基于BIM技术的混凝土装配式住宅建筑设计方法研究.pdf

中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 54 基于 BIM 技术的混凝土装配式住宅建筑设计方法研究 李春成 余乾熹 中机中联工程有限公司，重庆 400050 摘要：摘要：BIM 技能的最大价值在于信息技能和协同处理，让一切利益相关者与三维规划信息进行互动，将不同机构的规划模型汇集成一个渠道，让一切机构和利益相关者一起工作。问题视图是整个建筑设计周期规划的多专业合作，各专业建立好 BIM 问题软件模型，对施工过程进行模仿，形成施工问题视图，然后对问题点认真分析、评论，解决形成的信息，不会影响到各个专业之间的计划冲突，使项目计划达到最优，在项目前期就能解决问题，避免不必要的设计更改和返工。文章以某预制装配式住宅项目为例，重点介绍了 BIM 技术在预制装配式住宅建筑设计中的应用。关键词：关键词：BIM；装配式建筑；住宅；建筑设计 中图分类号：中图分类号：TU17 近年来，装配式建筑工程施工，以其便捷性和实用性的优点，越来越多的出现在了建筑行业的工程施工过程中，装配式建筑工程施工也让个体建筑施工速度大幅提高。装配式建筑施工不仅得到了合理的优化，更满足了建筑施工装配阶段中需要达到绿色环保的需求，还提高了工程装配式施工的速度。在 BIM 技术基础上，预制装配式房屋的设计与传统的设计方式有很大的区别，涉及对房屋自身的设计、后期的深化和优化。在 BIM 建模、设计协调、工程抽取、装配等方面，保证了设计的精确、质量及合理的成本，缩短了装配式住宅的建设周期。1 装配式住宅建筑设计方法 在装配式住宅建筑设计中，应引入协同设计的方法。预制住宅应满足在设计及部件的生产和运输、装配和施工、运行和维护等各个阶段的合作要求。特别是预制住宅的设计应满足不同学科之间设计协同的要求，如建筑、施工、供水、燃气、供暖、通风和空调、强弱电、室内设计等。装配式住宅建筑一体化协同设计是工厂化生产和预制装配式住宅建设的前提。建筑、施工、机电设备、室内设计、制造和施工的综合协同设计应使用不同的工具，包括 IT 工具，以实现不同专业和行业之间的协同效应。在装配式住宅建筑设计阶段涉及的设计协同有以下几个阶段：(1）前期技术策划阶段 在此阶段，以构件装配的设计思想为导向，综合考虑使用功能、工厂生产和安装情况，确定结构形式、预制构件和材质。在设计时要与设计部门共同努力，明确工程的总装目标。(2）方案设计阶段 在此阶段，应根据工艺设计的需要，进行平面组装与立面的设计。图形设计应以提升形态利用率和系统集成为中心，以模式协调为目标，优化利用功能；立面设计要综合考虑立面要素的综合设计，并将其与装配式建筑方法结合起来，使立面呈现出个性化、多元化的特点。(3）初步设计阶段 预制装配式住宅建筑涉及很多专业，各专业的协同配合非常重要。在传统的建筑体系中，必须考虑到预制墙板上的强弱电箱、预制管线和开关的设计，科学周到的安排往往成为项目成败的关键；装修设计与建筑、结构、厂房、电气、工厂等部门协作，提供详尽的“点平面图”；与经济部门合作开展“经济评价”，对技术方案的影响进行分析，并确定最终技术路线。(4）施工图设计阶段 在此阶段，要根据前期设计阶段确定的技术路线进行深化和优化设计，各专业要加强与建筑构件、装饰品、施工设备等上下游厂家的合作，做好设计方案和互联节点的前期设计工作。特别是要做好互联互通的防水、防火、隔音和系统集成设计，解决互联互通组件和部件之间的“故障和缺陷”。目前，大多数预制构件的图纸是由预制构件厂根据设计单位提供的样板中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 55 图起草设计的，建筑师的作用主要是协作和监督，确保预制构件达到设计意图。