装配式BIM技术在设计阶段的应用成果

随着科学技术的发展，如今的装配式建筑设计参照与从前也有很大的区别。现浇结构是现在设计的主要参照，依照参照对整体建筑的结构进行选型，再根据已知情况对整体进行结构分析。宏观分析整个工程外，还要具体到每个细节进行相关的节点设计，将所有的构建拆分并进行深化的设计。整个分析过程结束后，会将分析和设计结果送到相关工厂，工厂预制后将制作好的相关构件送到施工场地，并在建筑师的指导下完成构件装配。虽然这种方式是经过长时间建筑经验总结而来的，但实际上，其工作流程复杂，工作过程中的构件预制工作对工厂来说，由于组成太过复杂而难以操作，这样不但会导致整体工作效率降低，而且存在耗时巨大的弊端。除此之外，这种操作严重违背了建筑工业化的概念。由此可见，这种传统的设计理念存在诸多缺陷，若想真正提高整个建筑工程的效率和速度，并且保证质量，就需要对相关设计进行转变。新的设计理念首先要在构建难以预制的角度进行改良，应尽最大可能减少构件的种类，力求用最少的构件类型设计出最多的方案，保证整体建筑的多样化需求。

BIM就很好地实现了对构件类型的限制。在BIM中，有相关的构建数据库，建筑师们可以在设计库中寻找各种构件，这些构件的种类固定，都属于标准统一的存在。这样的设定方式有效地限制了工程中运用构件的种类，巧妙地解决了传统设计中的弊端。当然，BIM为工程带来的不只这一点优势，因为上述的BIM内容直接提供了构件的种类，所以直接节省了工程中需要承担的设计费用，无论从人工成本的角度还是设计时间角度，都很大程度上节约了成本。同时，这也为预制和购买构建方面带了便利和实惠。在设计方面和取材方面，整体工程的构件种类和数量除了设计元素外还可以与制作构建的工厂商讨决定，以工厂可提供的构件范围内进行构件的选择和应用，以此保证工厂和工程建筑两方在工作中保证协调性。从工厂角度讲，工厂可以提前制作许多通用性能强类型的构件，在保证自身生产能力的同时，也为工程建设带来巨大的便利，实现双赢。预制构件库并不是固定的，其应该时时补充构件的类型，其中也包括特殊构件的构件类型。特殊构件类型的添加可以很好地满足一些特殊工程建设的需求。由此可见，BIM在工程建筑中的重要地位和作用。

（一）BIM构件库建立

BIM的构件库并不是一次建立而成。虽然BIM的构件库有一定的基础，但也需要工程建设对其进行的不断运用，并让其持续的增加标准化构件的种类。新的装配式建筑建造过程与传统的建筑建造在步骤上极为相似，两者主要的区别在于是否运用了BIM技术。以下新装配式建筑的建造过程简要罗列：一是将选定好的标准化预制构件或是部品于工厂中生产出来，这个也是新型装配式建筑的典型特征；二是将制作好的构件运输到施工场地；三是在建筑师的指挥下将运输过来的构件按照计划装配在一起成为一个整体。在这过程中，工厂的预制需要应用BIM的构件库，而建筑师们在设计时也需要应用BIM的构件库。在不断应用的过程中，BIM的构件库得以建立并不断发展，从构件规格、种类、数量等多方面进行虚拟构件库的自我补充。

（二）BIM建模与设计

基于BIM的建模设计包括模型建立、模型整合碰撞检查、构件拆分与优化、模型出图。

1.模型建立

利用软件的建模功能，建立项目BIM模型构件、现浇模型细化到钢筋等深度，机电模型细化到插座等末端深度。如图5-1展示了预制装配式建筑BIM模型。

图5-1　预制装配式项目BIM模型

2.模型整合

在各BIM子模型基础上，整合建筑和机电模型形成单层的整合模型及整栋楼的模型如图5-2所示。目前Revit在整合了构件复杂钢筋模型后，存在对电脑性能要求高、构件链接后钢筋碰撞检查难、与构件生产系统的数据传递困难等方面的问题，虽然国内外有部分针对Revit在预制装配式建筑中应用的二次开发工作，但尚未形成普及的商业插件。

图5-2　预制装配式项目BIM整合模型

3.碰撞检查

在BIM整合模型的基础上，进行预制构件内部、预制构件与机电、预制构件之间的碰撞检查，在设计阶段解决碰撞问题，如图5-3所示。

图5-3　预制装配式建筑设计中的碰撞

4.BIM构件拆分及优化设计

传统方式下大多是在施工图完成以后，再由构件厂进行构件拆分，实际上，正确的做法是在前期策划阶段就进行专业介入，确定好装配式建筑的技术路线和产业化目标，在方案设计阶段根据既定目标、依据构件拆分原则进行方案创作。(www.xing528.com)

BIM技术有助于建立上述工作机制，单个外墙的几何属性经过可视化分析，可以对预制外墙的类型数量进行优化，减少预制构件的类型和数量。

5.构件出图

在碰撞检查完成后，对构件模型进行调整，创建视图、材料明细表，最终生成构件深化设计图纸。

（三）建筑性能分析

可利用BIM模型的参数化特征，建立计算模型进行建筑性能分析，主要包括如下几方面。

（1）自然采光模拟。对自然采光的判断需要结合多种因素，建筑设计师们对采光的房屋布局设计是一方面，另一方面在于建筑修建运用的材料，如饰面材料、围栏结构等。材料的透光度是采光设计中极为重要的因素。经过建筑师们的一系列设计后，建筑内部的采光度也会得到很好的调整，这也间接保证了该建筑的价值和实用度。

（2）室外风环境模拟。改善住区建筑周边人行区域的舒适性，通过调整规划方案建筑布局、景观绿化布置，改善住区流场分布、减小涡流和滞风现象，提高住区环境质量；分析在大风环境下，哪些区域可能因狭管效应引发安全隐患等。

（3）建筑环境噪声模拟分析。计算机声环境模拟的优势在于，建立几何模型之后，能够在短时间内通过材质的变化、房间内部装修的变化，来预测建筑的声学质量，以及对建筑声学改造方案进行可行性预测。

（4）小区热环境模拟分析。模拟分析住宅区的热岛效应，采用合理优化建筑单体设计、群体布局和加强绿化等方式削弱热岛效应。

（5）室内自然通风模拟。分析相关设计方案，通过调整通风口位置、尺寸、建筑布局等改善室内流场分布情况，并引导室内气流组织有效的通风换气，改善室内舒适情况。

（四）经济算量分析

按照装配式建筑的组成及计价原则分为预制构件部分和现浇构件部分。结合装配式建筑的特点，可基于BIM模型对预制构件与现浇构件行分类统计，通过分类统计可以快速比较选定设计方案，实现在方案策划阶段对成本的初步控制。需要开发专门的装配式建筑工程量计算软件。