基于BIM 技術(shù)的裝配式建筑設(shè)計(jì)

李天贏(yíng)

（山東建信達(dá)市政工程有限公司，濟(jì)南 250000）

1 前言

裝配式建筑成為當(dāng)前我國(guó)建筑工程行業(yè)的重點(diǎn)研究對(duì)象，同時(shí)也受到有關(guān)部門(mén)的關(guān)注。2020 年08 月28日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、教育部、科技部、工業(yè)和信息化部等九部門(mén)聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快新型建筑工業(yè)化發(fā)展的若干意見(jiàn)》。意見(jiàn)提出：要大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)建筑、推廣裝配式混凝土建筑。在相關(guān)政策的引導(dǎo)下，裝配式建筑行業(yè)不斷創(chuàng)新發(fā)展，尤其是在設(shè)計(jì)方面，為解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法效率低、精度差的問(wèn)題，相關(guān)專(zhuān)家提出利用BIM 技術(shù)進(jìn)行裝配式建筑設(shè)計(jì)的思路。實(shí)踐表明，BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有利于提升裝配式建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2 BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用的價(jià)值體現(xiàn)

BIM 技術(shù)在建筑工程行業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟，無(wú)論是在設(shè)計(jì)還是施工方面都有卓越貢獻(xiàn)。而將該技術(shù)運(yùn)用于裝配式建筑設(shè)計(jì)具有一定的技術(shù)基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)。對(duì)BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐研究中發(fā)現(xiàn)，BIM技術(shù)的裝配式建筑設(shè)計(jì)具有良好價(jià)值：

（1）有利于提升建筑設(shè)計(jì)效率

BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用告別了傳統(tǒng)人工設(shè)計(jì)模式，設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM 技術(shù)平臺(tái)，使設(shè)計(jì)更加高效。平臺(tái)以信息化技術(shù)、三維技術(shù)、模型技術(shù)為核心，可以解決傳統(tǒng)人工或者CAD 軟件無(wú)法解決的問(wèn)題。例如，信息化技術(shù)可以替代人工設(shè)計(jì)實(shí)施計(jì)算，加快設(shè)計(jì)計(jì)算速度；三維技術(shù)以及模型技術(shù)的組合運(yùn)用可在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中構(gòu)建三維立體模型。與傳統(tǒng)CAD 的二維設(shè)計(jì)相比，三維設(shè)計(jì)有利于檢查和發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)遺漏和誤差，繼而優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（2）實(shí)現(xiàn)建筑協(xié)同設(shè)計(jì)

裝配式建筑在設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。BIM 技術(shù)軟件具有溝通和協(xié)調(diào)功能，設(shè)計(jì)中可以為甲方、設(shè)計(jì)方以及施工方提供溝通協(xié)作平臺(tái)，三方可以在平臺(tái)上針對(duì)設(shè)計(jì)的建議進(jìn)行溝通，考慮多方利益和需求下實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而使裝配式建筑設(shè)計(jì)滿(mǎn)足各方要求，避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)因溝通延時(shí)而反復(fù)更改的問(wèn)題。

（3）BIM 技術(shù)應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)方案優(yōu)化

利用BIM 技術(shù)實(shí)施裝配式建筑設(shè)計(jì)可進(jìn)行方案優(yōu)化，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行方案優(yōu)化非常簡(jiǎn)單，僅需在BIM 軟件中更改對(duì)應(yīng)參數(shù)即可。另外，BIM 的裝配式建筑設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)多方案組合對(duì)比，根據(jù)模型對(duì)比各類(lèi)方案信息，包括對(duì)方案的空間結(jié)構(gòu)、節(jié)能環(huán)保性能進(jìn)行對(duì)比分析，最后根據(jù)建筑設(shè)計(jì)需求選擇最佳方案。