(5）装修设计阶段 本阶段的设计工作应遵循建筑、室内设计和构件的一体化和协同性原则，实现以一体化为特征的室内构件组合的完整供应，并按照建筑的要求安装构件。饰面设计应采用标准化、模块化设计；构件、部件与主体结构之间的尺寸应一致、协调，接口应预先预订和预制，使装修装配简单化；墙体和楼板块的连接原则上应保证现场不需要返工。(6）预制构件的深入设计阶段 为了使整个生命周期协同工作得以实施，设计、生产、施工协调，使产品设计、制造、施工等协同工作成为一种有效的协同工作。组装部件的加工图应全面准确地反映出预装设备的规格、型号、加工尺寸、连接形状、管道类型和位置尺寸。在工厂生产、结构装配等方面，满足技术和安全方面的要求。2 BIM 技术在预制装配式住宅设计中的应用 近年来随着绿色建筑理念的普及,装配式建筑所占的市场份额逐步提升,如何解决在发展过程中出现的各类问题,更好地发挥装配式建筑的优越性,是绿色建筑行业的首要任务。BIM 技术的引用在装配式建筑行业发挥重要的作用,通过利用其强大的信息处理及多平台交互功能,帮助项目全生命周期中的各个参与方准确把握工程信息,实现对项目的统筹兼顾。2.1 BIM 技术对建筑设计思维模式的影响 BIM 为建筑业提供了一种创新的设计工具，将为建筑业带来新的变化。在项目的早期阶段，BIM 技术可以用来协调整个项目，从而提高其经济、社会和环境效益；BIM 在设计阶段的应用不仅可以满足建筑物基本设计功能的要求，而且对提高其质量和控制施工成本有重大影响；使用 BIM 技术的建筑公司可以控制设计过程，提高施工质量；一旦项目完成并投入使用，BIM的贡献可以基于建筑物的整个生命周期，其效益不会在每个阶段单独体现。例如，设计阶段的 BIM 贡献的价值最终会体现在施工和调试阶段。BIM 在控制建筑项目的质量、管理项目成本和调整施工进度方面的好处是巨大的，其中包括：(1)对设计变更和施工预算的控制减少了 40%;(2)提高了成本计算的准确性，将误差减少到 3%;(3)成本计算时间减少了 80%;(4)冲突控制减少了设计错误，节省了 10%的合同成本；(5)平均施工时间减少了 7%以上。2.2 BIM 技术在装配式建筑初步设计阶段的应用 BIM 技术的应用已经渗透到了装配式建筑的全过程。在预制建筑的初始设计阶段，BIM 技术的介入主要体现在两个方面：第一，能预先检测出设计中的问题。在预制构件的设计中，除了要达到某些规范要求外，还必须符合构件的尺寸特征，才能确保预制构件的设计精度。在传统的装配式房屋设计中，初期的规划和后期的建造经常发生矛盾，影响了房屋的建设。利用BIM 技术可以在装配式房屋的设计过程中，对将来可能出现的问题做出预测与分析。BIM 技术能够充分发挥其在工程中的作用，提高工程质量；其次，计算机绘图可以用来分析设计问题。在预制建筑项目的初始设计阶段，可以利用BIM技术的优势来强调结构的可视化，并促进平面和立面的布置。因此，BIM 的使用在建筑设计阶段是合适的。2.3 BIM 在装配式预制构件设计阶段的应用 依据实际需求及设计实践，编制出一份深化工程样书。当连接模型时，要注意对准对齐点；在连接模型之后，将所有人的需求和要完成的工程范围连接在一起，并将相应的部件连接在一起；未进行预处理的元件可以从专案档案中分离。根据绑定的预制件单元进行零件的拆分设计，其设计必须遵循强度合理，易于装配，易于设计，可重复使用，易于维护和替换。分布模型可用于分析构件比例，并做出进一步决策。在 BIM 技术下，预制构件的建模深化是预制构件的一个关键环节，其建模深度因预制构件类型而有所不同。在集成化的基础上，基于构件的几何特性，从云计算中心库中选择标准化的构件进行匹配，并对相应的参数进行相应的调整，然后按照构件的位置和配筋要求进行钢筋、预留预埋、孔洞等的设计。2.4 BIM 在装配式装修设计阶段的应用 通过 BIM 技术将精装设计与施工结合起来，既能有效地改善建筑工程施工对精装修的影响，又能根据个人建筑施工需求和反馈信息灵活调整建筑施工方案，实现建筑施工方案和建筑精装修设计的高效实施。