基于BIM的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計與建造關(guān)鍵技術(shù)探討

陳譚

（山西五建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030013）

隨著我國科技水平與信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)的工作人員都在不斷利用計算機(jī)技術(shù)提高自身的工作效率。建筑行業(yè)作為我國經(jīng)濟(jì)水平飛速發(fā)展的重要支撐，如何在保證建筑質(zhì)量的同時提高施工效率、降低對環(huán)境的不利影響就成為建筑企業(yè)需要優(yōu)先考慮的關(guān)鍵因素?；贐IM的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計憑借其自身的獨特優(yōu)勢在建筑行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用與快速的推廣。

因此，本文首先對BIM技術(shù)及裝配式建筑的概念進(jìn)行了簡要概述，對BIM技術(shù)在裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行了淺要分析，探討了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與建造關(guān)鍵技術(shù)，并提出了加強BIM技術(shù)在建筑行業(yè)中應(yīng)用的主要措施，以期為我國建筑行業(yè)的持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

1 BIM技術(shù)及裝配式建筑概述

1.1 BIM技術(shù)及裝配式建筑基本內(nèi)涵

BIM技術(shù)又可被稱之為建筑信息模型技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用需在建筑真實信息的基礎(chǔ)上，相關(guān)技術(shù)人員根據(jù)所需進(jìn)行的具體設(shè)計，在對建筑工程相關(guān)參數(shù)進(jìn)行收集、整理、分析后利用數(shù)字化技術(shù)對工程項目進(jìn)行建模，從而更好的幫助設(shè)計師將將建筑本體呈現(xiàn)出來。在建筑領(lǐng)域應(yīng)用BIM技術(shù)不僅可以更為真實、直觀的體現(xiàn)建筑本體，還可以幫助項目負(fù)責(zé)人更好的對施工進(jìn)度進(jìn)行合理安排，推動建筑工程項目的順利完工。

傳統(tǒng)模式下，建筑工程的施工通常處于露天環(huán)境中，在一定程度上增加了突發(fā)性狀況發(fā)生的概率，從而不利于工程的順利實施。裝配式建筑的應(yīng)用不僅很好的避免了這一問題的出現(xiàn)，還提高了施工效率。裝配式建筑作為現(xiàn)代化建筑發(fā)展的主要趨勢，通過將部分傳統(tǒng)模式下需要進(jìn)行現(xiàn)場施工作業(yè)的施工環(huán)節(jié)提前在預(yù)制廠中進(jìn)行構(gòu)建的加工，之后再運輸?shù)绞┕鏊?，在現(xiàn)場施工作業(yè)人員的安裝下完成工程整體內(nèi)容。該建筑方式通常具有統(tǒng)一的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)的生產(chǎn)放置、智能的管理系統(tǒng)，因此在建筑行業(yè)得到了較為廣泛的應(yīng)用，具體應(yīng)用如圖1所示。

圖1 BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用

裝配式建筑的應(yīng)用顯著降低了施工成本以及對環(huán)境所造成的影響，BIM技術(shù)的應(yīng)用大幅提高了施工效率以及設(shè)計的有效性，因此，在裝配式建筑中引入BIM技術(shù)具有十分重要的實用價值。

1.2 BIM技術(shù)的應(yīng)用難點

近年來，我國為了推動城市化建設(shè)速度，大力推動了BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用，也進(jìn)一步加速了建筑企業(yè)在該技術(shù)方面的投入與推廣，在一定程度上對我國傳統(tǒng)的商業(yè)模式造成了一定的影響。然而，我國BIM技術(shù)起步較晚，對于其相關(guān)政策的研究尚處在發(fā)展階段，因此，還存在一些應(yīng)用難點。

標(biāo)準(zhǔn)不完善。雖然我國城市化建設(shè)發(fā)展速度較快，但由于起步較晚，特別是在數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用方面，因此，在BIM技術(shù)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范上，我國尚未出臺較為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，從而容易導(dǎo)致項目投資方與建筑企業(yè)在相關(guān)數(shù)據(jù)的應(yīng)用方面存在矛盾。

習(xí)慣難改變，雖然傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方式與建筑施工模式存在一些列亟待完善的問題，但由于應(yīng)用時間較長，因此對于很多建筑企業(yè)來說更習(xí)慣應(yīng)用傳統(tǒng)模式。BIM技術(shù)作為新型現(xiàn)代化技術(shù)手段，若想達(dá)到較高的工作效率，就需要建筑設(shè)計師、項目負(fù)責(zé)人等愿意利用該技術(shù)并接受資源共享的工作方式。然而，現(xiàn)階段，很多建筑企業(yè)工作人員對于信息分享這一方式仍處于保留階段，從而在一定程度上阻礙了BIM技術(shù)的應(yīng)用。

