裝配式建筑設(shè)計中BIM技術(shù)的應(yīng)用探討

裝配式建筑設(shè)計中BIM技術(shù)的應(yīng)用探討摘要：隨著市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，住宅產(chǎn)業(yè)化的呼聲越來越高，傳統(tǒng)的設(shè)計、生產(chǎn)方式嚴(yán)重制約了住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，改變傳統(tǒng)設(shè)計方式，降低建筑產(chǎn)業(yè)化成本，成為首要任務(wù)。在預(yù)制裝配式住宅設(shè)計中采用裝配式建筑設(shè)計方法，將傳統(tǒng)住宅產(chǎn)業(yè)中的施工圖設(shè)計和拆分深化設(shè)計合并，優(yōu)化設(shè)計流程。同時將BIM技術(shù)與裝配式建筑設(shè)計方法相結(jié)合，利用BIM技術(shù)的可視化和協(xié)調(diào)性等特點，提高設(shè)計效率。關(guān)鍵詞：BIM；裝配式建筑設(shè)計；建筑產(chǎn)業(yè)化住宅產(chǎn)業(yè)化概念是日本1968年提出來的，是指用工業(yè)化的生產(chǎn)方式建造住宅，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低能耗。目前歐美、日本等發(fā)達國家，住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展已經(jīng)進入成熟階段，預(yù)制裝配式住宅生產(chǎn)占有率已經(jīng)達到70%［1］。而在我國住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展水平仍處于初級階段，從全國范圍來看，傳統(tǒng)的住宅建造方式仍然占大多麴2］。隨著我國城市化進程的加快，城市住宅的剛性需求與日俱增，住宅工程的建設(shè)問題亟待解決。面對日益提高的住宅剛性需求，工業(yè)化生產(chǎn)成為住宅工程建設(shè)發(fā)展的必然趨勢，推進建筑預(yù)制裝配化顯得尤為必要。探究我國住宅產(chǎn)業(yè)化推進緩慢的原因，預(yù)制裝配式住宅相對傳統(tǒng)現(xiàn)澆住宅的成本高，是制約住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展的重要因素。在建筑信息建模BIM(BuildinginformationModeling)技術(shù)推廣應(yīng)用、建筑產(chǎn)品工業(yè)化、建筑企業(yè)現(xiàn)代化的背景下，我國住宅傳統(tǒng)的設(shè)計、生產(chǎn)方式嚴(yán)重制約了住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，改變傳統(tǒng)設(shè)計方式，降低建筑產(chǎn)業(yè)化成本，成為首要任務(wù)［3］。本文在預(yù)制裝配式住宅設(shè)計中采用裝配式建筑設(shè)計方法，將傳統(tǒng)住宅產(chǎn)業(yè)中的施工圖設(shè)計和拆分深化設(shè)計合并，優(yōu)化設(shè)計流程。同時將BIM技術(shù)與裝配式建筑設(shè)計方法相結(jié)合，利用BIM技術(shù)的可視化和協(xié)調(diào)性等特點，提高設(shè)計、生產(chǎn)效率，降低工程建設(shè)成本。1BIM與裝配式建筑設(shè)計簡介BIM是21世紀(jì)出現(xiàn)的新概念，是建筑行業(yè)的信息化發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。近幾年內(nèi)，BIM在建筑協(xié)調(diào)設(shè)計、建筑工程以及施工管理等領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注，BIM技術(shù)的出現(xiàn)從根本上解決了從項目規(guī)劃、設(shè)計、施工到后期維護管理各階段應(yīng)用系統(tǒng)之間的信息斷層，幫助設(shè)計師和施工管理者發(fā)掘更多潛在的設(shè)計可能性，使設(shè)計、施工以及項目使用期間可能出現(xiàn)的問題可視化，實現(xiàn)了全過程的工程信息管理乃至建筑全生命周期的管理［4］。模塊化設(shè)計是在進行系統(tǒng)功能分析基礎(chǔ)上，將整個系統(tǒng)的總功能分解為若干個層次較低的、可互換的、獨立的基礎(chǔ)單元模塊，根據(jù)用戶提出的具體設(shè)計要求，通過對模塊的選擇與綜合，快速設(shè)計出具有不同系列、不同性能、不同用途的各種新系統(tǒng)。