裝配式建筑與智能結(jié)構(gòu)研究院，江蘇 南通 226000）

裝配式建設(shè)因具備綠色、節(jié)約、低碳、環(huán)保、快捷等優(yōu)點，已成為中國當(dāng)前建筑業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的趨勢與主要方向。在國家政策的支持下，通過裝配式施工和BIM技術(shù)的融合與發(fā)展，體現(xiàn)了中國智慧制造業(yè)的創(chuàng)新模式，把數(shù)字化技術(shù)運用到傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，必將給中國傳統(tǒng)建筑業(yè)注入新的動力。

1 BIM技術(shù)的特點

BIM技術(shù)具有數(shù)字化、全周期、動態(tài)化、可視化、建模、協(xié)調(diào)等方面的優(yōu)勢，近些年來，BIM技術(shù)在我國的建筑行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在結(jié)構(gòu)、建筑、水電、暖通設(shè)計等多個方面，正在不斷完善。BIM技術(shù)是利用計算機通過對有關(guān)數(shù)據(jù)信息進行分類、綜合與應(yīng)用，并通過數(shù)字化形式和具體信息表示項目內(nèi)容的主要技術(shù)手段。它在有效整合項目各方面工作、進一步系統(tǒng)化項目的管理內(nèi)容、完善決策過程以及明確各職能部門職責(zé)等方面，起到了不可分割的關(guān)鍵功能。至于BIM技術(shù)的主要特點，這也是一個值得研究的課題，BIM技術(shù)最重要的特點包括可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性。而對于顯示可視化的模式，基本上可描述為，利用計算機二維圖樣等的綜合參數(shù)信息，關(guān)聯(lián)企業(yè)內(nèi)部信息，展示出具體的技術(shù)結(jié)構(gòu)可視化模式，使得企業(yè)運用BIM技術(shù)對關(guān)鍵的技術(shù)進行還原，裝配式工程項目的管理者及時掌握工程項目的實際狀況，并對各類情況做出及時反應(yīng)。在整個項目計劃中和施工之前，雙方都有投資方投標(biāo)、融資等關(guān)鍵過程，而因為利益相關(guān)者很多，所以各方也各有各的觀點和看法，難免會產(chǎn)生分歧或在設(shè)計和施工過程中出現(xiàn)其他問題，這是不可避免的，但是，如果能早于工程設(shè)計和施工之前就使用BIM技術(shù)，就可以將相關(guān)工程施工的內(nèi)容和參數(shù)提前可視化，大大促進各方的協(xié)調(diào)，對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和施工的正常進行產(chǎn)生良好的影響。BIM技術(shù)的優(yōu)點以及其獨特的屬性，或多或少地對建筑工程的各個方面產(chǎn)生了重要的影響（如圖1）。

圖1 技術(shù)模型圖

2 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計中的現(xiàn)狀

與傳統(tǒng)模式相比，裝配式建筑的裝配式構(gòu)件生產(chǎn)流程更多，需要更精準(zhǔn)、更高效率、更好協(xié)同、更深層次、更少誤差的設(shè)計。隨著BIM技術(shù)的融合和進步，裝配式建筑的詳細設(shè)計進一步提高了工作效率，但是即便如此，項目實施時難免還存在問題。在詳細的BIM設(shè)計中，需要傳遞、協(xié)調(diào)和接收的信息很多，溝通程度高。這些信息主要來自業(yè)主、設(shè)計院、制造商和建筑部門。BIM技術(shù)將這些信息導(dǎo)入 3D 模型并執(zhí)行沖突檢測、進展建模和協(xié)作優(yōu)化，數(shù)據(jù)和信息的輸入需要單一的流程和原則，否則隨著設(shè)計的深入，每個參與方都會不斷地輸入各自領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，造成信息混亂，無法順利工作。目前國外軟件Autodesk的Revit是國內(nèi)主流的BIM軟件，經(jīng)過在中國的大量工程實踐和軟件公司的努力，Revit也在不斷調(diào)整，以更適合中國本地化，目前Revit在建模方面相對成熟，但在制圖方面與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)仍有一定差距，缺乏相關(guān)的族庫和模板文件，軟件底層數(shù)據(jù)無法適配中國標(biāo)準(zhǔn)。在詳細規(guī)劃之初，對裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件數(shù)量進行分類，減少重復(fù)工作。在所有項目利益相關(guān)者的充分參與下，預(yù)制構(gòu)件可以在相同設(shè)計的基礎(chǔ)上得到更多形狀相似但尺寸不同的產(chǎn)品。當(dāng)這些組件使用BIM技術(shù)手動建模和繪制時，會導(dǎo)致大量的重復(fù)和機械工作。BIM技術(shù)創(chuàng)建模型平臺后，需要基于模型傳遞和整合信息和數(shù)據(jù)，以促進不同學(xué)科在深度設(shè)計中的協(xié)作。但是，目前主流的BIM設(shè)計軟件仍然存在一定的信息傳遞問題，單個模型的信息傳遞和集成效率高，不同模型的信息不能高效傳遞。特別是在裝配式建筑中，需要在總裝模型中將多個預(yù)制構(gòu)件模型進行連接組裝，而BIM技術(shù)不擅長提取這種組裝關(guān)系信息。

