BIM在预制装配式建筑3D协同设计中的应用

摘要：

基于BIM的3D协同设计，利用3D可视化技术建立BIM模型，建筑、结构、设备在同一模型上共享数字化模型信息进行协同设计。

1.建筑产业化

建筑产业化是以工厂生产的方式来建造房屋建筑，把房屋作为工厂产品，依据统一的结构形式和标准，使用先进的工艺，按专业分工，集中在工厂进行房屋构配件的大批量生产，然后在施工工地进行机械化组装。

其主要特点是：生产的连续性、生产部品的标准化、生产过程各阶段的集成化、工程的高度组织化、尽可能用机械代替人的手工劳动，生产与组织一体化。

建筑产业化的发展将取代传统建造模式向高效率、低能耗、节能、环保、现场干作业、平行设计、平行施工的产业化模式转变。

预制装配式建筑是指用在工厂生产加工的预制构件通过运输工具运送到工地现场，在施工现场经装配、连接、部分现浇而成的建筑。它作为建筑产业化的一种新型结构形式，推进着现代建筑产业化的快速发展。

建筑产业化就是“像搭积木一样”造房子，它在工程项目建设中以新型的“设计-制造-安装”模式代替传统的“设计-现场浇注”。目前，影响建筑产业化实施存在的问题是不能够充分协调设计、制造和安装过程之间的关系，从而影响工程工期、成本和质量。因此，建筑产业化的主要任务是协调好建筑工程项目中预制装配式结构构件的设计、制造、安装过程之间的关系。

BIM（BuildingInformationModeling）即建筑信息模型的简称，是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，建立三维数字化模型，且为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库，简单地说，BIM就是数字化的虚拟建筑，可以用来展示整个建筑生命周期。BIM是一种革命性的技术，它能够在建筑全生命周期中利用协调一致的信息，对建筑物进行分析、模拟、可视化、统计、计算等工作。BIM的实现从根本上解决规划、设计、施工、运营、维护、拆除各阶段信息断层，实现工程信息在整个建筑生命周期内的有效利用与管理，消除信息传递孤岛，帮助用户提高效率、降低成本。以下介绍基于BIM技术的3D协同设计在预制装配式建筑产业化中的应用。

2.BIM技术及3D协同设计

基于BIM的3D协同设计是利用3D可视化技术建立BIM模型，建筑、结构、设备在同一模型上共享数字化模型信息进行协同设计，虚拟三维施工模型，完成碰撞检测，修改碰撞，得到最佳施工方案进行施工协调，最终完成项目。

主要体现在以下几个方面：

设计从2D设计转向3D设计；

从各工种单独完成项目转向各工种协同完成项目；

从离散的分布设计转向基于同一模型的全过程整体设计；

从线条绘图转向构件布置。

协同设计是BIM的核心，3D建模及模拟是BIM的基础。

3.基于BIM技术的3D协同设计在建筑产业化中的应用

要想做好建筑产业化，就是要实现混凝土结构的“设计-现场施工”模式向装配式混凝土结构的“设计-制造-安装”模式转变。那么，协调设计方设计、工厂制造和现场安装之间的关系是建筑产业化发展的首要任务。首先要摆脱装配式混凝土结构“设计-制造-安装”中的两种传统模式，一是以设计院的构件设计为主导的模式，二是以工厂生产制造为主导的模式。

第一种模式的各种构件的设计满足设计师的构思和多样化的需求，但没有充分考虑工厂生产制造和现场安装的需求，导致构件无法制造、无法安装，需要修改设计单位设计，而生产制造厂现场待工等料，结果造成误时误事的巨大浪费。

第二种模式对工期、成本、质量的控制能力比第一种好，但是制造商仅考虑构件生产的高效性导致生产出的构件单一呆板，不能满足市场对构件多样化的需求，也不能令业主满意。

基于BIM的3D协同设计是以信息主导方法将有效地解决建筑产业化面临的技术和管理问题。借助BIM技术，构件在工厂实际开始制造以前，统筹考虑设计、制造和安装过程的各种要求，设计方利用BIM建模软件（如Revit）将参数化设计的构件进行建立3D可视化模型，在同一数字化模型信息平台（图1）上使建筑、结构、设备协同工作，并对此设计进行构件制造模拟和施工安装模拟，有效进行碰撞检测，再次对参数化构件协调设计以满足工厂生产制造和现场施工的需求，使施工方案得到优化与调整并确定最佳施工方案。最后施工方根据最优设计方案施工，完成工程项目要求（图2）。

基于BIM的3D信息模型一旦出现设计方案与工厂制造、现场施工冲突建筑、结构、设备碰撞冲突，即可在同一参数化信息模型上进行优化设计，参数化协同设计可做到一处参数修改，处处模型同步更新。如此便将构件在工厂制造现场安装前出现的所有问题都在电脑里进行修改，达到构件设计、工厂生产制造和现场安装的高效协调，保障项目按计划的工期、造价、质量顺利完成（图3）。

4.结论

基于BIM的3D协同设计利用BIM技术的参数化、协调性、可视化、模拟性等特点，给建筑产业化带来了前所未有的机会。BIM技术的应用为建筑产业化不但解决了信息创建、管理、传递的问题，而且BIM模型、三维图纸、装配模拟、采购制造运输存放安装的全程跟踪等手段为工业化建造方法的普及也奠定了坚实的基础。

（作者：姬丽苗张德海管梽瑜沈阳建筑大学BIM中心）