BIM技術在裝配式建筑裝飾集成體系設計中的應用研究①

吳勝南,曹燁君

(合肥師范學院,安徽 合肥 230061)

0 引 言

BIM技術一經在裝配式建筑集成體系設計中應用，便因其在設計理念先進、施工過程簡潔、模塊化集成程度的特點，以及在降低能源浪費、減少環境污染、加快施工進度、提高施工效率、保護生態環境方面的巨大優勢，逐漸成為裝配式建筑集成施工設計主流。BIM技術，是以三維數字技術為基礎，以模擬工程建設項目全生命周期各組成項目數據為依據，以形成具有可視化、協調性、模擬性等效果為主要目標，通過數字集成三維模型的設計過程。將BIM技術應用在項目現場裝配成型的預制部件設計，使大部分預制部件提前由廠家制作完成，能夠施工成本減少、機械化程度提高、工期能夠縮短、能源和材料消耗降低有利于企業實現經濟效益最大化[1]。BIM技術的可視化利用可以實現建筑結構“玩具模型式”任意拆解、組合，便于施工操作人員更加直觀、清晰的理解和把握。這一技術的深度優化利用可以通過高度的數據模型集成，將建筑構筑物的幾何形狀尺寸、基礎結構構造等物理信息數據在設計、施工、生產、安裝過程的難點通過模擬設計進行深度優化，減少因工程設計或其他過程紕漏影響工程建設進行的現象發生，期望通過研究為促進建筑行業綠色發展提供參考借鑒。

1 BIM技術在裝配式建筑裝飾集成體系設計中的應用價值

1.1 提高裝配式建筑裝飾集成體系設計效率

在裝配式建筑裝飾集成體系設計中，需要提前設計預埋和預留各類預制構件，對設計人員的專業性和配合的緊密性有較高要求，將BIM技術應用在裝配式建筑裝飾集成體系設計階段，能夠方便相關專業設計人員進行設計信息的快速傳遞，對彼此的設計方案做好同步[2]。將BIM技術和云技術相結合，設計人員完成的設計模型能夠上傳至統一管理的云平臺，平臺自動進行信息比對，自動糾正同一位置數值不匹配的錯誤，查找出設計中的專業沖突，能夠迅速定位到設計中的問題，極大減少了人工比對的成本。應用BIM技術的裝配式建筑標準構件的拼裝和智能拆分，能夠提升至少20%的設計效率，同時能夠有效提升甲方對設計的滿意度，減少甚至避免因設計返工導致的項目交付延期和成本支出增加[3]。

1.2 實現裝配式建筑裝飾集成體系標準化設計

通過BIM技術的應用，能夠推動設計信息的開放共享，實現裝配式建筑裝飾集成體系標準化設計。設計人員上傳設計方案到服務器，在“云端”實現信息整合，構建建筑裝飾集成體系各類預制構件的“族”庫，并在使用過程中不斷進行豐富，對比形成建筑裝飾集成體系預制構件的標準形狀和模數尺寸，方便形成設計的標準和規范。利用這些“族”庫能夠進一步豐富裝配式建筑裝飾集成體系的設計戶型，大大減少戶型設計消耗的時間，并能夠滿足各種類型居住者的不同需求[4]。

1.3 降低裝配式建筑裝飾集成體系的設計誤差

利用BIM技術，設計人員能夠更加精細地設計裝配式建筑裝飾集成體系的建筑結構和預制構件，減少施工階段可能出現的偏差，提前對預制構件的重要參數做更為精準的定位和設計[5]。通過BIM模型的展示，設計人員能夠看到預制構件拼裝后的契合度并進行模擬碰撞檢測，增加連接節點之間的穩定性，減少和排除裝配沖突的發生，避免因設計誤差導致的安裝偏差、工期延誤、材料浪費等問題。

2 BIM技術在裝配式建筑集成體系設計中應用的方法

2.1 裝配式建筑集成體系遵循的原則

摒棄傳統建筑設計中施工過程和各環節相互割裂、獨立設計的理念，消除建筑過程過分強調建筑主體建設、材料運送、施工驗收等各工程建設階段相互脫節的弊端。BIM技術應用的內容十分廣泛，涉及到裝配式建筑建設的各個方面，通過在裝配式建筑體系設計中運用基于BIM技術，確保建筑全過程協調聯動，執行規范標準完整統一，實現各個環節密切融合，通過設計優化提高施工效率、提升建筑品質。BIM技術不僅能夠實現建筑結構設計一體化的設計思想，而且能保證水、電、暖、通等基礎設施建設和設備安裝設計與工程主體建設一體化，確保設計方案與施工過程運行維護BIM技術支持下實現平穩運行[6]。在信息技術和網絡數字應用方面的優勢和強大的信息數據模塊支撐下，可以使建筑物構件的幾何尺寸、型種類匹配度更高，通過軟件模擬可以進行工程建設全過程模擬和管理過程的沙盤演練，能夠及早發現問題和質量缺陷采取措施加以解決。

