以下介绍基于BIM技术的3D协同设计在预制装配式建筑产业化中的应用...
高栋 逄俊杰 田娇
摘 要：针对BIM技术在装配式建筑中的应用，详细分析了设计各阶段协同设计的要点及相应的BIM技术应用内容，为BIM技术在装配式建筑中的应用和推广提供参考。
关键词：装配式建筑；BIM技术；设计阶段
中图分类号：TU201.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）10-0141-01
“十三五”期间，中央加大了发展装配式建筑的政策支持力度，各地方政府也相应出台了大力发展装配式建筑的指导意见，并制定具体政策和目标，共同推动我国建筑行业工业化、信息化的“两化融合”发展。一系列政策从顶层设计上明确了我国装配式建筑的发展任务，标志着装配式建筑与BIM技术的推广逐渐由政策导向性阶段向政策强制性阶段过渡，我国装配式建筑将进入产业化、规模化的全新发展阶段。
1 BIM技术在装配式建筑中应用的意义
BIM（Building Information Modeling）为建筑信息模型的简称，是以建筑工程项目的各项数据信息为基础，通过三维模型的数字信息仿真模拟建筑物的真实信息，建立与实际情况一致的建筑工程数据库，其本身具有信息一致性、可视化、优化性、协调性、可出图性等诸多特点。装配式建筑建设过程是将原有的“设计—现场施工”模式向“设计—构件加工—安装”模式的转变，其本身是集合设计、预制构件加工、现场施工、一体化装修、信息管理为一体的系统工程[1]。BIM技术在装配式建筑中的应用，可以在项目的全生命周期内进行数据的共享和传递，为设计、施工、建设、运营各方提供更为直观和准确的协同工作基础，达到减少图纸错误，提高图纸质量、降低预制构件返工率、缩短建设工期、提高生产效率的目标[2]。
2 现阶段装配式建筑建设过程中存在的不足
装配式建筑在建设过程中，需要建设、设计、生产、施工和管理等各单位的精心配合、协同工作，但由于装配式建筑尚处于初期阶段，在各环节的配合上尚存在不足，需要不断提高完善。如在设计环节标准化、模块化程度不高，没有秉承少规格、多组合的原则，会造成构件拆分种类过多，加工厂模具重复利用率低等问题；在构件加工环节未能形成大批量流水线生产，大多将原本现场完成的施工作业在预制加工厂完成；施工环节掌握装配式施工工艺的专业化的技术工人不足，管理机制仍按照现浇施工模式执行，因设计错误或构件加工精度不满足要求，造成施工现场钢筋碰撞、灌浆套筒无法对位等问题，现场掰钢筋、切钢筋现象时有发生。
3 装配式建筑各设计阶段的协同设计要点及BIM技术应用
BIM技术在装配式建筑中的应用能从根本上解决技术策划、方案设计、初步设计、施工图设计、构件详图设计、预制构件加工、现场施工、运营维护等各阶段信息断层，消除信息传递过程中的孤岛效应，实现工程信息在建筑的全生命周期内的有效利用和管理，提高项目的质量、效率、降低成本[3]。
（1）技术策划阶段：设计单位需与建设单位进行充分沟通，并考察了解项目当地构件加工厂的技术水平、生产工艺水平、管理水平、构件生产能力、构件运输条件、项目建设周期、项目定位、项目建设规模、产业化目标、项目成本限额要求、外部条件要求等因素，结合项目特点有针对性的确定项目的技术实施方案；制定合理的建筑设计方案，注重标准化、模块化用以提高预制构件的标准化程度；与建设单位确定预制率、装配率等关键參数范围区间；初步确定预制构件种类，如预制楼梯、叠合板、阳台板、空调板、外墙板、叠合梁、预制剪力墙等；与建设单位共同确定技术实施方案，为后续设计工作提供依据。
