基于BIM技术的预制装配式建筑设计

基于BIM技术的预制装配式建筑设计

王仙德1滕冲2

关键词：预制装配式建筑；BIM技术；绿色施工

引言

这些年来世界范围内的经济高速增长大多是靠高消耗、高污染取得的。1980年，全球范围内的能源消耗量为65.5亿油当量，到2010年，全球范围内的能源消耗量增加到了143.8亿油当量，中国一直是能源消费大国，到现阶段我国己经成为了全球排名第二的能源消费大国，高消耗、高污染的能源消费结构已经在全球范围内引起了很大的环境问题。所以，从我国的角度出发，经济发展与环境之间的平衡已经渐渐成为我国经济转型的重要议题。

中国属于发展中国家，建筑业及其衍生产业在我国现阶段举足轻重。建筑业的能源消耗已是中国能源消耗排名之首。随着我国城市化进程的不断加快和生活水平的不断提高，能源消耗越来越大。由此带来的环境问题日渐突出。从图1可以看出，全球范围内的建筑能源消耗已占总消耗的36%。所以减少建筑的能源消耗已刻不容缓。

1住宅产业化发展的制约因素

产业化住宅是首先出现在西方等发达国家。从出现到发展到现在得阶段，在美、欧、日国家等地区，已经形成了一套很完备的住宅产业化体系。我国由于长期的经济水平的落后、传统儒家保守思想、相关建设法规的不健全等诸多因素。导致现阶段我国的住宅产业化的发展目前处于刚开始的阶段。

我国在发展住宅产业化的过程中，由于相关的法律建设制度的不健全也同时影响着我国住宅产业化的发展。从上世纪九十年代，我国就相继颁布了30多条关于住宅产业化的法律、部门规章、实施细则等。但由于我国建国时间晚、经济起步较晚、相关规程还没有形成系统的规范，同时缺少着对相关参与单位的经济鼓励措施。在住宅产业化未真正形成工业化、标准化之前，其的建造成本较高。在完全的市场经济下，企业缺乏主动形成住宅产业化的动力，这也限制着我国住宅产业化的发展。

2BIM技术在预制装配式建筑设计中的应用

随着BIM的不断发展，调查研究发现近半数比例的非BIM用户对BIM的发展持有热情的态度而对BIM技术发展不感兴趣的仅占11%，如下图2，BIM正悄然地影响着整个建筑行业的发展方向。在建设项目中运用BIM技术已是大势所趋，学习在建筑项目的整个全生命周期内运用BIM技术已越来越成为各参与方的一大学习内容。

与建筑物二维传统设计技术与项目管理不同，BIM是对建筑物的相关信息统筹综合创建三维模型进行建筑物的全生命周期的项目管理，故而在项目整个生命周期内对建筑物的相关信息搜集与利用成为了BIM技术的核心。

3BIM技术对建筑设计思维模式的影响

3.1传统二维设计的思维局限性

CAD技术是运用计算机程序进行建筑物二维设计的极具代表性的一项技术，因为随建筑朝高大化、复杂化方向的不断发展建筑物二维设计要求达到的精度控制提高对计算机本身软、硬件配置水平的要求亦日益提升，这在一定程度上对计算机技术的发展进步起到了加快的作用，计算机辅助设计领域的技术更新亦日渐频繁，在一步更近一步地更新中，计算机软件的使用变得更为方便，所达到的精度日益提高，功能日趋完善，渐渐为建筑设计领域所接受，由此传统的手工绘制图纸的这种工作模式也随之发生了巨大变化。自上世纪80年代尹始，便有部分具备世界眼光的优秀的中国建筑师愈加感到手工二维绘图技术己很难准确表达出其设计构思，于是他们开始借鉴并学习国外技术，在实际工程设计中逐渐使用CAD这项技术，但应用范围还较小。

