楊昕

（山西五建集團有限公司，山西 太原 030000）

1 BIM技術(shù)概述

如今在各大建筑設(shè)計公司，建筑設(shè)計人員們對于BIM科技的探討隨處可見，而BIM科技在目前的建筑建設(shè)領(lǐng)域，也可以說是越來越火熱[1]。BIM科技簡單來講是將建筑的全部的外部實體結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特點性能經(jīng)過軟件分析后，用數(shù)字化的方法將其表現(xiàn)起來的科技，透過在計算機軟件系統(tǒng)上構(gòu)建數(shù)字化的模塊，將全部建筑的細部數(shù)據(jù)信息都顯示出來，以達到對建筑的資源共享。

BIM科技在實踐應(yīng)用進程中具備了如下特點，首先BIM科技的可視化，BIN方法與其他建筑設(shè)計方法有所不同，所形成的建筑設(shè)計模式并非完全實心的，而是透明可視化的，在這個模式下，技術(shù)人員能夠觀察整個建筑物結(jié)構(gòu)，對建筑物的具體數(shù)據(jù)有了一個全方位的掌握，十分直觀簡單[2]。其次，由于BIM科技是十分富有協(xié)調(diào)性的，這種科技能夠幫助工程設(shè)計管理人員以及建筑施工管理者，對整個施工階段與設(shè)計流程都有一個非常好的初步設(shè)計流程，并且，也因為BIM科技能夠?qū)⒄麄€施工的全部數(shù)據(jù)模型都建模了出來，從而使得工程技術(shù)人員有全面認識的設(shè)計流程，也使得工程技術(shù)管理人員能夠在應(yīng)用BIM科技時對施工階段中發(fā)生的所有問題，都可以非常清楚地了解緣由，并且迅速針對其問題協(xié)商出處理的措施，并進行施工調(diào)度。

BIM技術(shù)除了在實際施工中使用外還擁有自身優(yōu)越性[3]。作為運用信息化技術(shù)手段對裝配式工程實行模擬、優(yōu)化、科學(xué)管理的重要技術(shù)手段，BIM技術(shù)還可以更迅速地對在設(shè)計制圖流程中可能會發(fā)生的數(shù)據(jù)信息出錯加以查漏補缺，從而及時排除由于工程設(shè)計疏忽而導(dǎo)致的施工問題，并最終實現(xiàn)了節(jié)約投資的目的與效益。

2 裝配式建筑工程案例概述

某建筑中心的停車綜合樓工程項目選用裝配了全尺寸框架－現(xiàn)澆核心筒構(gòu)造系統(tǒng)，總面積為4907.35m2，建筑的主體構(gòu)造總高為63.50m，其中2～8層的層高為3.25m，9～16層的層高為3.60m，建筑物的主要構(gòu)造分為車庫層與辦公樓，其中預(yù)制式安裝率約為50%，同時建筑物內(nèi)地下室的外墻板全部使用了現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)，整體安裝率約為70%[4]。該工程項目通過結(jié)合了由BIM技術(shù)組成的數(shù)字化建筑設(shè)計和數(shù)字化模擬施工流程，大大提高了施工精度，同時通過以少尺寸、多結(jié)構(gòu)的原則盡量減少了預(yù)制結(jié)構(gòu)品種，以降低施工成本。將結(jié)構(gòu)科技和建筑施工科學(xué)技術(shù)融合創(chuàng)新，采用一體工程設(shè)計，實行外無模板、現(xiàn)場施工腳手架結(jié)構(gòu)、當場澆筑墻體和抹灰的綠化施工技術(shù)，大大提高了建筑經(jīng)濟性，并合理縮減了建筑時間。

本項目的預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)，包含了豎向框架梁、水平樓面柱、樓板、標準層樓梯、外墻板、內(nèi)地下室墻板[5]。主要預(yù)制構(gòu)件均選擇了比較合適的規(guī)格，當中框架梁的直徑規(guī)格為800mm×1000mm，泵管斷面長度規(guī)格為400mm×850mm，預(yù)制層+現(xiàn)澆層疊合板厚薄范圍為60mm+80mm。疊合板采取了傳統(tǒng)的預(yù)制混凝土疊合板方式，使用一層次梁，以減小板跨，施工工藝更加成熟簡便。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計中運用

