BIM 技术在装配式建筑PC预制构件标准化和参数化设计中的应用

摘要：装配式建筑PC预制构件深化设计的难点是工作量大、重复性高、技术水平单一。BIM技术实质上就是一种建筑业的现代信息化技术，具备参数化建模和支持统一开放标准的特性，因此可以很好地解决PC预制构件深化设计的难点。文章综述了BIM技术应用于PC预制构件深化设计的国内外研究现状，提出了可行的研究方法。

关键词：装配式建筑；PC预制构件；BIM技术；标准化；参数化

一研究背景

随着时代的不断发展，建筑业以机械替代人力，以工业化制造与装配替代现场施工等方式来达到提高效率、降低成本、保证质量、减少浪费、保护环境以及降低工人劳动强度的目的，实现建筑工业化、产业化、低碳化的发展方向。由于现代装配式建筑具备设计标准化、生产工业化、安装机械化、管理信息化、装修一体化、应用智能化的特征，完全符合上述要求。因此，装配式建筑是建筑业未来重要的发展趋势之一。

装配式建筑按照承重结构材料分为3 类：装配式钢筋混凝土结构建筑、装配式钢结构建筑以及装配式木结构建筑。无论哪一种装配式建筑，预制构件都是建筑结构中的最小单元，是装配式建筑的核心。预制构件贯穿装配式建筑设计阶段、生产阶段、运输阶段、施工阶段的整个过程。装配式钢筋混凝土结构建筑相对于另外两种装配式建筑来说，因为涉及两种不同材料（混凝土和钢筋）的协同工作问题，所以其预制构件，尤其是主要的结构承重构件的设计、生产、运输和施工都更复杂。

装配式建筑在设计之初，很重要的一个步骤就是进行构件拆分。拆分方式对拆分后形成的构件类型和数量影响巨大。拆分后的预制构件不仅类型和数量多，而且不同类型预制构件之间的尺寸规格、配筋数量等往往差别不大。因此，预制构件设计工作的难点是工作量大、重复性高、技术水平单一。如果预制构件不在遵循一个标准的基础上实现标准化以减少类型和数量，如果不利用现代建筑信息化技术所具备的参数化建模技术（通过修改某一个参数，驱动整个物体进行相应的调整）解决工作量大、重复性高的难题，则预制构件的设计甚至使之后的生产更容易产生错误率高、降低效率的严重问题。

从近几年对装配式建筑企业的调研可知，采用传统设计方式进行预制构件的设计，设计工作量增大、设计时间增加、错误率增高。由于装配式建筑施工的特点，如果预制构件在设计阶段出了较大误差或错误，会导致现场施工困难甚至是无法施工，出现大量预制构件的返工。这样不但发挥不了装配式建筑的优势，反而会降低效率、延长工期、增加成本，质量也难以保证。

二 BIM技术特点

BIM（Building Information Modeling）技术实质上是一种建筑业的现代信息化技术。运用BIM 技术，不仅可以建立几何与空间关系最直观、信息最丰富、数据信息传递快速准确、支持统一开放标准、易管理的信息化建筑模型，而且通过对该模型的应用和管理，在装配式建筑全生命周期内（方案、设计、生产、施工、运维）发挥举足轻重的作用。由于参数化建模是BIM 技术建立具备上述特征建筑模型的必然要求，再结合支持统一开放标准的特点，BIM 技术可以完美解决上述预制构件设计工作的难点。

由于BIM 技术本就是利用计算机对建筑全生命周期所有信息进行获取、转化、处理（储存、加工、统计、分析等）、传播和应用，并通过计算机网络实现共享。因此，通过BIM 技术设计的预制构件，其信息在遵循一定标准规则下，可以方便无损地传递给自动化生产线，真正实现预制构件的工业化、自动化甚至智能化生产。

三国内外研究现状

装配式钢筋混凝土结构建筑首先是从二战结束后的欧洲兴起的，与此同时，预制构件的标准化比较简单，即在遵循一定标准的基础上的模数化。在实施模数化标准方面，最具代表性欧洲国家之一是丹麦。国际标准化组织150 模数协调标准的基础就是丹麦的标准。

在亚洲国家，由于日本的工业化开始得比较早，且处于地震多发带，装配式建筑建造快、省材料，且能够减少损坏率。因此，装配式建筑在日本得到快速发展是必然的。日本从20 世纪50 年代开始发展装配式建筑，仅仅经历了20 多年的时间，以住宅工业化为代表的装配式建筑建造模式就成为日本的主要建筑模式。

在装配式建筑预制构件标准化方面，无论欧洲还是日本，都已形成了自己的体系。但是，这种体系是基于传统的设计与建造技术。而随着BIM 技术的引入，这种标准化体系必将出现大的变革。

国外建筑业参数化技术早在CAD 这种辅助制图软件的出现，就已产生了萌芽，比如只要输入一条线段的长度、角度、起点坐标等参数就可以由计算机自动绘制出一条线段。只是此时的参数化还不能实现广泛的相关数据信息的关联，自然就做不到“牵一发而动全身”的关联修改。直到 BIM 技术的兴起和逐渐成熟，参数化技术才具备在装配式建筑中真正发挥巨大作用的条件。即便如此，目前BIM 技术发展较好的国家中，对于参数化技术在装配式建筑PC 预制构件设计与生产领域实现有价值应用，以及因参数化技术应用造成标准体系变化的研究并不多，更不系统。

在我国，装配式钢筋混凝土结构建筑20 世纪50 年代就已经有了，也形成了自己的预制构件标准化体系，但是受制于预制构件及其连接技术的限制而发展缓慢，曾经历了一段低谷期。直到21 世纪10 年代，从国家层面开始重新重视装配式建筑，装配式建筑及其预制构件的设计与生产才走出低谷，走上了发展的快车道。

我国的BIM 技术起步更晚，直到2002 年才首次引入。BIM 技术作为装配式建筑天然并且十分重要的技术支撑之一，自从被引入国内以来，与装配式建筑相结合的趋势日益显著，发展势头迅猛。基于BIM 技术的装配式建筑的一个典型应用例子就是深圳万科中心。如今，为了争取在建筑业工业化与产业化的进程中保持优势并进一步发展壮大，中国建筑业中的知名企业，如中建、中铁等中字头的施工企业，绿地、万科、碧桂园等开发企业，以及中联、三一等制造企业均纷纷开始以积极研究和发展基于BIM 技术的装配式建筑作为一个重要突破点，实现自身产业转型。

虽然，目前已有部分企业和高校开始着手进行参数化建模如何在工程项目上应用的研究与实践。但是，基于BIM 技术应用于装配式钢筋混凝土结构预制构件设计与生产的参数化技术，及对应标准化体系的研究仍然很少。

四可行的研究方法

（1）研究装配式钢筋混凝土结构建筑预制构件拆分的标准，通过标准化的拆分，以实现减少预制构件类型和数量。

（2）研究装配式钢筋混凝土结构建筑预制构件的参数类型、参数命名、参数要求、参数设置等具体参数化的要点，以及参数间的关联。

（3）基于国内BIM 技术常用软件Revit，研究装配式钢筋混凝土结构建筑预制构件参数化设计的软件实现方法。

（4）初步建立一套预制构件参数化BIM 模型（PCBIM）资源和参数化标准，然后通过实践运用查找问题、解决问题，从而优化PCBIM 和参数化标准。

（5）根据预制构件参数化研究的成果，优化改进预制构件的拆分标准。

具体流程图如图1 所示。

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