甘鵬飛

（河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院，河南 焦作 454002）

1 基于BIM技術(shù)的裝配式建筑設(shè)計(jì)

1.1 工業(yè)化建筑資源庫(kù)

將BIM技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑設(shè)計(jì)中，建立和完善工業(yè)建筑的資源庫(kù)，包括相關(guān)的備件庫(kù)，可以方便地編制倉(cāng)庫(kù)各部件的數(shù)據(jù)表。工業(yè)生產(chǎn)所需的要素可以通過(guò)將其構(gòu)件和構(gòu)件分開(kāi)，利用BIM技術(shù)將建筑工程的各個(gè)部分劃分為標(biāo)準(zhǔn)尺寸和形狀，方便其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工。作為基礎(chǔ)，在BIM框架內(nèi)建立資源庫(kù)，特別是建立所謂的BIM族庫(kù)，如預(yù)制結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)和家具倉(cāng)庫(kù)，每種族類別的資源量都又可以進(jìn)行拓展，就可以形成企業(yè)或國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)資源庫(kù)［1］。

1.2 BIM數(shù)據(jù)鏈接技術(shù)

在裝配式建筑從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)、施工的過(guò)程中，BIM模型可以集成并分為建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電等信息?？朔鹘y(tǒng)二維設(shè)計(jì)抽象、視覺(jué)表現(xiàn)偏差等缺點(diǎn)，項(xiàng)目的主要目的是提高項(xiàng)目的質(zhì)量和效率，以清晰直觀的方式呈現(xiàn)項(xiàng)目。通過(guò)BIM數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，可以將信息有效地傳輸?shù)皆O(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)方面。裝配與控制貫穿整個(gè)生命周期，BIM數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)已成為裝配業(yè)現(xiàn)代化的有效工具。

基于BIM模型的數(shù)據(jù)一致性和相關(guān)性，有效地利用和傳遞建設(shè)參與者之間不同階段的數(shù)據(jù)，上游信息及時(shí)的傳達(dá)到下游，下游的信息反饋又對(duì)上游的工程活動(dòng)有很好的控制，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)和制造零件，從施工到運(yùn)行和維護(hù)的整個(gè)生命周期的控制。為了保證數(shù)據(jù)的有效傳輸，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)涉及所有專業(yè)的BIM數(shù)據(jù)模型，這將大大減少數(shù)據(jù)處理的延遲和誤差。為每個(gè)構(gòu)件建立一個(gè)模型，分工明確，分別完成對(duì)各自負(fù)責(zé)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，以減少重復(fù)模型。建筑學(xué)專業(yè)提供施工資源，結(jié)構(gòu)專業(yè)應(yīng)在結(jié)構(gòu)板上開(kāi)孔，以減少重復(fù)勞動(dòng)。在創(chuàng)建特殊機(jī)電模型的過(guò)程中，數(shù)據(jù)主要通過(guò)模型鏈路傳輸。為了保證土建專業(yè)模式最有效的使用，在后續(xù)的調(diào)整中也有相應(yīng)的要求，否則所有的設(shè)備和尺寸，附加到缺失的建筑環(huán)節(jié)中的專業(yè)設(shè)備中心檔案中，丟失的數(shù)據(jù)無(wú)法顯示。另外，必須使用完全封閉的房間，信息錄入完整，這樣的數(shù)據(jù)才可以直接來(lái)計(jì)算和分析信息。

因此，基于BIM技術(shù)，通過(guò)建立行業(yè)信息化管理平臺(tái)，提高數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)各個(gè)階段的信息傳遞方式和信息效率，可以順利實(shí)現(xiàn)所有約定設(shè)計(jì)流程的預(yù)設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)的整體效率［2］。

2 基于BIM的裝配式建筑深化設(shè)計(jì)

2.1 BIM構(gòu)件的拆分設(shè)計(jì)

由于設(shè)計(jì)深度的原因，在施工圖編制階段，BIM模型的元素，如地板、墻等都是一個(gè)整體，因此，在深化設(shè)計(jì)階段，模型的連續(xù)元素必須劃分成單獨(dú)的部分，以便在工廠進(jìn)行加工。根據(jù)工廠的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)要求，確立了子構(gòu)件的原則，做到少規(guī)格、多組合，減少預(yù)制構(gòu)件的種類，劃分原則確定后，可直接應(yīng)用到建筑圖紙的BIM模型中。原連續(xù)元素分為可在工廠加工的現(xiàn)成零件，完成預(yù)制構(gòu)件和鋼筋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不僅可以通過(guò)分離改進(jìn)設(shè)計(jì)，還可以顯示元件之間的關(guān)系，同時(shí)，避免了二維圖像中難以檢測(cè)的設(shè)計(jì)盲點(diǎn)和誤差，確保設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的有效傳輸［3］。