2.2 裝配式建筑集成體系設計的標準化

標準化設計體系是通過建立裝配式建筑體系的基準平臺，借助BIM技術的先進設計理念和信息技術優勢來實現的。依據建筑標準及建筑模塊性能要求，把建筑施工過程管理的實用性、適用性、安全性充分融入在設計理念中，建立起標準化的操作模式。從實現建筑規劃設計的總體布局和各施工過程功能的實際出發，把建筑性能體系和對整個裝配式建筑要求分解到各個構件、各施工環節、各項材料的選用，以建筑系統中各組成部分的標準化確保建筑整體功能使用、需求使用、竣工驗收以及將會使用后運營維護的標準化[7]。緊扣新時代建筑業由粗放型、能源消耗型向精細管理型、環保節約型轉型期間的要求，圍繞資源利用低、環境破壞度小、生產效率高的建筑品標準進行標準化設計。

3 BIM技術在裝配式建筑集成體系中的具體應用

3.1 根據工程項目實際確定BIM技術運用的重點難點

近年來裝配式建筑的規模不斷地擴大，2017年裝配式建筑規模為160km2，2018年上升到289km2，2019年更是達到了418km2，在實際建設時需要從設計施工等各個方面保障質量，這就要求充分發揮BIM技術的作用。以上海市某大型居住社區為例。該項目占地面積達到2450，這一工程在應用BIM技術時需要注重其中的重點與難點。其中重點體現在對這一項目使用BIM技術時要把握裝配式建筑體系設計原則，結合建筑項目鋼筋混凝土框架結構、全預制的裝配式施工的形式和特點，在搞清基礎層地上地下結構、建筑面積與比鄰構建物關系、建筑樓層高度等詳細的詳細資料的基礎上進行裝配式建筑中的應用設計[8]。這一項目在應用BIM技術時需要注意難點主要體現在把握工程設計和實施過程的具體要求，通過統籌研究進行設計程序的歸納深化，確保預制構件的結構頒布合理、達到彼此間不發生碰撞的物理保護要求。組織技術人員進行現場技術交底，按照施工程序吃透設計圖紙內容，確保對構件裝置施工精準快速，為高質量完成裝配任務創造條件。

3.2 BIM技術在裝配式建筑設計階段中的應用

BIM技術在裝配式建筑設計要做好規劃選址、選址后場地分析過程中如何運用BIM技術的分析研究。消除忽視分析場地的偏激思想，真正把分析場地當作項目高度的關鍵組成來對待，通過科學合理地場地分析確保裝配建筑工程定位的正確性和合理性。有效利用BIM技術三維模型的先進技術，通過現場實地調研收集翔實可靠的資料，建立與建筑物的場地條件、空間信息，完成數據相契合的高質量施工模型為后續施工做好鋪墊。發揮BIM技術繪制圖紙清晰、直觀、可見的優勢，把工程建設的所有元素、包含含義是BIM技術最大的優點通過BIM技術建設模型進行全面表達，不斷改進和完善設計方法使之達到不斷優化[9]。

在這一工程的3號樓建設中，利用BIM技術建立模型之后，針對裝配式結構安裝中可能出現的問題進行了模擬安裝，發現在墻板預留處與構造柱豎向鋼筋中出現了碰撞的情況，并利用這一技術進行了處理，優化了施工的方案，減少后期修改圖紙以及返工問題的出現。圖1、圖2分別為同一項目的BIM效果圖和傳統技術繪圖，通過圖1與圖2的對比可以得知傳統方式繪圖與BIM技術存在的區別，傳統的繪圖無法展示整個建筑直觀的場景，在傳統的繪圖中如果其中一部分需要進行修改，那么整個繪圖都需要進行修正，但是BIM技術的應用可以解決這一問題，實現全面仿真模擬，更加高效便捷。

