李源， 孫曄

（1. 江蘇省建湖中等專業(yè)學(xué)校；2. 鹽城市建筑設(shè)計研究院有限公司）

1 引言

裝配式建筑是現(xiàn)代建筑體系的重要構(gòu)成，相較于現(xiàn)澆式建筑而言，其將建筑按照結(jié)構(gòu)分解為若干配件，通過配件的設(shè)計、生產(chǎn)、運輸與現(xiàn)場組裝裝配完成建筑實施工序，具有效率高、成本低、工作量小的優(yōu)勢[1]。建筑結(jié)構(gòu)配件設(shè)計是裝配式建筑實施的重要環(huán)節(jié)，將BIM技術(shù)引入到建筑結(jié)構(gòu)配件設(shè)計中，利用BIM 技術(shù)的三維信息化建模、碰撞檢測等功能實現(xiàn)配件的優(yōu)化設(shè)計與深化設(shè)計，可以切實提高裝配式建筑設(shè)計的科學(xué)性，降低結(jié)構(gòu)配件設(shè)計錯誤率，有效保障裝配式建筑的實施質(zhì)量。

2 BIM技術(shù)與裝配式建筑概述

2.1 BIM技術(shù)

BIM 技術(shù)是一種新型的建筑新型技術(shù)，其利用三維信息化模型對建筑進行仿真模擬，通過精細(xì)化的模型構(gòu)建與可視化的紋理貼合提高BIM建筑模型的實際觀感與表達精準(zhǔn)度，推進建筑設(shè)計由傳統(tǒng)的二維平面圖紙設(shè)計向三維信息化立體設(shè)計轉(zhuǎn)變[2]。BIM技術(shù)具有良好的圖形屬性聯(lián)動機制與自動渲染機制，設(shè)計人員通過調(diào)整BIM 建筑模型中的結(jié)構(gòu)參數(shù)如規(guī)格尺寸、屬性、材料等數(shù)據(jù)時，BIM 建筑模型可自動更新、局部渲染，以直觀模型快速呈現(xiàn)設(shè)計成果，為不同設(shè)計人員協(xié)同設(shè)計、共同參與提供了共享平臺，有效縮減了建筑的設(shè)計周期。同時，BIM技術(shù)具有良好的科學(xué)計算與模擬分析功能，能夠為BIM建筑模型提供高效、智能的方法支撐，通過快速計算與分析發(fā)現(xiàn)BIM 建筑模型中存在的結(jié)構(gòu)碰撞、空間布局與空間關(guān)系錯誤等問題，提高建筑設(shè)計的精確性與合理性[3]。BIM技術(shù)還可作為設(shè)計人員與業(yè)主、施工人員等進行技術(shù)交底的基礎(chǔ)性技術(shù)，通過建筑三維信息模型的直觀展示與細(xì)節(jié)表達，切實提高施工過程中的質(zhì)量與效率。主要分為項目BIM實施方案編制、項目BIM 標(biāo)準(zhǔn)編制、基于BIM 的設(shè)計協(xié)調(diào)管理、各專業(yè)BIM模型建立、BIM輔助設(shè)計出具部分施工圖、地下室BIM深化設(shè)計、BIM裝配式設(shè)計及室外綜合管網(wǎng)BIM深化設(shè)計、施工場地布置模型建立、輔助施工管理、BIM 5D模擬等。

