裝配式建筑結構設計BIM技術應用

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【摘要】國家積極倡導并有力支持裝配式建筑產業發展，自2015年裝配式建筑規劃實施以來，其在短短數年發展中日趨向好，但也存在一些需要進一步改進和完善的問題。BIM建筑信息模型技術以其數字化管理、集成化管理、全流程管理的優勢，在建筑工程設計、建造、管理中的應用日益廣泛，效果明顯。為助推裝配式建設產業的發展，論文試從BIM技術在裝配式建筑結構設計中應用的角度，探討bim技術對于完善裝配式建筑結構設計的功能和作用。

【關鍵詞】裝配式建筑；結構設計；BIM技術應用

1引言

目前，我國裝配式建筑產業迎來了發展的春天，在國家政策強力支持下，產業、技術及應用領域均有長足發展。隨著裝配式建筑應用范圍的不斷拓展，其在工程質量管理與建筑結構設計精度上暴露出一些問題。萌發于建筑工程實踐的BIM技術，能夠較為有效地解決當下我們所面臨的諸多問題。裝配式建筑產業得以發展的核心原因之一在于，通過預先的結構設計能夠滿足建筑工程的空間配置及原料供給。換言之，在裝配式所占比率較高的情況下，某一建筑工程已經在結構設計中被事先完成了。可見，建筑結構設計對于整體建筑工程來說極其重要。鑒于建筑工程建設過程的多方參與性、工程目的的高效節約性、生命周期中工程的易改變動性等因素，建筑結構設計幾乎關聯了從建筑工程方案到建筑物拆除的所有環節和事項。無論從建設本身，還是對建筑物事后維護，BIM技術在其中的有效應用，必然能夠一舉多得，提高工程質量效率，同時利于其他與工程相關作業的開展。

2BIM技術主要功能與裝配式建筑結構設計要點

2.1BIM技術應用功能與原理

BIM技術興起是建筑領域的技術革命，隨著該項技術的不斷發展與完善，其對于建筑工程的作用與意義是顯著的，通常具有8項功能。筆者結合傳統功能定位與分類，認為其功能主要表現為4個方面：第一，優化工程設計。BIM技術具有可視化的特點，經對建筑物物理結構信息的數字化處理，形成條線與空間的立體多維呈現，有效彌補了人腦想象力的不足。在復雜建筑工程設計中，其作用尤為凸顯。此外，可視化功能更利于工程設計之初的研究探討，實現首端設計最優；更利于前推項目建造等相關管理環節，實現多方廣泛參與互動；更利于對構件參數計算與信息上的把控，實現精準設計，進而為高效與高質量施工打下堅實的基礎。第二，精確功能預判。這源于BIM技術的模擬性特征，其可通過4D、5D技術，對建筑主要環節功能進行模擬，如節能模擬、緊急疏散模擬、日照模擬、熱能傳導模擬等，突出了建筑功能核心，從而能夠預先明確今后施工與改進計劃。當然，對于控制工程造價、改進最初預想設計等亦具有重要作用。可見，BIM技術的功能預判中蘊含著一種透視性的全方位管理理念，其透視性特點能夠將建筑工程中的各環節進行集成整合，由傳統模式下的概率銜接與應然應對，轉向精確把握與預先管理。第三，容錯性較強。基于前述2點技術特征，BIM技術的容錯性是較高的。這源于該項技術本身的流程設計與設計的流程性。即在多種因素作用下，具有不斷完善和優化的強大能力。基于施工原因、新設計要求、新功能要求等主客觀因素的變化，其完全可在原有設計數據的基礎上，通過參數控制，進而改變、完善原有設計，并能有效評估相關“鏈式反應”（功能預判特點）。在此基礎上，工程設計與建設才敢改、能改、善改，從而實現最優的建筑工程效果。第四，一體化程度較高。不僅預先設計了建筑的條、線空間，規定了建筑所有實現的各種功能，且其設計貫穿于始終，包括工程項目的整個生命周期。通過三維模型數據庫，容納了從設計到建成使用，甚至是使用周期終結的全過程信息。由上述分析可見，BIM技術在某種程度上可被稱作建筑工程的“基因”。