2.2 BIM深化圖紙的生成

由于建筑產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中大量預(yù)制構(gòu)件、大型深部設(shè)計(jì)圖紙、傳統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙等原因，一旦三維BIM模型的各個(gè)部分分離，就需要轉(zhuǎn)換包含生產(chǎn)信息的BIM構(gòu)件分離模型。由于人工操作繁重，很難避免錯(cuò)誤。因此，有必要使用智能映射功能和程序自動(dòng)更新。與傳統(tǒng)的二維CAD圖形不同，BIM完成了元件圖與模型的關(guān)聯(lián)，因?yàn)樽詣?dòng)生成的圖形和模型是動(dòng)態(tài)鏈接的，當(dāng)模型數(shù)據(jù)被修改時(shí)，所有相關(guān)圖紙都會(huì)自動(dòng)更新。設(shè)計(jì)圖紙可以準(zhǔn)確反映所有相關(guān)信息，如鋼筋信息、材料信息、幾何尺寸等，可直接用于預(yù)制結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)階段中的應(yīng)用價(jià)值

3.1 提高設(shè)計(jì)效率

在裝配式建筑的設(shè)計(jì)中，由于需要提前填充和安裝預(yù)制結(jié)構(gòu)，因此需要與設(shè)計(jì)人員密切合作。利用BIM技術(shù)開(kāi)發(fā)的一個(gè)設(shè)計(jì)平臺(tái)，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員可以快速傳遞專業(yè)設(shè)計(jì)信息，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改。利用BIM技術(shù)，“云”設(shè)計(jì)可以通過(guò)具有碰撞功能和自動(dòng)糾錯(cuò)功能的BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)下載帶有專業(yè)設(shè)計(jì)信息的BIM模型，自動(dòng)篩選不同專業(yè)之間的設(shè)計(jì)沖突，設(shè)計(jì)人員可以發(fā)現(xiàn)專業(yè)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題。預(yù)制構(gòu)件種類繁多，出圖量大，BIM專業(yè)設(shè)計(jì)師修改設(shè)計(jì)參數(shù)，同步其他專業(yè)設(shè)計(jì)師的正確選擇，以便于專業(yè)設(shè)計(jì)師的配置適應(yīng)設(shè)計(jì)，節(jié)省設(shè)計(jì)師的時(shí)間和精力。

此外，越來(lái)越多的技術(shù)和管理專家可以參與到裝配式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，為他們提供設(shè)計(jì)專業(yè)人員和相關(guān)技術(shù)管理人員所擁有的各種管理和修改權(quán)利，根據(jù)他們的專業(yè)意見(jiàn)和建議，減少預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)和預(yù)制構(gòu)件的結(jié)構(gòu)變更，提高訂購(gòu)方對(duì)預(yù)制構(gòu)件的滿意度，從而提高預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)效率，減少或防止工程造價(jià)的增加和資源的浪費(fèi)［4］。

3.2 預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)可以保證設(shè)計(jì)信息的開(kāi)放性和交換性。設(shè)計(jì)人員可以將預(yù)制構(gòu)件建筑設(shè)計(jì)方案上傳到云端服務(wù)器中，整合有關(guān)云的大小和樣式的信息，創(chuàng)建不同預(yù)制構(gòu)件的組合。有了存儲(chǔ)豐富的數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)同類型的庫(kù)進(jìn)行對(duì)比和優(yōu)化，最終形成裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)形狀和模數(shù)尺寸。庫(kù)類型預(yù)制結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)將有助于制定總體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)使用不同的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)師可以積累和豐富組合結(jié)構(gòu)，節(jié)省設(shè)計(jì)和調(diào)整的時(shí)間，豐富預(yù)制結(jié)構(gòu)，更好地滿足居住者的需求。

3.3 降低設(shè)計(jì)誤差

設(shè)計(jì)人員可以利用BIM技術(shù)對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行精細(xì)設(shè)計(jì)，這將有助于減少預(yù)制構(gòu)件在施工階段的裝配偏差。利用BIM技術(shù)進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)和定位，如預(yù)制結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)、內(nèi)部鋼筋的直徑和距離以及鋼保護(hù)層的厚度等重要參數(shù)，在三維表示的BIM模型中，可以直接觀察到成品之間的交互程度、設(shè)計(jì)和制造的零部件是否符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，從而消除預(yù)制構(gòu)件之間的裝配沖突，避免粗設(shè)計(jì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件定位的影響，減少因設(shè)計(jì)錯(cuò)誤造成的延誤和浪費(fèi)。

