BIM技术在装配式建筑初步设计阶段的应用研究

装配式建筑将以工地作业为主的建造方式转变为工厂制造与工地作业协同作业方式，是建筑业实现工业化、信息化和智能化的主要推力。装配式建筑建设及运营过程可分为设计、建造、运维3个阶段，其中设计阶段又包括规划阶段、方案阶段、初步设计和施工图设计阶段；建造阶段可分为深化设计阶段、PC（预制混凝土构件）构件加工阶段和装配施工阶段；运维阶段包括建筑运营阶段和维护阶段。

要实现建筑生产方式从粗放型生产向集约型生产的根本转变就要推动建筑产业现代化，建筑产业现代化建设主要是建筑工业化和建筑信息化的建设。建筑业信息化是提高建筑产业生产方式与技术手段，对建筑绿色发展、智慧发展、提高人民生活品质具有重要意义。

建筑工业化可使建筑形成过程中的大量部件通过工厂化生产加快建设速度，改善作业环境，提高劳动生产率，降低资源消耗。推行装配式建筑的建设是建筑工业化的主要任务，建筑信息化建设则以BIM技术作为主导。

1  装配式建筑BIM技术体系、硬件配置

目前国内的主流的装配式应用技术体系是以Autodesk公司的Revit软件为主的BIM技术体系，以及Bentley公司的ProStructures软件为代表的BIM技术体系。2个技术体系优势互补，可实现全专业的数据交互、设计检查、施工模拟、三维可视化、协同管理等内容。这套技术体系分为民用建筑和工业建筑2个装配式BIM应用技术体系，是成熟的完整体系。

装配式建筑拆分和结构计算软件有PKPM-PC和YJK，PKPM-PC既可实现装配式结构整体分析及相关内力调整、连接等部分内容，又能利用BIM平台实现装配式建筑的精细化设计，将BIM数据对接到生产加工设备；YJK系统是一套集成化建筑结构辅助设计系统，其功能包括结构建模、上部结构计算、基础设计、砌体结构设计、施工图设计和接口软件六大方面。YJK与Revit软件之间有更完善的数据传递接口。

2  BIM技术在初步设计阶段的应用

2.1  BIM介入的最佳阶段

在初步设计阶段BIM技术即可在模型构建时附加各种智能控制信息，借助BIM技术使各专业对后期施工内容进行细化和落实，不仅可根据各地政策和业主要求核查方案阶段初定的预制率、装配率等指标，还可利用BIM模型中的设计信息提供有效的基础数据，将工程模型数据细分至构件、材料进行结构初步计算及估算造价，提高装配式建筑施工图设计阶段与预制构件深化设计阶段的精度和质量。

BIM技术能充分发挥三维的设计优势，对拟建建筑的物理环境进行仿真模拟，且对建筑信息及施工各环节的整合更全面准确。按既定方案进行模型的设计、分析后，对设计方案中不合理的部分进行调整反馈，加强全专业基础工作的配合，有利于设计阶段的信息交流，达到理想的设计目标。

BIM模型完成模拟分析、碰撞检查等工作后，设计方可根据反馈信息及时进行优化修改。在经过深入的优化设计后BIM模型可为施工图设计阶段及建造阶段提供指导。这种设计方工作的提前也能使业主对方案有更直观的了解。图1为初步设计阶段BIM应用流程。

图1  初步设计阶段BIM应用流程

2.2  BIM介入装配式建筑初步设计阶段的要点

2.2.1  提前预判问题，提高施工质量

装配式建筑设计的平面结构要遵循统一的标准，建筑立面与平面既有适用性特征，也要保证预制混凝土构件的精准性。前期的建筑设计往往会在施工时与构件发生冲突，即装配式建筑设计与施工严重不匹配，如预留门窗洞口与结构冲突导致施工难度增加。预制构件不合适时需反复调整施工，增加了构件拼接施工阶段的安全风险。复杂的建筑设计会增加运输与施工难度，设计较复杂的构件运输时会因造型差异、运输量少而增加成本，在加工、堆放、吊装、使用过程中存在风险。预制构件安装也需占用现场空间，安装到位的预制构件固定、支护与现浇连接等操作还需预留出足够的操作空间。BIM技术平台可充分发挥其可优化性与可模拟的特点，一定程度上解决施工现场遇到的问题，提高建筑整体性和抗震性。

2.2.2  提供PC图纸，核查设计问题

在装配式建筑的初步设计阶段开始使用BIM技术，可发挥其可出图性、可视化的特点有助于开始PC专项设计，该阶段应提供PC结构设计说明、预制构件的平面、立面分布图、相关计算书等，如夹心保温形式广泛应用于平板预制构件，形状不规则的PC板（如凸窗）难以实现夹心保温，应采取其他方式；初步设计阶段的PC专项设计对施工图设计提供准确的分布图及详图大有裨益，有助于确保建筑设计方案满足实际需求。

在初步设计阶段，设计人员因不了解装配式技术而产生的一系列问题可通过BIM技术得以减少。图2为装配式建筑PC构件的平面分布。

图2  装配式建筑PC构件平面分布

2.2.3  推动集成设计发展

传统建筑设计运输、施工专业间条块分割严重且多为串联式发展，缺少前期集成，在施工图阶段因各专业分包而导致成本增加、变更频繁。例如装配式建筑竖向构件虽采用装配式，而在横向构件上的连接位置仍需灌浆导致成本较高，节点的防水要求也更高，减慢了建造速度。

在初步设计阶段应用BIM技术，不仅能达到精细化建模，还能精准拆分模型，实现少规格、多组合的设计理念。在项目开始就统筹设计、施工、工厂甚至物流进行共同设计，以BIM平台为基础，通过信息化技术把设计思想和统筹管理贯穿整个项目，这就需要推动装配式建筑割裂设计向集成设计变革，因此初步设计阶段是BIM技术发挥最大价值的阶段。

3  BIM技术实施困难

3.1  时间分配问题

在目前的工程实施时间中，给予初步设计阶段的时间较少，BIM技术在此阶段的工作量难以实现。为此，需变更工作量高峰阶段（图3）。

图3  工作量高峰的变化

在原有施工图阶段绘制的平面图、剖面图与立面图，在BIM技术介入初步设计阶段，因业主变更决策，引发的工作量大幅提高，导致工作量在初步设计阶段加大。

3.2  交付模式

目前建筑行业的问题是仍采取按图施工的施工方式，交付格式均为二维图纸。施工图设计直接影响施工难易和施工成本的精准考量，对施工进度有巨大影响。由于传统的建筑工程因施工图设计缺陷引发的问题大部分解决成本较低，而不愿改变。因BIM数据库的存储管理面临严峻问题，建筑项目涉及多个不同单位，数据库的传输负担非常大，数据库的稳定性和性能会受网络环境的限制，甚至可能难以在施工现场使用，导致在施工阶段BIM技术的优势在一定程度上被制约，也影响其在初步设计阶段的充分利用。

4  结束语

装配式建筑工程自始至终对精确性要求很高，标准化的设计和定型化的建筑采用机械化、自动化的生产方式，可加快实现建筑工业化，推动建筑设计向着精细化发展。以BIM技术为基础将施工阶段的设计工作放置在初步设计阶段中，不仅可使施工环节的工作量得到有效控制，还能促使行业走上可持续发展的道路。结合现代化的产业组织模式和管理方法管理建筑产业，从而形成完整、有机的产业系统。建筑产业现代化是建筑生产方式从粗放型生产向集约型生产的根本转变，是产业现代化的必然途径和发展方向。

（编辑：奚雅青）

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