2.2裝配式建筑結構設計要點分析

裝配式建筑結構設計要點包括技術策劃、方案設計、初步設計、施工圖設計、預制構件設計、構件加工圖設計、構件構造節點設計7項內容。首先，從設計的整體性上看，既要明確建筑類型、構件種類、構件標準、節點設計等多方面要素，又要格外注重砌塊、板材、盒式、骨架板材等不同建筑類型在設計標準與技術標準等方面的差異。其次，在具體設計環節上，每一個設計環節均有各自較為完整的標準體系，如技術策劃中會涉及成本管理、規模及項目定位等，方案設計中要平衡性能與組合要素，實現預制裝配式建筑設計的系統化和標準化；再如，構件加工圖設計中，不僅要加強與工廠等各方的交流，還需結合生產運輸以及一般和特殊項目需求，充分考慮預制裝配式建筑構件的臨時設施安裝問題、管線預埋問題等。構造節點設計不僅關系構件自身質量，同時是整體工程質量的保證。故在實踐中反復考量并實現最優化設計，以滿足建筑的裝飾、耐久與物理性能。最后，從施工管理角度看，裝配式建筑結構設計具有較強的流程管理特點，其基于裝配式建筑標準規范的限定，推進集成化設計、工業化生產、裝配化施工和一體化裝修。強化技術策劃首端預設與控制功能，并能在技術操作之余，很好地實現價值層面的意涵，如生產效率、節能環保、符合綠色建筑理念等。如今，社會對裝配式建筑的需求日益增強，要求不斷提高。隨著社會的發展，相比以往對構件精確性、便于施工管理、利用建筑物后期維護等方面提出了更高的要求，傳統的結構設計已經難以對此做出合理應對【1】。通過比較可知，BIM技術與裝配式建筑結構設計不僅在理念、功能、價值方面具有共通性，同時在技術操作實踐層面亦具有較為完整的契合度。因此，BIM技術應用在裝配式建筑結構設計中，不僅可為，且大有可為。其具體應用必然會在較大程度上促進裝配式建筑設計不斷完善。

3BIM技術在裝配式建筑結構設計中的具體應用

一項技術通常優缺點并存，故應在具體應用中，對其優點要用足用盡，對其缺陷或不足要保持警惕。二者結合與具體應用中，筆者認為應從以下3方面予以把握。

3.1注重流程再造，強化優勢互補

基于裝配式建筑結構設計流程要點和BIM技術的信息集成特點，首先界定應用范圍，明確應用范圍和應用程度。筆者認為，應從對建筑工程的整體管理入手，立足對整體工程的全面管理，重新打造設計流程，以最大化發揮BIM技術的優化工程設計、精確功能預判、多元信息交互等功能，確保二者在互促互進中實現優勢互補。首先，要引入數字化設計理念，實現各設計環節的智能化；其次，要實現各設計流程的一體化管理，從設計策劃到施工建設完成，要在初始設計中給予通盤考慮，協調各環節不同專業技術特點，做好協同設計，確保各環節施工均在設計中有序開展；最后，要突出發揮信息交互、反饋及多方參與功能，確保設計內容為多方接受、構件設計符合標準、節點設計精準無誤等。

3.2明確問題導向，強化具體應用

在BIM技術應用中，要著眼于解決現在裝配式建筑結構設計中存在的問題，以問題和發展為導向，增強短板意識，提高BIM技術應用的針對性。因我國裝配式建筑技術起步較晚，現還面臨一些發展中的問題。具體包括：（1）關鍵環節質量控制問題。如鋼筋、套筒、漿錨搭接孔預埋位置角度不精準，遺漏節點與節點堵塞問題，夾心保溫板拉結件錨不牢固問題，等等。（2）一刀切問題。如超出裝配式建筑技術能力范圍，無論什么建筑都搞裝配式，徒增了費用和成本。（3）自身特點與規律特點突顯不明。如在裝配式建筑設計施工中，僵化照搬規范作業圖或節點圖，沒有形成科學的設計規范體系，同時，在降低成本、提高工程效率等方面的作用發揮也不明顯。因此，BIM技術應用于裝配式建筑設計中時，必須首先直面短板，解決其發展中的不足問題，進一步深化設計方案，嚴格關鍵環節質量技術控制，強化對成本、效率、綠色建筑理念在裝配式建筑設計中的價值體現【2】。

3.3提升核心能力，強化引帶作用

應明確二者手段———目的的關系，既要明確BIM技術的手段工具價值，不應在應用中對其過分依賴，甚至將BIM技術等同于工程設計本身。同時要警惕BIM技術在建筑施工應用中存在的問題，并立足裝配式建筑設計本身發展，尋找解決問題的方法。具體而言，BIM技術有其自身的發展路徑，其應用范圍的廣度與應用程度的深度，都不能從根本上解決裝配式建筑設計自身存在的諸多問題。對于裝配式建筑模型的選擇、點線面空間位置關系布局、構件設計中人性化設計方案、構件技術標準等問題，還需從設計施工中找答案。另外，全流程管理理念是BIM技術本身無法創設的，而只能依據人的管理需要，進而體現技術的價值。

4結語

BIM技術應用于裝配式建筑設計中，對裝配式建筑產業整體具有提質、增效的作用，能夠較好地促進裝配式建筑產業的高質量發展。二者的結合不應被局限在個別技術或流程環節上，而應注重在更高層面思考BIM技術對于裝配式建筑設計整體流程的功用與價值，惟有如此，才能科學、合理、客觀地將該項技術應用好，進而發揮其更大的技術價值。

【參考文獻】

【1】何智.裝配式建筑設計中BIM技術的應用研究[J].工程技術研究,2019,4(1):68-69.

【2】張杰.探討BIM技術在裝配式建筑結構施工中的應用[J].中國戰略新興產業(理論版),2019(18):1-2.

作者：劉洋 單位：廣州市城市規劃勘測設計研究院