3 將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑設(shè)計的優(yōu)點

3.1 降低模擬性

隨著裝配式建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)繪制圖紙的方式，利用新技術(shù)工具發(fā)展信息化技術(shù)，減少因繪制方式造成的物理誤差，型式與尺寸的變更也會變得更容易。關(guān)于項目施工過程中的施工質(zhì)量，可以詳細分析施工動態(tài)，使施工過程更加具體和易懂。同時，也方便了分步構(gòu)建過程，避免了實施錯誤的風(fēng)險，它將比傳統(tǒng)建筑過去依賴的繪畫技術(shù)更加科學(xué)和細致。在施工過程中，設(shè)計師與施工團隊的溝通變得更加便捷，利用BIM技術(shù)可以模擬施工前的施工過程，實時發(fā)現(xiàn)施工過程中存在的問題。根據(jù)新出現(xiàn)的問題，調(diào)整和準(zhǔn)備適當(dāng)?shù)男迯?fù)措施，從施工現(xiàn)場的施工質(zhì)量提高項目的可制造性、耐久性和安全性。仿真的存在將為施工團隊明確施工過程中容易出現(xiàn)問題的區(qū)域，同時提高施工團隊成員的勤奮工作態(tài)度，這顯然賦予了BIM技術(shù)很大的優(yōu)勢

3.2 全方位記錄信息

可以全方位獲取項目信息，BIM技術(shù)是在計算機的基礎(chǔ)上進行的，因此在施工過程中可以有詳細而完整的信息收集。無論是設(shè)備信息還是質(zhì)量管理，都可以保證全面信息的可用性。關(guān)于施工質(zhì)量管理，相關(guān)信息是非常零散的，例如，一個建筑工地可能有成百上千的建筑材料，而施工隊成員的最新信息也是一個龐大的信息庫，BIM技術(shù)的加入在管理信息數(shù)據(jù)和防止信息丟失方面提供了綜合優(yōu)勢。BIM技術(shù)可以根據(jù)施工情況提前準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，節(jié)省大量準(zhǔn)備時間，科學(xué)信息比人工信息更準(zhǔn)確。前期準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集，對于后期的施工過程，會起到非常重要的作用，才能最大化整個施工過程的整體價值，這一點不需要質(zhì)疑，也是非常重要的一點。

3.3 具備海量材料

不同年代的巖土工程設(shè)計和不同年代的建筑風(fēng)格都會影響建筑物的質(zhì)量。因此，首先有必要對不同地區(qū)的巖土進行具體分析，分析這些巖土的形成年齡、成因和成分，以便更好地進行裝配式房屋的設(shè)計。Bim技術(shù)的特點之一是可以存儲大量的個性化材料。因此，在施工過程中，可以充分分析不同時期的工程地質(zhì)條件及其形成的原因，針對各種工程和地質(zhì)條件開發(fā)獨特的建筑解決方案，可以大大提高裝配式建筑的工作效率和設(shè)計質(zhì)量，這一點非常重要。

3.4 加快設(shè)計圖紙的速度

BIM技術(shù)可以有效加快圖紙的建設(shè)。眾所周知，BIM技術(shù)的發(fā)展給建筑業(yè)帶來了前所未有的變化。過去，裝配式建筑規(guī)劃的另一個重要步驟，是根據(jù)實際研究結(jié)果繪制建筑圖則。在傳統(tǒng)的裝配式房屋設(shè)計中，設(shè)計人員首先要改變設(shè)計模型，然后改變平面圖、剖面圖、詳圖等支撐圖。在畫畫的過程中浪費了大量的時間和精力。然而，在應(yīng)用BIM技術(shù)后，設(shè)計視圖、平面圖、剖面圖和詳圖變得相互關(guān)聯(lián)和復(fù)雜。設(shè)計人員只需對模型進行修改，就可以同時獲得修改后的圖紙，這在很大程度上節(jié)省了設(shè)計人員的時間，提高了預(yù)制房屋設(shè)計工作和設(shè)計過程的整體效率。如果負責(zé)人能夠有效地關(guān)注到這項技術(shù)，那么裝配式建筑的設(shè)計工作肯定可以更快更好地進行。

4 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計中的實際應(yīng)用

4.1 BIM技術(shù)在可行性研究階段的應(yīng)用

裝配式建筑設(shè)計的第一階段是工程項目的可行性階段，是確保工程質(zhì)量的基礎(chǔ)。對裝配式建筑的自然環(huán)境需要進行大量的分析和科學(xué)研究。BIM技術(shù)允許裝配式建筑模型使用數(shù)據(jù)可視化創(chuàng)建設(shè)計方案。通過該物理模型，投資者可以及時發(fā)現(xiàn)建設(shè)項目投資消耗可能存在的問題，及時進行糾正，從而大大控制成本，提高建設(shè)質(zhì)量，避免因管理決策的變更而增加成本，盡快對規(guī)劃結(jié)構(gòu)進行管理，使設(shè)計決策集中在整個項目上。