2.2 裝配式建筑

裝配式建筑即對建筑構(gòu)件進行設(shè)計與預(yù)制，并在工地施工現(xiàn)場進行安裝。不同于現(xiàn)澆式建筑對施工人員、施工環(huán)境的高要求，裝配式建筑的構(gòu)件現(xiàn)場裝配僅需要少量的人力與機械，耗時較短且對施工環(huán)境的作業(yè)條件要求較小，是現(xiàn)代建筑體系中的先進類別。裝配式建筑的實施過程包括三個階段[4]，其一為裝配式建筑構(gòu)件設(shè)計與生產(chǎn)階段，通過建筑物構(gòu)件拆分與構(gòu)件設(shè)計，為構(gòu)件批量化、規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)提供高精度的建筑構(gòu)件設(shè)計方案；其二為裝配式建筑運輸階段，將工廠生產(chǎn)的建筑構(gòu)件按照施工需要逐批次運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場；其三為裝配式構(gòu)件裝配階段，在施工現(xiàn)場根據(jù)裝配式建筑的設(shè)計圖紙對構(gòu)件按順序進行組裝，實現(xiàn)建筑的建造。通過上述實施過程分析可知，裝配式建筑具有明顯的優(yōu)勢，可以較好地管理與把控建筑建造與實施進度、質(zhì)量、成本以及施工安全。

2.3 BIM技術(shù)在建筑設(shè)計中的作用

利用BIM 技術(shù)，即對建筑設(shè)計進行三維信息化建模，實現(xiàn)裝配式建筑的可視化、立體化表達，實現(xiàn)從現(xiàn)實世界物理實體到仿真世界三維模型的高效、精準(zhǔn)映射，充分體現(xiàn)裝配式建筑中各構(gòu)件的規(guī)格參數(shù)、功能特性、屬性數(shù)據(jù)、空間布局與空間關(guān)聯(lián)關(guān)系等，為裝配式建筑設(shè)計提供可視性與協(xié)調(diào)性俱佳的三維仿真模型，以便設(shè)計人員向其他設(shè)計人員、業(yè)主、施工人員等細(xì)節(jié)化展示裝配式建筑各構(gòu)件的具體數(shù)據(jù)信息以及直觀立體特征。將BIM技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑設(shè)計時，可以依托專業(yè)軟件與平臺實現(xiàn)構(gòu)件數(shù)據(jù)的快速修改、三維信息化模型的自動化渲染，以便設(shè)計人員及時瀏覽設(shè)計成果并加以調(diào)整優(yōu)化。BIM 技術(shù)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、碰撞檢測等功能也可為裝配式建筑的工程量統(tǒng)計、構(gòu)件之間錯誤的空間關(guān)系計算與分析等提供技術(shù)支持，進一步提高裝配式建筑的設(shè)計質(zhì)量與設(shè)計效率[5]。并可以通過模型導(dǎo)出綜合結(jié)構(gòu)留洞圖、機電管線綜合平臺面、局部剖面大樣圖及局部透視圖、綜合管線圖等圖紙，輔助項目進行深化設(shè)計及施工提供參考。因此，在裝配式設(shè)計中，借助BIM技術(shù)，可以有效地提高裝配式建筑的設(shè)計、施工等水平，顯著地提升裝配式建筑的整體質(zhì)量，使裝配式建筑從設(shè)計到運營維護的生產(chǎn)鏈條更加緊密、合理。

3 BIM在裝配式建筑設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計中的最重要的應(yīng)用。由于裝配式建筑是由若干個構(gòu)件按照一定空間布局與空間關(guān)系有機組合，BIM 技術(shù)可以為構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化設(shè)計提供良好的技術(shù)支撐。針對裝配式建筑的各個構(gòu)件，可在BIM 專業(yè)軟件平臺中自定義構(gòu)件族庫，形成裝配式建筑構(gòu)件的數(shù)據(jù)庫，作為裝配式建筑的基礎(chǔ)。在設(shè)計具體的裝配式建筑時，從構(gòu)件族庫中快速、直接調(diào)用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，并根據(jù)設(shè)計需要對構(gòu)件的規(guī)格參數(shù)、功能特性等進行調(diào)整[6]。通過若干個構(gòu)件BIM模型的空間嵌套與組合，生成各種類別與特性的裝配式建筑三維立體可視化信息模型，以標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的調(diào)用與參數(shù)調(diào)整提高裝配式建筑的設(shè)計效率，促進裝配式建筑設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化與數(shù)模化，簡化裝配式建筑設(shè)計流程，減少裝配式建筑設(shè)計工作量。

