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基于BIM技术的装配式建筑设计应用

2023-06-29 47 上传者：管理员

摘要：装配式建筑的核心是“集成”，BIM技术是“集成”的手段，串联起设计、生产、施工服务于装配式建筑全生命周期。基于建筑信息模型科技(Building Information Modeling,BIM)的，由于目前西方国家对这项科技的基础研究探索和实际使用都比较完善，而中国则还处在进一步探索中，因此本文将试图把这项科技和预制装配式建筑的信息模型技术相结合，并针对装配式建筑中对BIM科技的实际运用情况开展基础研究。

关键词：
BIM技术
建筑方法
整体规划
装配式建筑设计
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一、基于BIM技术的装配式建筑思想及应用方法流程

1.设计思路

国内常规的装配式建筑方法是，首先对建筑进行整体规划，然后再根据建筑整体规划原则对建筑结构和建筑细件进行拆分设计，由于整体建筑设计流程主要由不同的设计单位进行，建筑设计单元之间的协调能否有效会影响装配化建筑的整体质量，与目前国家所倡导的建筑产业化政策相违背。

各设计部门在实施建筑设计的过程中可以使用BIM技术协同控制系统，设计者可以即时得到其他设计部门所提交的设计材料、工程小件等的结果，给在建筑设计过程中的各部门协同带来了方便。

2.应用流程

(1）方案设计阶段

建筑设计机构在方案设计时期要与设计方一起，对装配式建筑设计方法的有效性做出评估，以确定设计方案的预制装配式建筑施工的技术要求，并最终确定设计方案标准化设计、性能设计、工程量统计、管线优化设计、基础合理验证。建筑设计公司此阶段可以使用BIM技术制作一个建筑设计项目模型，在设计可行性评估阶段中协助设计方更好地掌握方案设计的总体思想。所制作的模型可以对以后的建筑设计项目进行指引。

(2）预制构件库形成与完善阶段

形成预制构件数据库是下一步建立BIM模型的依据，也是建造构件工程企业的参考依据，所以在整个过程中预制构件库的建立相当重要。设计者在此时期内应根据预制装配式结构的应用需求，建立满足工程需要的建筑预制构件库，而后由制造企业根据自己的能力与设计者协调，去除无法实现的结构预制构件，最后由设计者对结构数据库中的所有结构加以改进，直到预制构件数据库中的全部结构都能适应工程条件和建筑功能需要。

(3)BIM模型构建与优化阶段

建筑设计单位在该阶段应当先根据原来制定的设计方案，调取原预制构件库内的结构，并将其综合构成装配式建筑模型，待BIM模块建设完毕后，再运用BIM平台的功能，如碰撞检测等方法，并根据检测结果对BIM模块加以优选。另外，建筑设计单位也应该发挥BIM平台的优点，比如能够通过冲突检测、三维管线综合及净高检查等方法，检查整体模型设计上是否出现问题。

(4）构件深化设计阶段

建设方、施工方以及材料制造方，在该时期内都应为装配式施工建筑结构设计方案进行交互，而设计方也应进行初步的施工现场勘查工作，把安装孔的定位、吊钩的预埋等情况作为现场勘查的要点，并在勘查的过程中记录下来，然后反馈给设计方，由设计方对装配式施工建筑结构进行深化设计。结构制造方应再次考虑企业的能力，对无法制造的结构加以识别、记录，反馈到设计部门，由设计部门对装配式施工结构进行深度设计。结构的设计阶段在整个BIM的应用过程中处于最后的设计阶段，所以在这个过程中不断调整、深入研究也是保证未来预制装配式施工顺利进行的基础。

二、基于BIM技术的装配式建筑设计应用

以上文的设计方法和应用过程为研究基础，对设计问题进行研究，具体如下。

1.创建预制构件库

(1）分类选择

装配式设计预制构件在不同的工程设计系统中并不能做到通用，所以建筑设计部门在建设预制结构仓库的过程中要遵循精细化的建筑设计思想，根据设计特点对不同的预制建筑结构加以划分，选用适合本设计结构要求的预制建筑结构。以预制装配式混凝土结构为例，建设单位通常将其划分为装配全尺寸框架混凝土构件、剪力墙框架和整体式框架。在选择架构时应侧重于选择数字信号系统，即所选用的预制构件必须满足预制装配式设计的条件。

(2）信息创建

待构件入库后，设计单位就必须对每一位已入库的预制构件进行信息创建。信息创建过程主要包括以下两个工作环节：首先，将各个构件编号统一，提升了结构库的标准化。第二，全面说明各个结构，重点包括结构的几何信息与非结构几何信息。前者主要指出预制结构的长度与其在整个工程构件中的相对位置等，而后者则主要指出预制结构的材料说明、载荷说明和装配说明等。

(3）审核入库

由专业的审查员核对所有预制构件的结构信息，待无误后将其上传至预制构件库中。结构评估的主要要点包括如下2点：第一，检查结构的信息编码能否与结构的类型相对应；第二，检查结构的信息描述能否与结构类型匹配。

(4）管理实现

构件入库监管系统的实现，是为了充分发挥基于BIM技术构件入库对装配式建筑结构影响的关键步骤，所以系统可在建筑构件审核入库时设定权限，并赋予设计方、施工方、构件管理方客户的权限，赋予建设方企业内部管理的身份，客户有权查看，企业内部员工也有权删减、修改、提交和使用。

2.协同设计

协同设计作为一门综合的建筑设计方式，各建筑设计单元可利用计算机信息技术采取必要的配合机制共同执行装配式施工建筑设计任务。BIM信息技术的协同设计能够支持各个设计单元共同在一个BIM平台进行设计活动，而各设计单元之间必须遵守统一的技术标准。