3.4 優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)流程

預(yù)制結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)階段是預(yù)制結(jié)構(gòu)生產(chǎn)周期中的一個(gè)重要且關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為了保證加工信息的準(zhǔn)確性，預(yù)制結(jié)構(gòu)制造應(yīng)直接從BIM模型調(diào)取預(yù)制構(gòu)件所需的信息如尺寸等，并制定相應(yīng)的生產(chǎn)計(jì)劃。在預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)過(guò)程中，制造商可以輸入其幾何尺寸、材料類型，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段、不同預(yù)制構(gòu)件的安裝現(xiàn)場(chǎng)信息和預(yù)制構(gòu)件的物流管理，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量控制和設(shè)計(jì)，從而提高預(yù)制構(gòu)件的儲(chǔ)運(yùn)效率［5］。

3.5 加快建筑模型試制過(guò)程

為了保證施工進(jìn)度和質(zhì)量，在裝配式建筑工程設(shè)計(jì)完工后，設(shè)計(jì)人員提供了各種結(jié)構(gòu)的信息，在與預(yù)制構(gòu)件制造商的BIM模型中，制造商可以直接獲得產(chǎn)品尺寸、材料、材料等信息，在預(yù)制構(gòu)件的參數(shù)中，所有的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和參數(shù)都可以直接轉(zhuǎn)換成條碼加工參數(shù)，BIM預(yù)制結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)信息直接與預(yù)制結(jié)構(gòu)生產(chǎn)系統(tǒng)相連，從而提高產(chǎn)品的性能。裝配式建筑的自動(dòng)化和生產(chǎn)能力的有效性在很大程度上通過(guò)對(duì)原始建筑模型的初步打印來(lái)證明，加快了建筑模型預(yù)制結(jié)構(gòu)的制造。

3.6 改善預(yù)制構(gòu)件庫(kù)存和現(xiàn)場(chǎng)管理

在預(yù)制構(gòu)件制造過(guò)程中，預(yù)制構(gòu)件的分類和存放需要大量的人力、物力，采用BIM技術(shù)，結(jié)合RFID技術(shù)，通過(guò)RFID可以直接獲取預(yù)制構(gòu)件的信息，芯片包含了構(gòu)件位置和使用的信息，實(shí)現(xiàn)了電子信息的自動(dòng)關(guān)聯(lián)，相比在傳統(tǒng)的人工驗(yàn)收和物流模式下，可以減少接收數(shù)量的偏差、倉(cāng)庫(kù)結(jié)構(gòu)偏差、出貨記錄不準(zhǔn)確等缺陷，可以有效節(jié)省時(shí)間和成本。在預(yù)制施工階段，施工人員利用RFID技術(shù)直接傳遞信息。構(gòu)件制作完成后，對(duì)所需設(shè)施進(jìn)行檢查如預(yù)制構(gòu)件安裝位置，以提高預(yù)制構(gòu)件的管理質(zhì)量和安裝效率。

3.7 提高施工現(xiàn)場(chǎng)管理效率

施工安裝及懸掛技術(shù)復(fù)雜，施工機(jī)械化程度高，在施工開(kāi)始前，施工單位可采用BIM技術(shù)進(jìn)行模擬安裝。預(yù)制結(jié)構(gòu)施工建模、預(yù)制構(gòu)件裝配及施工過(guò)程建模、施工過(guò)程優(yōu)化、完善現(xiàn)場(chǎng)安全管理程序、消除安全風(fēng)險(xiǎn)、防止事故發(fā)生等技術(shù)也可用于優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)布置和道路，減少現(xiàn)場(chǎng)二次材料和預(yù)制構(gòu)件搬運(yùn)，提高垂直運(yùn)輸機(jī)構(gòu)提升裝置的效率。

3.8 提高運(yùn)維階段的設(shè)備維護(hù)管理水平

利用BIM和RFID技術(shù)，可以建立裝配式建筑和設(shè)備的維修系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，利用BIM信息系統(tǒng)中的建筑物和設(shè)備信息直接定位火場(chǎng)，并在發(fā)生火災(zāi)的地方使用消防設(shè)備。在修理裝配大樓和輔助設(shè)備時(shí)，維護(hù)人員可以獲得有關(guān)預(yù)制構(gòu)件和輔助設(shè)備類型的信息，包括構(gòu)建和附屬設(shè)備的型號(hào)、參數(shù)和生產(chǎn)廠家等信息，提高維修工作的效率［6］。

4 結(jié)語(yǔ)

從以上分析可以看出，BIM技術(shù)可以有效地提高預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工水平，使其在供應(yīng)鏈上更加緊湊合理，從設(shè)計(jì)到運(yùn)行維護(hù)，對(duì)建筑節(jié)能做出了非常積極的貢獻(xiàn)，但是，為了將BIM技術(shù)更緊密地集成到裝配設(shè)備中，需要進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)和改進(jìn)，不斷地在實(shí)踐中探索和完善，還需要建筑行業(yè)從業(yè)者的一起努力。