責(zé)任難落實。如上文所述，BIM技術(shù)的應(yīng)用需要建筑企業(yè)各部門實現(xiàn)信息共享，然而，該方式的應(yīng)用在一定程度上導(dǎo)致項目參與人員的責(zé)任分工界限變得更為模糊，從而容易導(dǎo)致項目投資方、工程設(shè)計單位、建筑企業(yè)、施工單位之間的責(zé)任無法落實的問題出現(xiàn)。與此同時，倘若由于軟件不一致所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)建模出現(xiàn)差異或不同軟件之間數(shù)據(jù)兼容性出現(xiàn)問題，此時軟件開發(fā)商是否需要承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任仍沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，且其與建筑企業(yè)、項目投資方等部門的責(zé)任分配方式尚未達(dá)成共識。

產(chǎn)權(quán)難保護(hù)。資源共享模式下，由于缺乏相應(yīng)的產(chǎn)權(quán)知識保護(hù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，因此，對于工程完工后的數(shù)據(jù)模型、信息使用的產(chǎn)權(quán)歸屬、等方面容易產(chǎn)生矛盾。除此之外，在數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)的導(dǎo)入上需要建筑企業(yè)相關(guān)技術(shù)人員予以配合，然而，如何保證數(shù)據(jù)不流出以及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)措施仍存在一定風(fēng)險。

2 BIM技術(shù)在裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢

BIM技術(shù)可應(yīng)用的軟件有很多種，相應(yīng)也為裝配式建筑提供了更多的選擇。相關(guān)技術(shù)人員可根據(jù)工程實際需求選擇合適的建模方式，最大程度的提高施工效率。隨著我國建筑工程施工要求的不斷增加，現(xiàn)階段，BIM技術(shù)在裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢主要包括以下幾個方面。

提高設(shè)計效率。建筑工程通常具有較長的施工周期且施工環(huán)節(jié)眾多，涉及范圍較廣，因此，相關(guān)技術(shù)人員在進(jìn)行工程設(shè)計前需要對大量繁瑣的信息進(jìn)行收集、整理、歸納與分析，且通常具有很高的重復(fù)性，相應(yīng)降低了設(shè)計效率。BIM技術(shù)的應(yīng)用則很好的避免了上述問題的發(fā)生，該技術(shù)的應(yīng)用只需設(shè)計人員將設(shè)計所需參數(shù)及工程要求一并導(dǎo)入到相關(guān)軟件，就可以利用該技術(shù)實現(xiàn)滿足施工規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的工程設(shè)計，并可利用較為直觀的方式體現(xiàn)出來，一方面幫助設(shè)計人員節(jié)約了大量的工作時間并提高了設(shè)計精準(zhǔn)性，另一方面也可以幫助項目負(fù)責(zé)人、相關(guān)技術(shù)人員更好的發(fā)現(xiàn)其中可能存在的安全隱患，從而更好的保證施工的順利進(jìn)行。

推動建模發(fā)展。建筑工程設(shè)計通常具有較強的專業(yè)性，因此，在為建筑企業(yè)管理人員、項目投資方進(jìn)行講解時通常需要專業(yè)人員結(jié)合工程設(shè)計圖將專業(yè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行講解，從而更好的體現(xiàn)設(shè)計理念。BIM技術(shù)的應(yīng)用則可以通過直觀的展示更好的幫助設(shè)計人員對工程設(shè)計進(jìn)行展現(xiàn)，同時也增強了雙方的有效溝通。與此同時，隨著BIM技術(shù)在建筑行業(yè)中的不斷推廣與應(yīng)用，在一定程度上也推動了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，為后續(xù)我國自主研發(fā)相關(guān)軟件奠定了一定基礎(chǔ)。

提升專業(yè)水平。BIM技術(shù)的應(yīng)用不僅可以更為直觀的展現(xiàn)建筑工程的整體設(shè)計，還可更為規(guī)范的幫助施工企業(yè)了解每個施工環(huán)節(jié)所需的材料數(shù)量、施工周期等，從而更好的進(jìn)行施工方案的編制以及建筑資源的合理調(diào)配。與此同時，對于裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中可能出現(xiàn)的安全隱患，也可提出更為科學(xué)的解決方案，不僅提升了建筑設(shè)計的工作效率與專業(yè)水平，也更好的幫助建筑行業(yè)走向智能化與科學(xué)化道路。