3.2 BIM模型建立與圖紙繪制

采用BIM技術(shù)對裝配式建筑的三維可視化信息模型加以構(gòu)建，生成裝配式建筑的三維獨立空間設(shè)計方案，并在BIM 專業(yè)軟件平臺中予以可視化展示。設(shè)計人員可輸入與調(diào)整三維信息化模型的相關(guān)參數(shù)，實現(xiàn)對裝配式建筑BIM 模型的快速更新與自動渲染。若是設(shè)計人員未對裝配式建筑BIM模型的相關(guān)參數(shù)進行重設(shè)，則采用構(gòu)件庫的默認(rèn)值并自動生成三維設(shè)計方案。相較于傳統(tǒng)的二維平面圖紙，BIM三維信息化模型的立體感與可視化程度更加直觀，同時其對裝配式建筑構(gòu)件的細(xì)節(jié)表達、全局特征、空間關(guān)系等的刻畫也更為全面。對空間狹小區(qū)域豎向凈高盡可能地在早期進行干預(yù)與分析，提高住戶的體驗與設(shè)計的質(zhì)量，再通過基于BIM 技術(shù)的機電管線進行管線綜合優(yōu)化項目管綜布局、滿足凈高要求。對空間在早期提前進行規(guī)劃與干預(yù)，輔助機電工程師有效率的進行管線的排布。設(shè)計人員可以點擊BIM三維信息化模型查詢到裝配式建筑具體構(gòu)件的規(guī)格尺寸、功能特性、用途、材料等屬性數(shù)據(jù)[7]。對于現(xiàn)代建筑設(shè)計中常用的CAD 軟件，BIM專業(yè)軟件平臺也有著較好的兼容性與連接性，可以將CAD 軟件設(shè)計好的二維矢量化圖紙直接導(dǎo)入到BIM 專業(yè)軟件中，并根據(jù)設(shè)計需要動態(tài)變更裝配式建筑的設(shè)計圖紙，進一步提高了BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計應(yīng)用中的整體性。

3.3 裝配式建筑的工程量統(tǒng)計

工程量的快速、精準(zhǔn)統(tǒng)計可以為設(shè)計人員預(yù)估與分析裝配式建筑的實施難度、實施成本、施工周期等提供基本參考。將BIM技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑設(shè)計中，依托BIM 專業(yè)軟件平臺自帶的包含工程信息的數(shù)據(jù)庫，對照裝配式建筑的設(shè)計方案執(zhí)行工程信息統(tǒng)計，分析建筑構(gòu)件的裝配工程量。同時，設(shè)計中的碰撞檢測可以為工程量統(tǒng)計的準(zhǔn)確性提供基本保障，利用快速碰撞檢測算法對裝配式建筑構(gòu)件的設(shè)計工況計算與分析，進行優(yōu)化裝配式建筑的設(shè)計方案，更加準(zhǔn)確地估算出裝配式建筑的工程量。此外，建筑的工程量統(tǒng)計也會給裝配式建筑設(shè)計優(yōu)化提供方向，對于工程量較大的建筑構(gòu)件，可針對性開展優(yōu)化處理。

3.4 裝配式建筑中的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計也是BIM在裝配式建筑設(shè)計中的重要應(yīng)用之一。與傳統(tǒng)的檢測方法不同之處在于，基于BIM技術(shù)的裝配式建筑抗震設(shè)計是依托各類傳感器設(shè)備對裝配式建筑項目的抗震參數(shù)進行實時檢測，并將檢測結(jié)果傳輸回微處理器中。微處理器與BIM 專業(yè)軟件平臺高度關(guān)聯(lián)，可根據(jù)微處理器中的抗震參數(shù)計算與分析裝配式建筑的抗震性能。通過優(yōu)化設(shè)計、抗震性能分析，實現(xiàn)對裝配式建筑抗震性能的精準(zhǔn)測定，以優(yōu)質(zhì)的裝配式建筑設(shè)計提高建筑的抗震性能。