基于 BIM 的住宅建筑一体化装配式精装修设计的方法如下。首先，创建 BIM 模型和族库。在创建 BIM 模型和族库的过程中，往往需要结合构件制作的具体情况，中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 56 形成预制构件参数的族库，这样才能有效解决预制住宅饰面一体化的安装和调试问题，同时便于构件制作、施工过程和串联设计的有序进行；第二，建筑细部配套的精致设计。由于预制装配式住宅内装一体化设计对细部和构件设计的精度要求较高，因此，在实现精细化设计的基础上，利用 BIM 技术可以提高室内设计的质量。例如，在完整的卫生间室内设计中，除了需要完成天花板、地板、细部和墙面的设计外，还需要对水电管线的具体位置、点楔位置等细部结构进行精确，在实现单板精度的同时提高施工效率，解决现有问题。3 BIM 技术在预制装配式住宅设计中的案例分析 3.1 项目背景 某项目规划用地面积 5.03 万 m2，其中地上建筑面积 9.57 万 m2，容积率 2.0。该项目是装配整体式剪力墙结构住宅建筑项目，装配率不低于 50%。3.2 BIM 技术在设计阶段的应用 3.2.1 户型模块标准化 该项目建设确定 5 个不同的户型，其中 3 种户型所占的比例达到了 84.42%，这为实现预制构件的规范化制造提供了良好的环境，极大地提高了生产效率，降低了成本，同时也使工业化施工的优点得到了充分发挥。3.2.2 预制构件标准化 在传统的 DBB 模式中，构件制造商和施工部门没有参与设计过程，缺乏沟通，导致构件的设计、制造和施工阶段脱节，对施工的质量和流程产生负面影响。从工程计划开始，组件生产商、设计者和建造者就为装配建筑物的技术方案进行了多次协商。同时，遵循“更少的规格，更多的组合”的原则，建立了一个项目构件库，最大限度地增加相同规格构件的装配数量，并使设计阶段要求的不同组合多样化，以便为构件的大规模生产打下良好的基础。3.2.3 设计方案可视化 利用 BIM 软件对已有的预制房屋型式及预制构件库进行模拟，建立可区别于混凝土浇筑段与预制段的结构原理图，并通过设计师与施工人员的校核，确保其正确性与完备性。BIM 三维模型用于可视化组装部件的相互关系、安排和类型。在设计阶段引入 BIM 技术，使得建筑设计的可视化和改进成为可能。3.2.4 建筑性能分析 利用 BIM 建模技术，可以把这些数据转化成建筑物能耗的计算模式。在此基础上，结合该市的相关规范，对建筑能耗状况进行综合评估，从而进行了相应的调整与优化，以减少建筑的能耗，提高建筑的质量。3.2.5 多专业协同 BIM 模型整合了多学科的信息，为绘制传统二维平面图时出现的“错误、遗漏、差距和不完善”问题提供了有效的解决方案。通过 BIM 技术，可以将各个专业之间的资料及绘图修改信息直接传送到各个专业，降低了误差，提高了设计的效率；同时，基于 BIM 技术的可视化与仿真技术，能够有效地提升工程与建设的协同效果。BIM 技术在建筑工程中的应用，可以帮助建筑师直观地看到建筑工程中存在的问题，减少建筑工程设计与工程实践中的偏差，从而为建筑工程提供最优的设计与管理方案。4 结语 当前，BIM 技术已经进入了稳步发展的时期。要想把 BIM 技术更好地运用到装配式建筑项目的设计中，就必须对其进行持续的调整，并加大对其的改革力度，让 BIM 技术的应用变成企业发展的一个重要环节。日后，伴随着 BIM 技术的持续创新与发展，我国的预制装配式建筑项目的设计将会与市场的需要相适应，进而推动建筑业的健康发展。参考文献 1刘喻可馨,叶子铭.BIM 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