實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)施工。裝配式建筑的應(yīng)用憑借其標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)模式避免了不必要的資源浪費，BIM技術(shù)的應(yīng)用通過對其設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，更好的幫助預(yù)制廠對相關(guān)元件的尺寸參數(shù)、樣式特點進(jìn)行完善，助力建筑企業(yè)實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化施工。與此同時，該技術(shù)的應(yīng)用通過不斷積累工程數(shù)據(jù)，從而幫助我國建筑行業(yè)建立標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫，對預(yù)制構(gòu)件的詳細(xì)數(shù)據(jù)、施工要求、使用性能等進(jìn)行收集與分析，從而更好的為我國裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提供一定參考。

3 基于BIM的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計與建造關(guān)鍵技術(shù)

基于BIM的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計與建造關(guān)鍵技術(shù)流程如表1所示。

表1 BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用范圍

3.1 建筑規(guī)劃

良好的建筑規(guī)劃是施工企業(yè)保證工程項目得以順利實施的前提條件，也是建筑企業(yè)實現(xiàn)成本控制的有力保障。合理應(yīng)用BIM技術(shù)，可以更好的幫助相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行建筑規(guī)劃設(shè)計，主要包括以下三方面應(yīng)用：一是場地環(huán)境分析。該技術(shù)的應(yīng)用通過將場地信息與空間信息進(jìn)行整體分享，更好的幫助項目投資方選擇施工地點。因此，通過BIM相關(guān)技術(shù)進(jìn)行施工場地的選擇，可以最大程度的降低工程項目對環(huán)境所帶來的不利影響；二是施工設(shè)計圖的調(diào)整。利用BIM技術(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模時，通常需要將實際建筑本體按照一定比例進(jìn)行縮小，從而將模擬圖與實際數(shù)據(jù)形成一定的比例管線，從而保證在對某一個構(gòu)件進(jìn)行參數(shù)修改時，與其相關(guān)的其他數(shù)據(jù)也可隨之進(jìn)行改變，為設(shè)計師提高工作效率提供參考依據(jù)，同時也可避免人為因素導(dǎo)致的誤差；三是利于部門的協(xié)調(diào)。BIM技術(shù)的應(yīng)用可以更為直觀的展現(xiàn)設(shè)計師的設(shè)計理念以及施工過程中可能出現(xiàn)的安全隱患，因此，可以更好的幫助建筑企業(yè)各部門對于其中存在的問題進(jìn)行溝通并提出相應(yīng)的解決方案，從而更好的推動工程項目的順利進(jìn)行。

3.2 數(shù)學(xué)建模

建筑設(shè)計師通過將建筑工程的實際數(shù)據(jù)導(dǎo)入到相關(guān)軟件，即可利用BIM技術(shù)進(jìn)行裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的數(shù)學(xué)模型，從而幫助設(shè)計師、項目負(fù)責(zé)人、相關(guān)技術(shù)人員等更為直觀的了解設(shè)計師的設(shè)計理念。與此同時，構(gòu)件預(yù)制廠的相關(guān)技術(shù)人員也可利用BIM技術(shù)詳細(xì)的了解構(gòu)件的尺寸參數(shù)等，從而對建筑工程的使用性能、裝配式建筑各構(gòu)件的精準(zhǔn)度進(jìn)行檢驗，為后續(xù)施工奠定良好的基礎(chǔ)。對于施工企業(yè)的項目負(fù)責(zé)人來說，該技術(shù)的應(yīng)用也為其分析工程設(shè)計的合理性與科學(xué)性提供了有力支撐，從而幫助其更好的對施工進(jìn)度、施工方案進(jìn)行控制。

3.3 數(shù)據(jù)庫建立

現(xiàn)階段，隨著BIM技術(shù)在我國建筑行業(yè)中的不斷應(yīng)用，很多建筑企業(yè)都將已有工程數(shù)據(jù)進(jìn)行了上傳，從而不斷完善了我國BIM設(shè)計數(shù)據(jù)庫。通常情況下，該數(shù)據(jù)庫包括多種建筑的數(shù)學(xué)模型、裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖、預(yù)制構(gòu)件的具體參數(shù)等，建筑設(shè)計人員可以根據(jù)工程實際情況選擇合適的參考資料作為設(shè)計依據(jù)，提高自身綜合實力的同時優(yōu)化設(shè)計方案，更好的保證工程質(zhì)量。