在建筑設(shè)計的過程中，模塊化設(shè)計強調(diào)對各類功能空間進行類型的劃分，將具有相同功能的空間組織在一個單元內(nèi)，通過單元模塊化集成的組合方式來實現(xiàn)建筑從單元到整體的轉(zhuǎn)變。在很多的大型建筑中，比如公寓住宅、酒店、醫(yī)院、教學(xué)樓包含了很多大致相似的單元，模塊化設(shè)計與預(yù)制構(gòu)件的采用是一個很好的選擇，這種方法不僅能滿足消費者個性化的需求和選擇，還能在一定程度上節(jié)省時間，得到了開發(fā)商、施工方以及設(shè)計者的認(rèn)同［5］。模型庫是標(biāo)準(zhǔn)化模塊的集合，以模型庫為基礎(chǔ)的裝配式建筑設(shè)計，與傳統(tǒng)裝配式設(shè)計相比是將施工圖、拆分及深化設(shè)計合并，和傳統(tǒng)現(xiàn)澆設(shè)計相比更加裝配式建筑，如圖1。裝配式建筑設(shè)計思路是：建筑設(shè)計師將整個建筑模型劃分為若干模型單元，根據(jù)需要選擇單元，將模型單元用"搭積木”的方法拼裝成建筑模型；結(jié)構(gòu)設(shè)計師根據(jù)建筑模型從結(jié)構(gòu)模型庫中選擇對應(yīng)的結(jié)構(gòu)模塊，組合成為結(jié)構(gòu)模型，然后經(jīng)過結(jié)構(gòu)計算進行相應(yīng)調(diào)整后，結(jié)構(gòu)設(shè)計師依據(jù)調(diào)整后的結(jié)構(gòu)模型在深化模型庫中選擇相應(yīng)的經(jīng)過深化設(shè)計的BIM模型，交付給施工方；機電設(shè)計師根據(jù)建筑功能選擇與之對應(yīng)的機電模塊?？傊?，裝配式建筑設(shè)計方法不僅克服了深化、拆分設(shè)計帶來的工作量，而且使得住宅中的預(yù)制裝配式構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化，從而完善了整個建筑產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)鏈，為建筑設(shè)計的多樣化、現(xiàn)代化和標(biāo)準(zhǔn)化工作開辟了一條新的道路。2基于BIM的裝配式建筑設(shè)計方法基本理論2.1基本原則基于BIM的裝配式建筑設(shè)計是在建筑構(gòu)件裝配式建筑的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，因此首先要對住宅工程進行模塊化的解構(gòu)，建立住宅工程模塊化體系。住宅工程施工可以實現(xiàn)不同程序、不同工種同時進行，且較多構(gòu)件均可實現(xiàn)預(yù)制生產(chǎn)，這些特點決定了可將住宅產(chǎn)品分成不同的設(shè)計模塊，然后組成體系架構(gòu)，最后形成住宅工程設(shè)計模塊體系。將住宅工程結(jié)構(gòu)的建筑戶型、結(jié)構(gòu)戶型和戶型中的水暖電作為一級模塊，再根據(jù)構(gòu)件廠實際生產(chǎn)條件和現(xiàn)場裝配施工條件等方面的差異將模塊層層分解成可實現(xiàn)整體生產(chǎn)、運輸、安裝的子級模塊，從而得出住宅工程常用模塊體系。塊的劃分應(yīng)保證構(gòu)件能夠單獨大規(guī)模生產(chǎn)或在施工現(xiàn)場獨立施工，即模塊的相對獨立性。保持模塊劃分的獨立性是清晰界定模塊范圍的基礎(chǔ)，模塊范圍的清晰界定才能將模塊BIM模型直接用于預(yù)制生產(chǎn)。另外，住宅工程作為一個系統(tǒng)工程，其功能和價值的實現(xiàn)都必須依賴于系統(tǒng)的完整性，因此，在進行模塊劃分時，各個模塊相疊加后必須包含建筑設(shè)計圖紙中的所有部品和必須進行的所有工序，保證使用價值達到設(shè)計要求。在進行模塊劃分時還應(yīng)保證同一類型、同一級別下的模塊之間能夠進行對比，這就要求這些并列模塊的劃分要盡量反映出模塊的功能優(yōu)劣、成本高低等情況，如：從結(jié)構(gòu)、形態(tài)、材料、使用價值、成本、施工難度、安全可靠性等多維度進行對比，從而保證將整個工程進行合理的分解。2.2適用范圍基于BIM技術(shù)的裝配式建筑設(shè)計方法主要適用于具有普遍性以及相似度高的建筑設(shè)計，就現(xiàn)代住宅建筑設(shè)計而言，經(jīng)過長期淘汰和篩選后，使用者對戶型的選擇要求已逐漸明確，因此住宅建筑的戶型設(shè)計雷同度較高，很大一部分設(shè)計只是存在于某個房間的尺寸差異。這樣我們可以將建筑模型整體以戶型為單元進行劃分，建立戶型庫，設(shè)計師可根據(jù)綜合需要選擇戶型模型進行拼裝，只需將戶型間結(jié)合的構(gòu)件尺寸進行調(diào)整，就可實現(xiàn)整體建筑的設(shè)計。而對于商場、體育館等針對性強、相似度差的建筑，因其對每個建筑要求的差異性較大，裝配式建筑設(shè)計方法則不適用。