圖1 BIM效果圖

圖2 傳統技術繪圖

3.3 BIM技術在預制構件生產加工中的應用

在施工中，把預制構件生產加工設計放置在BIM同一平臺上進行，確保預制構件生產加工從專業技術、制作工藝到形成產品實施的全過程都在統一的技術設計規范標準下進行達到最后統一確認標準要求。同時，發揮BIM軟件中圖紙具有的自動完成深化功能優勢，保持從生產材料選購、途中運輸直至車間生產加工全體系過程數據傳輸的準確性，人為操作導致的失誤減少、改善生產效率。加強預制件出廠后期管理，實行預制構件編碼登記造冊制度，將每件預制構件的包括的生產人員、檢驗人員、綁扎鋼筋、孔洞預留、生產日期等全部納入信息網絡系統，實行預制構件生產加工管理“質量終身制度”，保證全部構件外形齊整、內在質量完好無缺陷。在裝配式建筑裝飾集成體系設計中，需要確定整個工程的施工量、技術物資的供應量，并得到施工的方案。傳統的方式無法準確而高效地得到相應部件的計算量，一旦發現問題則需要推翻重新計算。應用BIM技術可以直接計算得出整個項目的工程量，并得到每一部件的具體使用要求，在后期修改中也可以針對每一部件進行單獨計算，這是傳統的技術無法達到地效果[10]。

例如，在這一項目中針對裝配式建筑鋼材的工程量進行計算時，需要明確的計算的規則，按照理論的重量進行計算，則可以用到兩種不同的方式，具體如下：

(1)鋼材的重量=鋼材的體積×鋼材的密度；

(2)鋼材的重量=鋼材的長度×單位長度鋼材的重量，其中常用的鋼材的密度是7.85×103kg/m3。

其中，H型鋼梁的計算公式如下，b為寬度，h為高度，t1為鋼板梁腹板厚度，t2為鋼梁翼緣厚度，L為鋼梁長度：

M=(2bt2+ht1-2t1t2)L×7.85×10-9

3.4 BIM技術在施工階段應用

首先，建立預制結構件保留、領取和使用負責人制度。在整個裝配式建筑的施工階段中，相關負責人要根據不同施工階段，不同部位構件、不同使用時間、不同裝配復雜程度的特點，防止裝配施工過程中構件丟失、錯用、損壞等問題出現。其次，施工現場項目經理要結合BIM技術模擬現場的功能，通過精確計算施工數據模擬施工過程，做到流程合理、組織有序、銜接順暢，防止出現二次搬運、工序間停等影響施工效率。另外，加強預制結構件運輸過程的管理，出廠建立檢驗制度、進入施工現場設置門禁系統，質量檢驗人員要第一時間實施進場前材料，保證預制構件在裝配施工中的使用安全。同時，在正式施工之前，根據這一工程的實際特點，利用BIM技術進行了仿真模擬，并結合結構模型、場地模型及施工計劃等方面的內容，生成了施工模擬動畫，提前掌握了施工的工序、要求及計劃等，并查找整個方案中存在的問題，從而達到科學施工的要求。

3.5 BIM技術在運營維護過程中的應用

首先，在裝配式建筑集成過程中要通過BIM軟件動態監測建筑物各項技術參數，確保包括設備，管理人員在內的所有工程項目建設元素在狀態安全的情況下運行工作。其次，通過BIM技術在進行建筑擴建、以及特殊情況下進行是拆除裝配式作業時必須設置嚴格的防碰撞、防不均勻受力發生形變等措施，避免和預制構件產生結構損傷。再次，BIM技術應用過程要樹立綠色環保理念，多選擇可回收處理再生資源、深入開展綠色環保施工技術和材料的運用研究，減少建筑污染排放、降低建筑材料和能源使用損耗，推進施工企業綠色環?？沙掷m發展。運維階段BIM技術與傳統技術應用的對比，BIM技術能夠有效實現動態化監督和可視化呈現，而傳統技術高度依賴人力、維護難度大，BIM技術的應用能夠更好地方便裝配式建筑集成體系的運營維護。

4 結 語

BIM技術在裝配式建筑集成體系設計與傳統的設計方式相比具有明顯優勢，在裝配式建筑體系設計應用中需要遵循設計的原則，實行標準化設計體系。BIM技術在裝配式建筑體系中的應用中，要準確把握BIM技術運用的重點難點。加強此項技術在設計階段、預制件生產加工階段以及施工和運營維護階段的運用，更好地發揮BIM技術在裝配式建筑集成在提高建筑品位、降低能源消耗、減少環境污染中的作用，推進施工企業實現綠色環?？沙掷m發展。