3.4 制造構(gòu)件

對于裝配式建筑來說，制造構(gòu)件尺寸的精準(zhǔn)性及良好的質(zhì)量是建筑工程質(zhì)量的有力保障。因此，在進(jìn)行相關(guān)構(gòu)件的生產(chǎn)時，需施工企業(yè)相關(guān)負(fù)責(zé)人與預(yù)制廠相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行詳細(xì)溝通，避免出現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件無法應(yīng)用的問題。在這個階段應(yīng)用BIM技術(shù)可以很好的對構(gòu)件尺寸、材質(zhì)等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化說明，預(yù)制廠可以根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)件的生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率的同時確保構(gòu)件質(zhì)量符合工程要求，避免了不必要資源的浪費。

3.5 布置埋件

在具體的施工過程中，埋件的布置方式通常具有數(shù)量多且復(fù)雜程度高的特點，因此需要相關(guān)人員對埋件的具體分布情況進(jìn)行合理分析。在該階段應(yīng)用BIM技術(shù)可以通過數(shù)學(xué)模型的方式更為直觀的展現(xiàn)其分布情況，并結(jié)合工程實際情況對其合理性進(jìn)行分析，為建筑企業(yè)選擇埋件的內(nèi)嵌組和吊鉤形狀提供參考依據(jù)。與此同時，通過對梁結(jié)構(gòu)與建筑預(yù)留洞口的適配性進(jìn)行分析可以最大程度的避免后期出現(xiàn)復(fù)工的現(xiàn)象，從而幫助施工企業(yè)節(jié)約施工周期。

3.6 拆分設(shè)計

BIM技術(shù)的應(yīng)用需要建筑設(shè)計人員將工程實際參數(shù)導(dǎo)入到相關(guān)軟件中，通過建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型更為直觀的展現(xiàn)建筑的相關(guān)設(shè)計參數(shù)。設(shè)計師在對其進(jìn)行展示的過程中，工程相關(guān)技術(shù)人員會結(jié)合工程實際情況對設(shè)計圖進(jìn)行修正，此時就需對構(gòu)件進(jìn)行拆分設(shè)計。這就要求相關(guān)設(shè)計人員確保每個構(gòu)件均是可拆分的，且每個拆分之后的構(gòu)件均可詳細(xì)展現(xiàn)其具體安裝方法，得到統(tǒng)一的結(jié)論后再對相關(guān)設(shè)計進(jìn)行整合。

3.7 碰撞檢測

裝配式建筑憑借其較高的施工效率得到了較為廣泛的應(yīng)用，然而，該建筑方式也存在一些較為不利的影響因素，其中較為突出的一點就是設(shè)計方案的管線經(jīng)常與實際施工過程中的建筑本體產(chǎn)生碰撞，且該碰撞通常會對建筑物的安全性造成影響。因此，需要相關(guān)技術(shù)人員充分利用BIM技術(shù)對其碰撞情況進(jìn)行檢測與標(biāo)注，從而更好的幫助相關(guān)技術(shù)人員對其進(jìn)行修正，確保建筑本體的使用安全。

3.8 用量設(shè)計

合理且科學(xué)的鋼筋用量是確保建筑質(zhì)量及穩(wěn)定性的前提條件，因此，需要施工企業(yè)對其分布情況及數(shù)量進(jìn)行清晰的判斷。在安裝過程中應(yīng)用BIM技術(shù)可以通過建模的方式，對鋼筋的具體分布情況進(jìn)行直觀展現(xiàn)，從而更好的為相關(guān)技術(shù)人員對其分布的合理性進(jìn)行分析，一旦發(fā)現(xiàn)問題，可以及時與設(shè)計人員進(jìn)行溝通并直接在模型上進(jìn)行修改，更為高效的判斷修改的合理性，從而更好的保證工程質(zhì)量，避免后期出現(xiàn)倒坍等重大安全事故的發(fā)生。

4 結(jié)語

綜上所述，BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與建造中的應(yīng)用不僅可以推動工程項目的順利實施，還可以提高施工效率，更好的保證工程質(zhì)量。因此，該技術(shù)的應(yīng)用與裝配式建筑的結(jié)合起到相輔相成的作用，建筑企業(yè)應(yīng)不斷對其進(jìn)行完善，從而更好的推動我國建筑行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。