摘要：以上海市浦东新区惠南新市镇25号单元（宣桥）05-02地块住宅小区为例，项目团队如何将BIM技术应用到此项目的深化正向设计中，对BIM技术的应用点进行了分析，包括设计、施工、成本控制等，总结了一套此类项目的操作流程，为同类型项目提供借鉴作用。
关键词：预制装配式；深化设计；BIM正向设计；应用价值
1 引言
为更精细化、更高效的处理预制装配式建筑构件设计、生产、安装过程中出现的问题，将BIM技术与装配式建筑结合起来成为了必选之路。借用BIM技术平台，源头上先将设计人员从二维空间作业向三维空间转换，将建筑、结构、给排水、暖通、电气专业集成到一张图上、更细化反映到每块预制构件上面，减少错误率，使装配构件更高效化。本文以上海市浦东新区惠南新市镇25号单元（宣桥）05-02地块住宅小区建筑预制保温叠合外墙为例，运用BIM技术对预制构件进行三维建模，对建筑、结构细部接缝位置进行建模细化处理及施工模拟，以保证构件的精细化设计需求及施工效率。
2 工程概况
本项目位于上海市浦东新区项文路、南六公路交接处。项目用地性质为商业住宅用地，总建筑面积约31万方，其中住宅形式分为高层住宅（14F）、多层住宅（7F及3F/4F）。建筑风格采用新海派风格，外立面由多层级线条组成，多样化的设计元素丰富了立面，但同时也为预制装配式专项设计增加了难度。地块建筑预制体系采用预制外挂夹心保温墙板及预制保温叠合外墙板体系。预制建筑为所有住宅部分，预制部位包含预制外墙板、预制内墙、预制楼板、预制阳台、预制梯段板。
.png)
此类商品住宅项目外立面装饰线条复杂，且业主要求装饰线脚需与外墙构件一起预制，在项目预制装配式专项设计及施工中数字化建造技术面临的难点包含以下几类：
1)建模难度大：项目采用预制夹心保温体系，构件设计要求高。且项目大部分的外立面装饰构件为多变的异性构件，构件间通用性很差，且业主要求外立面所有装饰构件结合外墙预制构件一起预制，对模型的深度要求很高，因此对BIM工程师
装配式建模要求相当高。
2)协调专业多：本项目为精装标准交付，各设备专业的管线留洞均需在预制构件上表达。检查并解决各类模型碰撞问题。
3)模型出图难：此项目为保证建筑外立面效果，保证设计质量，减少外墙预制构件设计误差，所以在预制装配式专项设计中采用BIM平台进行专项正向设计。此要求要先有模型再有图纸，然而国家及上海市都没有明确BIM装配式出图要求，其与原二维出图表达的方式有不一致，对于项目深化组来说也是一个大的挑战。
4)施工难：项目功能简单，但结合装配式保温体系、外立面复杂线脚，构件体量大、无脚手架施工等特性，对构件安装、施工提出了很高的要求。
3、项目BIM技术特点
3.1 前期项目信息搭建
在项目深化设计过程中，对各专业图纸进行收集，借用BIM技术进行集成，形成最终深化设计模型，保证模型的完整性及正确性。前期根据项目特点，建筑外立面造型复杂，深化工作量大，深化工作开始前，确定深化设计建筑、结构专业BIM深化设计负责人，制定BIM项目策划，PC技术策划等，确定项目可实施性。
3.2 建筑专业与结构专业基于BIM技术的结合
项目针对其特点，建筑专业及结构专业合理分配界面，各司其职完成项目。
设计过程中，结构专业建立深化设计大纲，负责项目的统筹，现浇结构的BIM模型建立，各构件的配筋工作及外墙夹心保温墙板外的构件深化工作。建筑专业负责外墙夹心保温墙板的BIM建模及洞口预留。模型建立后，建筑结构专业合模检查，处理建筑、结构专业碰撞点。结构专业按机电专业二维图纸，将设备专业预留点位放置到BIM预制构件上，避免机电点位缺失。
3.3 预制装配式构件深化BIM正向设计工作
项目初期，建立预制装配式深化BIM正向设计策划，秉承让施工图设计人员去负责深化设计的原则，将各专业施工图图纸归纳收集，总包提供施工需要的预埋件，门窗厂家提供门窗预埋件，各工种相互配合，按照策划流程按时提供资料，保证预制装配式深化BIM正向设计按时保质保量完成任务。
3.4 基于BIM技术平台的协同作业界面