3.2BIM技术带来的建筑数字化思维模式

CAD绘制的图纸用二维的平面图纸来展示三维的实际空间建筑，在展现信息表达传递的过程中频繁出错实际实行中难以避免。BIM成为建筑领域一项用于建筑创新设计的运用技术工具的手段，在引起建筑设计方式变革的同时也引发了建筑领域的彻底而又巨大的变革。BIM技术统筹协调各建设项目参建单位在统一的技术平台下工作它们之间可以实现信息共享，彼此传递为组建一共同的信息模型而共同努力，使得各参建单位由于承担的工作不同，掌握的专业不同，创建的信息模型不同而彼此信息沟通困难的问题得以顺利的解决。BIM技术在CAD的基础上进一步提升了建筑设计与施工间的信息传递与协调，加强了彼此间联系的紧密性。

BIM在缩短工程成本估算所需时间及精度、减少工程变更等方面具备较为明显地优势。根据美国麻省理工学院的工程技术研究中心对32个运用BIM的建设项目作的统计分析，BIM运用于建设项目相比于传统技术其效益主要体现在下列5项:①工程工期缩短平均超过7%；②碰撞检查降低了设计失误，合同费用节约10%；③成本估算所需时间缩短了80%；④提高成本估算精度，误差减小至3%以内；⑤减少工程变更40%，控制施工预算。

BIM技术运用于建筑工程设计与施工过程项目管理的全过程不但使得建筑设计的交付方式发生了根本性的巨变并且使得设计从业人员的构思思想方式。设计中运用BIM对建筑物的模型进行一步一步地创建直至设计完成将成果向业主交付，从某种程度上说这一过程是在模拟状态下进行的。

4预制装配式建筑设计

4.1预制装配式建筑设计关键环节

当代建筑工程在建造的过程中主要有两种方式：一是建筑物主体结构在施工现场进行混凝土的浇筑、养护逐步形成整体建筑结构；二是将建筑的某些结构事先预制如预制剪力墙、预制板、预制梁等在预制场制备成型运输至施工现场进行起吊以及组装加以混凝土现浇形成整体建筑结构。建筑结构施工现场现浇的建筑建造方式容易造成环境污染、物料消耗量大、工期长的缺点有逐步落伍被装配建筑取代的发展趋势。预制装配式建筑其有大量结构构件事先于预制场制备完成，有效地规避了现浇建造引发的上述诸多缺点问题。预制装配式建筑的建造方式是以标准化、模数化、某种程度下系列化的方式对结构和质量进行有效控制。

4.2PC构件的深化设计

PC构件的深化设计是在集合了建筑、结构、水暖电等专业的集成设计。PC构件深化设计事先收集不同专业的意见进行综合考虑，信息统一形成后由深化设计人员进行多专业需求的综合设计。现阶段的PC深化设计流程如下：传统设计院根据业主需求和结合各法律规范专业技术规程进行传统图纸的设计需要，此时在设计前期，对有装配式要求的项目业主方对PC构件的设计工作开始介入，对初步设计的设计成果进行设计需求。设计完成后图纸转交到深化设计单位手里。深化设计单位结合生产、安装的需求。进行PC构件的深化设计需求，此过程的最大特点是：业主单位全设计周期内的不断介入，这样提高了设计质量。

从图3可看出，预制构件深化设计关键点是各参与方的需求。深化设计阶段可能是参与方参与度最高的一个设计过程。设计成果要结合业主的设计诉求，同时设计的成果也要考虑施工单位的诉求，在安装、运输过程中也要考虑其他劳务分包单位的诉求。

参考文献

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[2]张德海,陈娜,韩进宇.基于BIM的模块化设计方法在装配式建筑中的应用[J].土木建筑工程信息技术,2014,6(6):81-85.

[3]夏绪勇,张晓龙,鲍玲玲,等.基于BIM的装配式建筑设计软件的研发[J].土木建筑工程信息技术,2018,v.10；No.46(2):44-49.