3.1 基于BIM模型的建筑標準化及優(yōu)化設(shè)計

該項目在方案設(shè)計研發(fā)階段，以Revit軟件為平臺實現(xiàn)了建筑設(shè)計、構(gòu)造和機械的全建模，模型精確度達LOD300[6]。利用BIM模式的分析，按照建筑工程預(yù)制構(gòu)件尺寸的分類原理對建筑物平立面實行了規(guī)范化規(guī)劃，將建筑工程原柱網(wǎng)由原來7300～11700mm九種不規(guī)范的尺度系統(tǒng)調(diào)整為三個尺度，即7800mm、8300mm、1400mm，將建筑工程標準層臺階由原來的2600mm、2800mm、3100mm三 個 尺 度 系 統(tǒng) 調(diào) 整 為2600mm，而原來方案布置在建筑外墻間的剪力墻也將被系統(tǒng)集中布置在建筑工程核心筒四星期，并且也重新統(tǒng)一外窗尺度，就這樣可以大幅縮減建筑工程預(yù)制構(gòu)件尺寸數(shù)量，進而降低了成本[7]。本工程所選擇的預(yù)制式組裝結(jié)構(gòu)形式，都需要按照建設(shè)項目的組裝式工藝路線和生產(chǎn)要求，在實施方案設(shè)計按照結(jié)構(gòu)拆分設(shè)計原則完成實施方案設(shè)計創(chuàng)作。針對各種類型的預(yù)制構(gòu)件形式，以實際結(jié)構(gòu)長度、材料性質(zhì)和位置等信息為參考，建立了基本的預(yù)制構(gòu)件族，以便于Revit模塊的構(gòu)建，以減少結(jié)構(gòu)修改等過程后期大量的復(fù)雜工作時間。對模型族的幾何屬性進行了可視化研究，并逐步對基本結(jié)構(gòu)的種類數(shù)量加以調(diào)整，盡量減少了結(jié)構(gòu)類型和重量。

3.2 基于BIM技術(shù)的可視化設(shè)計

采用BIM技術(shù)的裝配式的建筑構(gòu)件，常規(guī)建筑設(shè)計路線都是將Revit建筑模塊通過連接輸入構(gòu)件分析的軟件系統(tǒng)，先進行構(gòu)件解析運算，然后再將構(gòu)件分析模型輸入Revit，生成Revit建筑模塊，并利用剖切的不同視圖顯示和附加標記，生成圖紙文件[8]。但在實際操作中發(fā)覺，BIM結(jié)構(gòu)建模和構(gòu)造分析模型間的切換會導(dǎo)致部分信息內(nèi)容的差錯或遺漏，從而難以實現(xiàn)無縫連接。因此，在構(gòu)造模型時使用了Caitier軟件，該軟件在構(gòu)造和預(yù)制的構(gòu)件建模工作方面都比Revit平臺更為方便，并且該軟件平臺還擁有方便的動畫控制功能，對預(yù)先準備構(gòu)件組成部分的仿真拼裝以及施工時仿真交底都更為直接[9]。裝配式建筑設(shè)計由于使用BIM技術(shù)超強的可視化性能也可以進行更加精確的協(xié)同建筑設(shè)計。本項目經(jīng)過對地下車庫、一層的入口、餐廳層間嵌入等大空間項目受空調(diào)等設(shè)備管線干擾影響凈高的問題，進行了深度的科學(xué)計算可視化為三維模型，并將Revit模式引入FUZOR視頻引擎中，該引擎可以實現(xiàn)與Revit模式雙向數(shù)據(jù)互動，并采取人行仿真的方法進行虛擬實景感受，以協(xié)助項目設(shè)計者與施工業(yè)主方預(yù)先研判，并盡量確保在實際空間項目完工后的整體視覺感受效果良好。

3.3 構(gòu)件模型深化設(shè)計與預(yù)制拼裝

在深化設(shè)計階段，相關(guān)人員在設(shè)計過程中需要將整體系統(tǒng)進行規(guī)劃考量，并運用BIM模型結(jié)構(gòu)拆分為基礎(chǔ)，使工廠能夠?qū)ㄖこ填A(yù)制件進行單獨結(jié)構(gòu)預(yù)制，再配以配筋設(shè)計和預(yù)制結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，從而在BIM模型結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進行設(shè)計融合，使結(jié)構(gòu)設(shè)計方案得以優(yōu)化[10]。Revit模型在實際建設(shè)過程中包含了結(jié)構(gòu)的各個因素，包括基礎(chǔ)輪廓、材料類型以及鋼筋信息等，在進行局部優(yōu)化調(diào)整之后，可以在整體規(guī)劃基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)拆分。利用BIM模型對預(yù)制構(gòu)件進行深化設(shè)計，不僅能夠使傳統(tǒng)二維結(jié)構(gòu)圖紙得到升級，使其成為三維立體圖形，還能在可視化特點發(fā)揮的基礎(chǔ)上，清晰展示其整體運行狀況和結(jié)構(gòu)配筋空間關(guān)系，節(jié)點技術(shù)的實際參數(shù)狀況，自動生成結(jié)構(gòu)下料單、派工單、模型尺寸表格，從而完成了與制造廠商間的密切合作與互動。建筑構(gòu)造模塊在建立了構(gòu)造分割原則以后，在Revit中就可以自動調(diào)用Dynamo進行可視化程序設(shè)計，拆分與Revit建筑構(gòu)造模塊促使現(xiàn)澆構(gòu)件化整為零，再將其進行優(yōu)化整合，從而實現(xiàn)整體構(gòu)造拆分與組裝。例如，以預(yù)制疊合梁的拆分，在跨中部分進行斷開并形成工作流程圖之后，再通過順序調(diào)整和結(jié)構(gòu)優(yōu)化完成預(yù)制衡量的拆除。根據(jù)此劃分邏輯，按照柱子、地板、墻面各自的劃分準則，能夠合理進行各種建筑物的劃分。由于梁、因素主次柱等節(jié)點焊接的復(fù)雜條件下，還需要借助BIM技術(shù)實現(xiàn)預(yù)焊接，以檢查和優(yōu)化節(jié)點焊接方法，該工程采用了Revit模型設(shè)計和仿真梁柱等節(jié)點焊接流程，將鋼材按照工程實際需要進行捆扎，使得框架中梁劍槽端部柱底鋼筋直徑得以被垂直拋入框架節(jié)點內(nèi)，如此降低橋端進槽中U型筋的總數(shù)量，強化節(jié)點的抗震性，提升整體建筑的穩(wěn)定效果。此部分的施工能夠在一定程度上提升復(fù)雜核心區(qū)的施工效能，保障整體施工和檢查的精準性。

