近年来,在社会经济飞速增长与建筑行业不断发展的背景下,各类新型建筑在我国得到了越来越广泛的推广,装配式建筑正在其列。装配式建筑一方面提升了建筑施工速度和效率、降低了建筑施工成本,另一方面还能够保障建筑质量和性能。而除了众多新型建筑的发展外,一些先进的科学技术也被广泛应用到了建筑设计当中,例如BIM。装配式建筑与BIM相结合,是目前建筑行业的主要发展趋势。
一、装配式建筑的概念
装配式建筑是指将传统建筑建造方式中的大量现场作业转移到工厂中进行,即先提前在工厂中加工制作好相关建筑构件(如墙板、楼梯、阳台等),再将它们运输到施工现场进行装配施工。可以将装配式建筑的建造过程类比成设备生产过程——先在工厂中加工好相关设备部件和零件,再将这些部件和零件运输到设备生产厂中拼装成设备产品。装配式建筑是现代工业化生产方式的典型代表,它主要具备五大特征:一是标准化设计、二是工厂化生产、三是装配化施工、四是信息化管理、五是智能化应用。与传统建筑相比,装配式建筑施工速度快、施工效率高、施工成本低,因此具有良好的发展前景。
二、BIM的概念
BIM(Building Information Modeling)即建筑信息模型,它是一种基于建筑工程的各项信息数据来建立数字化建筑模型,通过数字信息对建筑物的真实信息进行仿真模拟的技术。BIM的主要特征和优势在于可视化、模拟性、协调性、优化性、参数化性、一体化性、可出图性以及信息完备性。目前,BIM在工程设计、建设及管理等领域中均拥有着较为广泛的应用。
三、装配式建筑BIM深化设计要点
BIM具备强大的可视化功能,可以实现对装配式建筑设计全过程的模拟。装配式建筑BIM深化设计的核心思路是通过建立及分析数字化建筑模型来不断完善和优化其中各类构件的设计,从而尽可能地实现以最少构件达成多样化结构。装配式建筑设计主要分为三个阶段:一是方案设计阶段,主要需做好户型和标准层的设计,确定构件拆分原则和构件布置方案,据此规划出整体工程方案;二是初步设计阶段,主要需结合工程实际情况合理选择构件的类型和尺寸等;三是施工图设计阶段,主要需对结构及构件进行深化设计,扩展设计信息。在实践过程中,先需建立完善的构件库,然后通过充发挥出BIM的优势来提高构件的通用性,以降低建筑总体设计难度、提高设计效率、减少成本支出。
1、总图深化设计
总图即总设计图,在装配式建筑的总图设计中,应通过科学合理的分配来最大限度地提高后期装配施工效率,并保证现场施工秩序和施工安全。在这方面,BIM发挥出了重要作用。利用BIM的可视化功能可以对工程总图进行综合分析,并据此进行科学的场地规划,合理调整施工现场的临时道路及各类施工设施、构件、材料的摆放位置,以便于使设计人员、管理人员、施工人员等都能够准确掌握施工现场信息。
2、平立面深化设计
平立面设计是装配式建筑设计中的重要内容之一,它的设计必须要与实际情况相吻合,确保建筑内部空间分布合理、相关尺寸符合要求、管井位置适宜,如此才能够有效发挥出各部位的功能和作用。为了进一步强化建筑外观效果,需借助BIM的模块化、系统化及标准化设计方式来对平立面进行深化设计,并利用所建立的数字化建筑模型来分析平立面设计效果,不断对设计方案进行优化。
3、施工图深化设计
施工图设计阶段是装配式建筑BIM深化设计的主要阶段,通过对施工图进行深化设计,可以更明确地反映出工程各部位的设计参数,以确保布局合理、工艺适宜、造价经济。BIM的另一用途是加强施工图设计阶段的各方交流,使各项信息数据能够及时得到共享,相关问题能够及时得到有效沟通和解决,从而避免因数据不明、沟通不畅等导致的设计错误。
4、预制构件深化设计
装配式建筑中的很多构件都可以提前预制,例如剪力墙、梁、柱、外挂墙板、叠合板、楼梯、阳台、空调板等。所以,在装配式建筑设计中,预制构件的设计质量直接影响着整体建筑质量,必须要重视预制构件的深化设计。大部分的装配式建筑都是以预制梁、叠合板、非承重外围护墙、承重墙等预制构件的装配率贡献度最高,在预制构件设计中需考虑到构件占比问题及构件的制作方法、安装工艺等;其次需综合考虑到工程特征、结构体系等因素,确保满足隔音、隔热等各项需求;再者还需考虑到建筑内部空间的结构要求,优化承重结构,保证空间布局合理和结构稳定。一般来说,装配式建筑的预制构件设计次序为:①预制楼梯、阳台、空调板;②预制梁、叠合板;③预制非承重外围护墙、承重墙及柱;④预制内隔墙。另外,在设计中还需满足相关构件拆分原则,目前我国主要是应用Structural Precast for Revit插件对预制构件进行拆分,该插件能够根据拆分原则设定的拆分条件对装配式建筑中的各类预制构件进行有效分割和分块设计。而BIM在预制构件深化设计中的应用主要体现在可以按照工程结构形式、构件适用性、加工工艺等对预制构件进行合理分类与高效整理。在实际设计过程中,先需利用BIM建立完善的构件库,然后再根据工程设计要求在构件库中选择合适的构件,注意应优先选择通用性较强的构件,并据此建立出相应的结构模型来进行深化分析。
5、连接深化设计
装配式建筑设计中的连接设计是指对建筑结构的水平、竖向等接缝处进行专门的设置,通过选择合适的加固方法来保证整体结构的稳定性。在实践当中,连接设计经常会被忽视,因此而埋下的安全隐患也并不少见。通过应用BIM,可以有效实现连接深化设计,从而更好地保障建筑安全。因为基于BIM所建立的数字化建筑模型能够在工程施工前及时发现各种设计方面的潜在问题,并对这些问题进行有效的分析和处理,从而最大限度地规避风险。
6、碰撞检测
BIM具有碰撞检测功能,利用这项功能可以明确装配式建筑设计方案中各结构、各管线、各设备之间存在的冲突,从而指导设计方案的优化。一般在应用BIM建立出数字化建筑模型后,即可直接应用BIM自带的自动化碰撞检测功能来开展碰撞检测工作,系统会在检测完毕后自动给出相应的异常问题报告,以指导设计改进。
结语:
综上所述,装配式建筑在我国的发展前景明显,而BIM在其设计中的应用更是如虎添翼。通过应用BIM,可以对装配式建筑进行有效的深化设计,包括总图深化设计、平立面深化设计、施工图深化设计、预制构件深化设计、连接深化设计以及碰撞检测等,从而优化整体设计方案,切实保障建筑质量。
参考文献:
[1]艾树安,刘喆.基于BIM的装配式建筑深化设计应用研究[J].上海房地,2020(07):27-30.
[2]杨叶.装配式建筑结构深化设计及关键技术研究[J].工程机械与维修,2020(02):102-103.
[3]董知恩,李孟芩,张婷婷,张玉林.基于BIM技术的装配式结构设计方法探析[J].河南建材,2020(01):12-13.
[4]张赛. 基于BIM技术的装配式结构设计流程分析与应用研究[D].安徽建筑大学,2018.