（4）有利于提升設(shè)計(jì)精度

裝配式建筑設(shè)計(jì)就是一種工業(yè)建筑產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，產(chǎn)品精度是設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。裝配式建筑結(jié)構(gòu)的精度直接影響到建筑總體質(zhì)量，如果精度不合理，不僅會(huì)導(dǎo)致單個(gè)模塊質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，也會(huì)影響工程進(jìn)度。而應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)三維模擬，融入現(xiàn)實(shí)施工因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，完全可以有效避免設(shè)計(jì)誤差，從整體施工角度做好設(shè)計(jì)管理，繼而為后續(xù)裝配式建筑設(shè)計(jì)管理打好基礎(chǔ)，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3 BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用分析

BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用具有多元優(yōu)勢(shì)，而其具體應(yīng)用不僅包括單一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)也包括施工布置、方案設(shè)計(jì)等多個(gè)方面，以下是結(jié)合了相關(guān)案例探討B(tài)IM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用。

3.1 BIM 技術(shù)在裝配式建筑施工平面布置設(shè)計(jì)中應(yīng)用

裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑施工相比更加簡(jiǎn)單，但是在設(shè)計(jì)階段也必須完成平面規(guī)劃，使裝配式建筑現(xiàn)場(chǎng)布置更加合理，為后續(xù)施工打好基礎(chǔ)。BIM 技術(shù)具有三維設(shè)計(jì)功能，而其在平面設(shè)計(jì)中應(yīng)用也具有一定的優(yōu)勢(shì)。以某裝配式建筑工程為例，該工程平面設(shè)計(jì)中應(yīng)用了BIM 技術(shù)，使平面布置更加便利。工程中利用BIM 軟件完成臨建布置、臨時(shí)道路布置、機(jī)械設(shè)備布置、材料堆場(chǎng)布置等。

（1）臨建布置包括工程區(qū)域辦公室、宿舍、食堂、衛(wèi)生間以及會(huì)議室的布置。具體布置設(shè)計(jì)的過(guò)程中，利用Revit 軟件功能對(duì)日照條件、地理地形進(jìn)行分析，調(diào)整各類(lèi)臨時(shí)建筑的樓間距以及朝向，確保各類(lèi)建筑光照充足，從而控制燈具以及空調(diào)應(yīng)用頻率，繼而實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)。另外，該工程臨建布置過(guò)程中，將原始圖紙輸入到軟件中，利用軟件建模功能實(shí)現(xiàn)三維建模，形成三維圖紙。以圍墻布置為例，按照?qǐng)D紙和設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）臨時(shí)道路布置。利用BIM 技術(shù)也可在裝配式建筑臨時(shí)道路建設(shè)中應(yīng)用。傳統(tǒng)工程現(xiàn)場(chǎng)布置過(guò)程中，臨時(shí)道路布置相對(duì)困難，主要原因在于臨時(shí)道路較為分散，道路規(guī)劃具有隨機(jī)性。而采用BIM 技術(shù)進(jìn)行臨時(shí)道路布置規(guī)劃，可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中利用BIM 技術(shù)模塊對(duì)道路施工進(jìn)行仿真模擬，模擬的同時(shí)確認(rèn)整個(gè)施工中臨時(shí)道路位置、長(zhǎng)度，在動(dòng)態(tài)模擬中進(jìn)行臨時(shí)道路規(guī)劃，更符合設(shè)計(jì)實(shí)際情況，確保道路規(guī)劃良好開(kāi)展。例如，某裝配式建筑工程現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)道路規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)開(kāi)展施工模擬，模擬時(shí)綜合考慮消防要求以及路面強(qiáng)度要求對(duì)道路進(jìn)行規(guī)劃，圖1 為施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)道路布置圖。該圖紙按照消防要求（寬度不小于4 m；道路呈環(huán)形，否則設(shè)置15 m×15 m 回車(chē)場(chǎng)地）和主路面強(qiáng)度要求完成設(shè)計(jì)（滿(mǎn)足施工車(chē)輛荷載，一般路面混凝土厚度200 mm 以上）。