3.4 碰撞檢查

由于建設(shè)項目都是預(yù)制的裝配式施工建設(shè)，樓板、橫梁、立柱、天花池等大部分的結(jié)構(gòu)部分均需要充分考慮并準確地預(yù)留位置，因此首先就應(yīng)該利用BIM技術(shù)與各專門的Revit模式加以協(xié)調(diào)糅合，檢測錯漏或碰缺，以節(jié)約時限，提高效率。其次，由于預(yù)制建筑構(gòu)件的現(xiàn)場安裝對深化設(shè)計工作提供了很大的需求，所以首先將深化的BIM模式全部引入Navisworks軟件中，對各個節(jié)點實現(xiàn)了智能的碰撞檢測，從而減少了工程設(shè)計、結(jié)構(gòu)制造過程與現(xiàn)場施工的沖突。然后，將建筑物、結(jié)構(gòu)、機電模具等全部引入Navisworks軟件中加以檢測，從而徹底解決了管線工程和土建施工之間的沖突問題，如圖1所示。

圖1 在Navisworks軟件中碰撞檢查與優(yōu)化

3.5 施工過程模擬

在工程建設(shè)過程中，未在工程進度上具有一定的仿真度，本項目工程在實際建設(shè)的過程中，還引入廣聯(lián)達BIM 5D軟件。本項目在實際開展過程中，首先利用專案軟件Microsoft Project對工程項目進行規(guī)劃，促使其中的進度得以被預(yù)算，之后在其中融合BIM信息模塊，在以三維建模為基礎(chǔ)，導(dǎo)入時間和技術(shù)數(shù)據(jù)，將原3D-BIM模式進行升級和轉(zhuǎn)換，使其成為5D-BIM模式，再將此模式引入整體工程施工過程預(yù)測中，使其對整體施工流程進行模擬，達到整體流程中運用的材料的調(diào)度載可視化技術(shù)的加持下，得以被直觀的顯現(xiàn)，并直觀地展示時間安排情況、施工工藝以及資源分段的投放情況等信息。同時還可以利用仿真結(jié)果將實際時間和規(guī)劃工期進行比較，以便于反復(fù)考察施工管理方式和施工安排的合理性和施工的準確性，從而加以有效的優(yōu)化，避免了由于考慮不周而造成的工程進度延誤和成本增加。通過5D-BIM技術(shù)進行建筑仿真，同樣也能夠輔助建筑單位的設(shè)計人員更詳細地掌握整個裝配式工程的組裝結(jié)構(gòu)與建造流程，從而提升工程實施流程效益，并完成管理者對施工進度規(guī)劃與成本的動態(tài)管控，以確保工程項目的按計劃實施。

4 結(jié)語

總而言之，根據(jù)BIM科技在預(yù)制裝配式建筑工程中的實際使用情況可知，利用BIM科技的三維建模便于對裝配型建筑物實施標準化工程設(shè)計和性能化分析，并能夠更合理地利用其所擁有的可視化優(yōu)勢，從而能夠更精確直接地傳達設(shè)計意圖，從而提高拆分和深化的工程設(shè)計品質(zhì)，從而降低了工程設(shè)計錯誤，減少了工程設(shè)計時間和施工周期。BIM技術(shù)運用，使得我國裝配式施工建筑物從工程設(shè)計、制造到施工的整個產(chǎn)業(yè)鏈條更加緊湊合理，大大提升了我國裝配式施工建筑物的工業(yè)化優(yōu)勢，也有助于促進了我國建筑工業(yè)化的發(fā)展。但是，要實現(xiàn)BIM科技與我國裝配式施工建設(shè)在更高層方面的緊密結(jié)合，還需廣大從業(yè)者在實驗與研發(fā)過程中的努力。