2.3設(shè)計流程2.3.1單元內(nèi)設(shè)計首先設(shè)計師根據(jù)單元的功能要求進行單元內(nèi)的建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備以及電氣的協(xié)調(diào)設(shè)計，完成單元內(nèi)功能區(qū)的劃分、受力構(gòu)件的布置和設(shè)備的無碰撞協(xié)調(diào)。單元內(nèi)設(shè)計是裝配式建筑設(shè)計過程中工作量最大的環(huán)節(jié)，豐富的單元庫為之后高效的協(xié)調(diào)設(shè)計提供了充分的準(zhǔn)備。2.3.2整體建筑的協(xié)調(diào)設(shè)計在裝配式建筑設(shè)計中，設(shè)計師從單元庫中選擇合適的單元進行拼裝重組。單元的選擇以及單元間的協(xié)調(diào)設(shè)計是裝配式建筑設(shè)計中的重點，根據(jù)具體建筑的不同要求，單元組合后需要對房間尺寸和構(gòu)件位置進行稍微的調(diào)整，而且還要完成單元間結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計以及設(shè)備的協(xié)調(diào)設(shè)計，這樣才能滿足建筑的個性化需求。與傳統(tǒng)設(shè)計方法相比省去了單元內(nèi)的重復(fù)性設(shè)計，在滿足要求的基礎(chǔ)上提高了設(shè)計效率。3基于BIM技術(shù)的裝配式建筑設(shè)計方法在實際工程中的應(yīng)用為更好的推動現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，提高設(shè)計效率，降低設(shè)計階段成本，本文作者利用BIM技術(shù)，根據(jù)沈陽市保障房標(biāo)準(zhǔn)圖集制作了大量的BIM模型，最終匯總形成了標(biāo)準(zhǔn)BIM組件庫，即建筑模型單元庫，見圖2。裝配式建筑設(shè)計方法初期，是建筑設(shè)計師依據(jù)建筑方案設(shè)計從標(biāo)準(zhǔn)BIM組件庫中選擇適合的建筑戶型BIM組件，通過組合的方式形成BIM建筑模型，見圖3。在建筑方案設(shè)計完成后，結(jié)構(gòu)設(shè)計師依據(jù)BIM建筑模型，從標(biāo)準(zhǔn)BIM組件庫中選擇相對應(yīng)的BIM結(jié)構(gòu)模型，將形成的結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入計算分析軟件進行結(jié)構(gòu)分析，然后將分析后經(jīng)過調(diào)整的模型再導(dǎo)入回BIM建模軟件，建筑設(shè)計師依據(jù)調(diào)整后的結(jié)構(gòu)模型對建筑模型進行相應(yīng)調(diào)整，見圖4。通過工程的不斷積累，可逐步擴充標(biāo)準(zhǔn)BIM組件庫，滿足更多工程項目的需求。如：對原有標(biāo)準(zhǔn)BIM組件庫擴充了六個戶型模型，即可完成沈陽市保障房惠民工程和惠生工程這兩個項目的裝配式建筑設(shè)計。在完成建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計后，水、暖、電等專業(yè)設(shè)計師可依據(jù)建筑模型戶型，從BIM組件庫中選擇相應(yīng)的設(shè)備模型，并進行相應(yīng)的接口連接，完成設(shè)備模型的建立，見圖5。最后，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)將依據(jù)設(shè)計師提供的建筑模型從BIM組件庫中選擇相應(yīng)的預(yù)制構(gòu)件模型，如圖6,可直接用于生產(chǎn)，省去了拆分設(shè)計和深化設(shè)計的環(huán)節(jié)，極大的提升設(shè)計效率，降低設(shè)計階段成本。4結(jié)語本文通過探索基于BIM技術(shù)的裝配式建筑設(shè)計方法，實現(xiàn)與建筑產(chǎn)業(yè)化建造方式相適應(yīng)的"搭積木”式設(shè)計方式，從而大幅度減少工程項目建設(shè)中的設(shè)計變更，避免因設(shè)計變更造成的經(jīng)濟損失，不斷提高建筑產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)效率，降低工程建造成本。在住宅產(chǎn)業(yè)中采用基于BIM技術(shù)的裝配式建筑設(shè)計方法，可以大幅度提高設(shè)計效率，節(jié)省設(shè)計時間，節(jié)約設(shè)計成本，為裝配式建筑建筑產(chǎn)業(yè)鏈提供了有力保障，推動住宅產(chǎn)業(yè)化更好更快地發(fā)展。參考文獻鄭俊杰.預(yù)制裝配式高層住宅施工技術(shù)[C].中國會議，2008(9)；111-115.HYPERLINK"