圖1 BIM 布置場(chǎng)地臨時(shí)道路（藍(lán)色區(qū)域?yàn)榕R時(shí)道路）

（3）機(jī)械設(shè)備布置。BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)中應(yīng)用也可以完成機(jī)械設(shè)備布置設(shè)計(jì)，裝配式建筑工程施工中需要應(yīng)用大量工程機(jī)械，以塔吊設(shè)備為主，占地面積大，對(duì)于施工而言極為重要。因此，在施工場(chǎng)地布置之時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況布置場(chǎng)地結(jié)構(gòu)圖，布置機(jī)械儲(chǔ)存位置和施工位置，為后續(xù)的施工提供保障。以塔吊設(shè)備為例，設(shè)備占地面積大，同時(shí)施工范圍也比較大，為此，在布置設(shè)備的過(guò)程中，需要綜合考慮多個(gè)因素。應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行塔吊設(shè)備的布置設(shè)計(jì)，可以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中利用三維技術(shù)對(duì)塔吊布置后的施工進(jìn)行模擬，確認(rèn)塔吊布置范圍是否滿(mǎn)足工程要求，確認(rèn)塔吊位置是否與施工發(fā)生沖突。通過(guò)模擬設(shè)計(jì)，使塔吊設(shè)計(jì)與應(yīng)用更加安全。例如，某建筑工程塔吊布置設(shè)計(jì)時(shí)，在BIM 軟件中錄入塔吊參數(shù)，并將施工作業(yè)區(qū)域參數(shù)同時(shí)錄入，最終確定塔吊位置并施工。在模擬的過(guò)程中，將參數(shù)錄入后，也利用BIM 技術(shù)對(duì)塔吊工作運(yùn)行進(jìn)行模擬，了解塔吊工作運(yùn)行情況對(duì)周邊的影響，繼續(xù)對(duì)布置設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。按照模擬，要求兩臺(tái)塔式起重機(jī)之間的最小架設(shè)距離保證處于低位塔式起重臂端部與另一塔式起重機(jī)的塔身之間至少有2 m 的距離；處于高位塔式起重機(jī)的最低位置的部件與低位塔式起重機(jī)中處于最高位置部件之間的垂直距離不應(yīng)小于2 m。除了塔吊布置之外，該工程中應(yīng)用BIM 技術(shù)還可以進(jìn)行腳手架等布置設(shè)計(jì)。

（4）材料堆場(chǎng)布置。裝配式建筑施工以裝配式建筑材料為關(guān)鍵，材料堆放非常關(guān)鍵，如果因堆放儲(chǔ)存不合理而導(dǎo)致材料損壞，將會(huì)影響施工質(zhì)量。因此，裝配式建筑工程施工現(xiàn)場(chǎng)布置非常重視材料堆放場(chǎng)地布置，以做到儲(chǔ)存和保護(hù)材料。設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用BIM 技術(shù)可優(yōu)化材料場(chǎng)地布置，在具體布置場(chǎng)地之時(shí)，可利用BIM 技術(shù)完成施工平面布置，構(gòu)建場(chǎng)地堆放3D 模型，從長(zhǎng)、寬、高等多個(gè)角度設(shè)計(jì)堆放區(qū)域高度和面積，對(duì)部分堆放區(qū)設(shè)置防水棚，以提升材料堆放的保護(hù)。

3.2 BIM 技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用

BIM 技術(shù)可在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用，以提升裝配式建筑設(shè)計(jì)效果。裝配式建筑結(jié)構(gòu)是影響施工質(zhì)量的主要因素，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越精細(xì)，質(zhì)量控制越良好。傳統(tǒng)裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與BIM 技術(shù)相比過(guò)于粗糙，無(wú)法形成3D 設(shè)計(jì)，無(wú)法檢查結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，導(dǎo)致設(shè)計(jì)受到影響。而應(yīng)用BIM 技術(shù)后，可切實(shí)提升裝配式建筑設(shè)計(jì)效率，解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題。以下是以某工程為例，探討裝配式建筑結(jié)構(gòu)的BIM 設(shè)計(jì)。