3.优化设计方案

预制构件的统筹设计是一项关键性工作，设计人员在具体实施时除了掌握前文中指出的重点以外，还应注意如下几个方面：

(1）关注建筑构件的形式、体积和质量

第一，结构形式。参加预制装配式建筑的单位要认真查看设计方给出的设计方案，并注意结构的形式，考虑其要求是否可以满足条件。其中，制造方重点考虑某一部件的制造时间、部件模具的周转状态，和某一部件的原材料供给状况；运输方重点考虑预制构件的运输成本、货运车辆的运送情况等；而装配施工方则需要同时考虑制造方、运输方所需要的时间，以能够跟上施工进度为标准。

第二，结构尺寸。生产方可通过BIM结构库及BIM模块确定各个结构的尺寸，然后根据模台的大小、场地的大小及可周转能力等结构制造的有效性做出判断。装配设计方则可根据现场情况、设计方式等对结构设计的有效性做出判断。

第三，构件重量。交通运输方需根据施工现场的交通限载问题评估结构有无运输限制。安装施工方需根据建筑起吊运输设备的承载能力评估结构是否可以达到安装施工条件。

(2）保证节点连接与预埋留的合理性

为了更好确定BIM装配式建筑模板是否具备可操作性，参加装配式建筑工程施工的单位都必须在构件的设计阶段经过测试。其中结构的节点衔接主要是为各方考虑结构衔接的方向，使结构形成一个更加完善的装配式结构体系，而各个结构的衔接结点间也必须进行预留预埋施工位置。而对于更具体的施工阶段，结构吊装作业中还需预留挂钩位的条件，所以各方在此时期都必须统筹装配式结构施工阶段内的作业要求，并把具体的工作情况及时反映给建设方，以确保结点衔接和预埋工作的正确性。

(3）进行空间碰撞实验

设计方和建造方可协同或独立地分别将经过优化后的BIM装配式施工模块引入Navisworks中开展空间撞击试验，各方在检查过程中应根据界面上显示信息记录的撞击频次和事故情况，以提前了解构件安装建造过程中可能出现的事故问题。

三、基于BIM技术的装配式建筑模块化设计

如果装配式施工建筑是传统建筑的一种模块化形式，那么模块化建筑设计也是传统建筑的一种模块化形式。装配式建筑生产方式将大规模的现场施工工作分流于厂房，并通过小部件组装的方式提升了建筑施工效率，而模块化建筑设计则是将完整的建筑项目加以分割，并通过分拆的方式更加明确了各施工元素之间的联系。

1.多方共同设计

建筑设计人员通过Revit软件，根据装配式的设计出图要求新建后缀名为rte的模板文件，而模板文件中所包含的标准和要求可以协助设计人员确定预制装配式设计单元功能的前置条件，以及有关设计条件。最后，建设方通过Revit软件对预制装配式建筑设计项目进行模块化细分，把具体的项目职责分派给具体的建设队伍，达到各方联合参与，推动预制装配式建筑设计项目的有效实施。

2. BIM数据库的建立

信息管理是BIM技术使用流程中的核心内容，所以在装配式建筑及模块化设计工作中信息的传输和共享也十分关键。根据不同的信息特点，BIM技术的应用可包含不同的信息细度，具体内容包括：

第一，概念性细度阶段(LOD100)。这个阶段的数据等级，是用来向各方展示装配式房屋最基础的建筑体量数据，包括了房屋的基本结构、空间、朝向等数据。第二，近似结构细度阶段(LOD200)。该阶段的信息等级近似于上文提到的方案初步设计，即对建筑大体的元素进行控制，了解建筑的具体形态。第三，精确构件细度等级(LOD300)。该阶段的设计信息更近似于传统施工中的图纸设计，而通过BIM数据库对构建的精确结构所进行的图纸设计则更加细致，可以精细到所有装配结构、节点连接。第四，加工细度级(LOD400)。该阶段的信息等级近似于施工建造信息。第五，竣工细度等级(LOD500)。该阶段的BIM建模信息，主要运用于后期的装配式施工运营与维护。

在实际的设计工作中，各方将协同形成BIM建模的深度等级，可以为装配式的模块化设计提供必要的数据支持。同时，BIM数据库也是一种能够不断完善、不断更新的数据模型。在模块化设计阶段，项目参与者可以向信息模块中添加不同细分级的设计数据。

3.模块单元材料设计

BIM技术的运用除可以为各方展现各模块单位建筑材料的结构特征之外，还可以更全面地传达材料的建筑信息，因此相比于传统的信息化设计表达方式，采用BIM技术的材料表现方式可以更加真实地体现模块单位的建筑结构层次。材料知识的充分增加了某一功能模块设计的全面性，还可以为预制装配式设计中全面认识设计方案奠定基础。

4.基于BIM技术的灵活性设计

通过BIM技术在装配式建筑模块化设计中的运用，可以有效增强建筑单体模块设计的灵活性。以基础模型软件Revit为例，工程设计人员在使用中可以将基础模型单元与其相应的钢筋混凝土框架结构加以配合，待形成模型后软件就可以自行制作该模型的立面图、剖面图和剖透视画法。

四、结束语

论文主要通过BIM技术的现代装配式建筑，对其设计思想、设计过程、应用特点等加以研究，并阐述了现代装配式建筑模块化的思想和BIM设计中的使用方法。不论是通过框架库，或是通过数据库进行的BIM技术应用，在实际的建筑设计过程中都必须有各方参与，这样才可以在充分发挥BIM技术应用优点的基础上，充分提升装配式建筑设计的质量。

文章来源：詹祖圣.BIM技术在装配式建筑设计中的应用[J].中华建设,2023,(07):92-94.