4.2 BIM技術(shù)在裝配式建筑模型上的應(yīng)用

BIM設(shè)計方案的選擇不但能夠解決建筑斜面分層的復(fù)雜定位，而且還能夠使用BIM技術(shù)研發(fā)出高度一致的3D設(shè)計方案，從而便于裝配式施工建筑的規(guī)范施工以及機構(gòu)間靈活運轉(zhuǎn)的維護。在裝配式施工住宅規(guī)劃行業(yè)，裝配式施工建筑模塊制作材料是指一個能夠提高裝配式施工房屋規(guī)模以及施工團隊設(shè)計理念的建筑材料。在實際建設(shè)過程中，預(yù)制裝配式建筑物模型的制作有著很大的實用性，其中不僅涉及裝配式建筑物房屋規(guī)劃設(shè)計的各種課程和基本概念。而且預(yù)制裝配式建筑物理模型的構(gòu)建，首先需要確立相應(yīng)的預(yù)制裝配式建筑物理規(guī)范，確定設(shè)計原則，并補充基本概念，進而逐步明確預(yù)制裝配式建筑的實際狀況與特征，并對預(yù)制裝配式建筑的內(nèi)在和對外特征加以多維度剖析，從而證明了預(yù)制裝配式建筑的合理性。

4.3 BIM技術(shù)在建設(shè)施工階段的應(yīng)用

裝配式建筑的建設(shè)是規(guī)劃項目的實施。傳統(tǒng)平面設(shè)計采用二維工程圖紙，導(dǎo)致項目施工可行性研究不完善，施工時間不確定，施工效率低，嚴(yán)重降低了裝配式建筑的質(zhì)量，這個問題可以通過BIM技術(shù)智能的避免。BIM 技術(shù)還可以解決現(xiàn)場設(shè)計和施工方法之間的設(shè)計缺陷或不一致問題，它將跨學(xué)科的信息內(nèi)容鏈接起來，以防止設(shè)計沖突、減少施工時間并協(xié)調(diào)不同工程和施工方法之間的差異。借助BIM技術(shù)，可以計算出項目施工方案中的關(guān)鍵點，立即改進方案設(shè)計，相應(yīng)降低項目投資成本，提高施工質(zhì)量。

4.4 BIM技術(shù)在運行維護階段的應(yīng)用

BIM技術(shù)能夠保存各個建設(shè)項目中施工環(huán)節(jié)的重要內(nèi)容，社區(qū)業(yè)主也能夠按照要求查詢各個環(huán)節(jié)的具體內(nèi)容。而一旦建設(shè)需求發(fā)生了變化，BIM實體模型的主要參數(shù)也同步改變，從而提高了整個實體模型。BIM技術(shù)還能夠?qū)こ探Y(jié)構(gòu)進行信息分類，從而掌握工程中預(yù)制或裝配式建筑物的結(jié)構(gòu)特征、容量、應(yīng)用狀況等基礎(chǔ)信息，并針對現(xiàn)場狀況展示更適宜的施工方法。綜上所述，將BIM技術(shù)用來管理裝配式建筑物的后期運維，將有助于提升工程項目品質(zhì)。

5 裝配式建筑設(shè)計與建設(shè)中的BIM技術(shù)應(yīng)用要點

BIM技術(shù)不僅僅是信息技術(shù)的物理模型，因為物理模型首先是在信息的幫助下建立的。因此，它能夠智能、快速地響應(yīng)建筑內(nèi)容的變化，這也是許多設(shè)計人員在預(yù)制構(gòu)件的規(guī)劃設(shè)計過程中采用的一種新方法。在為非常復(fù)雜的預(yù)制裝配式工程創(chuàng)建設(shè)計方案的情形下，可以通過3D參數(shù)化設(shè)計模型軟件對方案進行修改，并可智能地控制裝配式施工建筑物的外形。參數(shù)化設(shè)計模型的關(guān)鍵功能是在修改參數(shù)后，對預(yù)制裝配式施工建筑物的形狀做出必要的參數(shù)修改，在完成了設(shè)計方案和實際性能指標(biāo)的對比分析任務(wù)，以及現(xiàn)成建筑的布局后，設(shè)計人員可以選擇更有效的方案對其進行改造，因此，利用BIM可以改變裝配式房屋工程建設(shè)的主要參數(shù)，進一步提高裝配式房屋的規(guī)劃和管理質(zhì)量。

6 結(jié)束語

綜上所述，市場經(jīng)濟下，企業(yè)之間的競爭日趨激烈。對于工程建設(shè)單位，想保證自己的市場競爭力，拓展自己的市場份額，裝配式的設(shè)計及施工理念不僅可以減少施工時間，還可以最大限度地降低施工成本。為了更好地實現(xiàn)這一目標(biāo)，非常有必要使用BIM技術(shù)支持的預(yù)制方案。BIM技術(shù)可以利用數(shù)據(jù)對具體的施工效果進行建模，而預(yù)制方式可以進一步縮短施工時間。將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式施工方式，可以進一步提高施工效率，降低施工成本，減少施工失誤，讓企業(yè)積累自身的施工經(jīng)驗和施工優(yōu)勢，從而提高市場競爭力。