3.5 裝配式建筑的深化設(shè)計

深化設(shè)計是提高裝配式建筑設(shè)計科學(xué)性、合理性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。將BIM技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑深化設(shè)計中，通過構(gòu)件三維信息化模型的構(gòu)建以及各類埋件或鋼筋的隱蔽參數(shù)的精確統(tǒng)計，可以為構(gòu)件預(yù)制與生產(chǎn)提供精準(zhǔn)的規(guī)格參數(shù)，幫助構(gòu)件預(yù)制生產(chǎn)廠家合理儲備構(gòu)件生產(chǎn)原材料。例如，當(dāng)利用BIM技術(shù)對裝配式建筑的外墻板進行三維信息化建模后，根據(jù)外墻板的構(gòu)件構(gòu)成、構(gòu)件分類，結(jié)合構(gòu)件族庫中關(guān)于工程信息、原材料信息、埋件信息等數(shù)據(jù)，自動計算與統(tǒng)計出外墻板預(yù)制加工的各類原材料耗材量。同時，BIM技術(shù)具有良好的協(xié)同聯(lián)動機制，允許不同設(shè)計人員共同參與到BIM 三維模型構(gòu)建中，對三維信息化模型進行構(gòu)件調(diào)用與插入、構(gòu)件規(guī)格參數(shù)修改與更新等操作。不同設(shè)計人員以三維信息化模型作為可共享的信息載體，可以協(xié)同深化設(shè)計，有效解決不同設(shè)計團隊在深化設(shè)計裝配式建筑時存在的信息沖突、共享滯后等問題。在深化設(shè)計的基礎(chǔ)上，可依托BIM 技術(shù)對裝配式建筑的各個構(gòu)件進行預(yù)拼裝，計算與檢測構(gòu)件預(yù)拼裝過程中存在的各類錯誤，以及時調(diào)整優(yōu)化構(gòu)件參數(shù)，提高裝配式建筑設(shè)計的實用性[8]。通過BIM 可視化及結(jié)構(gòu)計算模型的數(shù)據(jù)互通解決了結(jié)構(gòu)系統(tǒng)問題，可以通過BIM 技術(shù)漫游模擬解決各專業(yè)間的碰撞問題，減少設(shè)計變更，提高設(shè)計周期的效率。例如，在對超大飄窗拆分深化設(shè)計時，基于BIM 模型對預(yù)制裝配層結(jié)構(gòu)進行拆分，在復(fù)雜線條部位考慮到模具生產(chǎn)困難、構(gòu)件生產(chǎn)效率及生產(chǎn)質(zhì)量，將超大飄窗進行拆分，以達到降低構(gòu)件重量、方便吊裝施工及集成化拆分線條的目的。在預(yù)制墻板預(yù)埋管線深化設(shè)計時，依據(jù)PC標(biāo)準(zhǔn)層水電點位圖、標(biāo)準(zhǔn)層機電安裝施工圖；綜合考慮預(yù)埋線盒、給排水系統(tǒng)、強弱電系統(tǒng)預(yù)埋管線的合理性，將同回路管線并線優(yōu)化，解決預(yù)埋線盒遺漏、水電點位錯誤等問題，減少預(yù)埋管線的使用量。

4 結(jié)語

裝配式建筑是國家重點發(fā)展的戰(zhàn)略性綠色產(chǎn)業(yè)，是建筑工業(yè)化的重要組成部分，具有施工成本低、施工效率快以及安全系數(shù)高等特點，與現(xiàn)代城市建設(shè)的基本需求相符合。建筑設(shè)計中利用BIM 技術(shù)，必將對裝配式的禁止提供積極的影響。