（1）工程情況。該工程為裝配式節(jié)能建筑，是一幢綜合性寫(xiě)字樓，建筑總面積為9623 m2，其中，地上六層、地下一層，該寫(xiě)字樓屬于丙類(lèi)建筑，地震設(shè)防烈度為7 度，三級(jí)框架，使用壽命為50 年。此建筑結(jié)構(gòu)梁的截面尺寸主要包括400 mm×750 mm、350 mm×450 mm、400 mm×600 mm 等規(guī)格，預(yù)制層疊合板厚度為85 mm，現(xiàn)澆層與屋面板厚度均為120 mm。

（2）利用BIM 技術(shù)進(jìn)行裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先利用軟件構(gòu)建BIM 模型。本工程構(gòu)建的模型主要包括預(yù)制梁、柱體以及樓板等模型，模型構(gòu)件完成后利用PKPM 工程進(jìn)行渲染，最后根據(jù)圖紙和參數(shù)，將模型組合，最終形成建筑基本模型。

（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)為進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)，利用BIM 技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行調(diào)整。例如，上述工程中利用BIM 技術(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)BIM 技術(shù)模擬風(fēng)壓、地震情況，從而對(duì)建筑結(jié)構(gòu)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。以下表1為最終優(yōu)化后的參數(shù)統(tǒng)計(jì)。

表1 BIM 結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果

（4）構(gòu)建拆分。該工程中，部分結(jié)構(gòu)需要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行拆分，繼而明確后續(xù)的施工步驟。在進(jìn)行拆分的過(guò)程中利用BIM 技術(shù)的PKPM 技術(shù)軟件對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行拆分和重組，繼而確定復(fù)雜結(jié)構(gòu)的組成。例如，該工程外墻施工就采用了大型砌筑和輕質(zhì)隔墻磚進(jìn)行組合施工，保證施工質(zhì)量。

（5）深化設(shè)計(jì)。工程中利用BIM 技術(shù)可實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)獲取預(yù)制率指標(biāo)。裝配式建筑設(shè)計(jì)可深入分析和計(jì)算，利用BIM 技術(shù)構(gòu)建模型并對(duì)模型進(jìn)行預(yù)制率分析，確認(rèn)工程中的預(yù)制率，對(duì)預(yù)制結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

（6）碰撞檢查。本工程利用BIM 技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工的碰撞檢查。傳統(tǒng)二維平面設(shè)計(jì)無(wú)法發(fā)現(xiàn)鋼筋與鋼筋結(jié)構(gòu)之間的碰撞問(wèn)題，如果在施工中發(fā)現(xiàn)，極容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，或者影響施工速度。因此，針對(duì)此種情況，利用BIM 技術(shù)可以針對(duì)性完成碰撞檢查。檢查工作時(shí)確認(rèn)鋼筋結(jié)構(gòu)之間的碰撞，同時(shí)也檢查結(jié)構(gòu)與管線(xiàn)之間的碰撞，確認(rèn)出現(xiàn)問(wèn)題對(duì)碰撞位置進(jìn)行重新設(shè)計(jì)優(yōu)化。上述工程進(jìn)行碰撞檢查，總計(jì)發(fā)現(xiàn)41 處碰撞問(wèn)題，檢查完成后對(duì)碰撞進(jìn)行優(yōu)化，解決碰撞問(wèn)題。

4 結(jié)論

通過(guò)上述研究發(fā)現(xiàn)，BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用包括總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用和場(chǎng)地布置應(yīng)用，對(duì)于裝配式建筑施工均有積極影響。而目前，隨著B(niǎo)IM 技術(shù)的不斷優(yōu)化，相關(guān)專(zhuān)家已經(jīng)開(kāi)始研究BIM 技術(shù)在裝配式建筑工程施工方案設(shè)計(jì)中應(yīng)用，從而達(dá)到優(yōu)化方案的目的。希望本文的研究能夠?qū)IM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用有所幫助。