技术策划阶段BIM技术应用主要包括建筑方案可视化设计、经济算量分析、预制率估算分析、性能化模拟等方面。在此阶段设计单位BIM负责人需确定项目实施的三维设计深度及模型精度、三维设计内容及各专业分工、项目各节点、构件、设备等三维模型族库的建立。
（2）方案设计阶段：建筑专业根据技术策划开展平面设计和立面设计。平面设计在满足使用功能的基础上，遵循少规格、多组合的设计原则，实现户型设计的标准化、系列化；立面设计根据前期调研项目当地加工成生产能力，根据装配式建造方式的自身特点，实现立面设计的个性化、多样化。
方案设计阶段BIM技术应用主要包括：建筑专业可在三维设计软件中开展不同建筑方案的比选，并通过参数化建模快速修改和建立三维模型；在与建设方针对方案设计沟通期间，可通过三维模型的直观性，全方位展示建筑设计师的设计意图及设计理念，最终确定项目设计方案；建筑专业可在初版BIM模型中开展场地环境、日照、采光、室内通风等性能设计，最终确定最优方案；应用BIM进行预制率估算，需首先完成预制构件建模，通过模型集成拼装完成建筑物的BIM模型，然后在BIM模型中读取相关信息及数据。
（3）初步设计阶段：根据方案设计的技术要求，各专业开展协同设计，优化预制构件种类；进行专项的经济性评价，分析影响成本的各项因素，最终制定合理的技术措施；如结构专业应用PKPM-PC、盈建科等软件开展结构设计，确定预制构件及连接型式，确定统一节点做法等。
初步设计阶段BIM技术应用主要包括：各专业进一步完善三维BIM模型，确定建筑空间和各系统关系；各专业开展三维可视化设计；连接节点的三维分析及辅助设计；管线综合碰撞初步检查，并修改和优化原有方案。
（4）施工图设计阶段：各专业按照初步设计阶段制定的协同设计条件开展本专业设计工作，根据预制构件、设备设施等生产企业提供的设计参数，在施工图中充分考虑各专业的预留预埋。结构专业根据各专业预留预埋要求，开展预制构件设计图设计；建筑专业应考虑连接节点处的防水、防火、隔声等设计。
施工图设计阶段BIM技术应用主要包括：建立建筑、结构、机电等完整的BIM模型，开展多专业模型整合；应用Navisworks进行管线综合的碰撞检查和净空检查；通过BIM模型的可视化和直观性进行各专业设计不合理处修改，开展管线优化设计；计算预制率、装配率；各连接节点的可视化信息表达；
（5）构件详图设计阶段：此过程主要是结构专业对预制构件设计图进行深化，绘制每种预制构件的构件加工详图。设计单位需与预制构件加工厂紧密配合，完成每种预制构件的模板图、钢筋图、钢筋明细表、配件信息表等内容，详图内应对预留洞口、钢筋套管、脱模安装吊点、锁管、预埋铁件等进行准确的尺寸定位控制，但此过程存在人力资源占用大、效率低、返工量大、材料统计不准确等问题。
构件详图设计阶段可应用BIM技术开展基于Dynamo的可视化编程，通过参数化设计来提高设计效率；应用Tekla首先完成各预制构件三维带钢筋模型，进而开展拼装定位并检查钢筋碰撞，最终导出二维深化图纸。
4 结语
建筑产业化的核心是‘两提两减，BIM技术在装配式建筑中应用如何真正做到提高质量、提高效益，减少人工、减少消耗是工程技术人员需要继续研究和解决的问题。本文对装配式建筑各设计阶段的协同设计要点及BIM技术应用进行了讨论，为今后BIM技术在装配式建筑各设计阶段的应用提供了一些思路。
参考文献
[1]白庶，张艳坤，韩凤，张德海，李微.BIM 技术在装配式建筑中的应用价值分析[J].建筑经济，2015，36（11）：106-109.
[2]李广辉，邓思华，李晨光，等.装配式建筑结构BIM 碰撞检查与优化[J].建筑技术，2016，7（7）：645-647.
[3]齐宝库，李长福.基于BIM的装配式建筑全生命周期管理问题研究[J].施工技术，2014，（15）：25-29.