项目前期建立协同平台，各专业所有资料汇总在此服务器上。建筑、结构专业均在此服务器上开展深化BIM正向协同设计。其中各专业各自采用中心文件协同作业，专业负责人作为确认人确定审核，保证修改均能时事反映，设计人员均在统一模型下作业。专业之间采用链接方式，各专业模型互不关联，避免产生设计模型文件大，电脑无法满足作业需求。
4 项目深化BIM正向设计的要点
4.1 前期工作策划
项目开始前，针对要进行的BIM预制构件正向深化设计，需明确项目运行组织架构，确定目标、参与专业、具体负责人、高效运作模式。
.png)
图4：项目设计流程
4.2.1 项目策划流程
项目开始之前，制定项目策划流程，制定BIM建模标准、软件版本号、命名方式以及项目操作指南，其中要解决一下问题：
4.2.1.1明确构件深化BIM正向设计目标
1、通过 BIM 三维模型表达预制构件深化成果。
2、避免由于二维深化图表达局限性而导致的深化成果存在缺陷
4.2.1.2 提醒各专业工作中注意事项
1、在预制构件深化过程中利用 BIM 技术进行三维展示，并通过模型复核深化成果。
2、各专业需委派指定人员对深化成果数据进行监督把控。
3、对已发现的深化问题进行纠偏。
4.2.1.3 提供PC构件BIM正向设计出图标准样板图纸文件
4.2.1.4 设计成果需进行必要的预制构件碰撞检查，减少错漏碰缺情况出现。
4.2.1.5 明确最终成果需经过校对审核后方可最终出图。
4.2.2 项目PC深化设计原则
根据本项目的预制体系，项目丰富的外立面，确定建筑结构的工作界面，各专业总结归纳深化设计原则，制定作业标准，深化及施工过程中需要注意的问题提前预警。
建筑专业设计原则内容：明确工作内容界面，外门窗洞口处理方式，确定建筑管洞、水电暖功能性埋件、电气线盒等，外墙板拆分原则提高通用性。
结构专业设计原则内容：预制构件钢筋、吊装埋件、支撑的BIM建模，明确平面布置图、斜撑埋件等均由Revit直接出具并进行自动统计，每个构件均应建模并准确命名编号，以保证平面布置图、斜撑图的准确性。
4.2.3施工图资料收集
项目各专业基础资料均收集于协同平台内，规定各设计人员均以协同平台内材料为准。建筑、结构专业确定设计资料负责人，管理专业内资料上传权限，避免错误信息出现。
4.2.4协同平台搭建
项目户型样式很多， 外立面造型非常丰富且线脚全部预制，对设计人员的要求很高，需要既会BIM设计又需要协同作业，以此要求成立项目深化小组，才能按时完成设计任务。项目成员要求需对BIM软件熟悉且对构件深化工作非常熟悉的工程师组成。
工作开展的另一重点工作是协同平台的搭建，其影响到项目的工作模式、设计速度及最终成果形成。项目协同平台搭建在三个方面作出规定：
（1）BIM软件支持。现行市场上BIM软件种类很多，项目协同设计时规定使用REVIT Architecture软件，由于REVIT本身版本使用对构件族参数使用的因素影响，项目规定统一使用2017版本，避免不必要的参数丢失。
（2）对各专业搭建各设计人员相应职责，对模型的修改等级融入到协同设计中，明确BIM深化设计各人员责任及等级，便于模型管控。
（3）制定协同平台应用规则，包括日常工作安排，流程制定，成果检查、出图规定等。使设计人员在有序的框架下进行BIM深化正向设计。
4.2.5建筑建模
建筑专业针对预制装配式夹心保温体系项目，负责外围护影响建筑外立面效果的预制构件拆分及BIM建模。包含外维护体系的预制夹心外墙板、外阳台及阳台栏板、凸窗及与外墙预制体系直接连接的门窗洞口，另外机电设备专业功能性埋件、管道留洞及电气线盒均需在BIM模型上表达及定位。构件细部防水企口、保温层界面、门窗洞口滴水线及窗口排水坡度均需按实建模表达。
4.2.6结构建模配筋
结构专业负责所有预制构件的钢筋、吊装埋件、支撑、施工等结构埋件的建模，及室内部分的叠合预制楼板、预制剪力墙、预制楼梯等图纸。最终成果均由结构专业规整出图，生成单个构件的深化图纸，进行标注、构件数量统计、钢筋参数、构件重量、混凝土用量及构件定位等。其中由于BIM软件无法按照现行的国家或地方标准自动复核预制率计算书，需结构专业自行复核预制率。
.png)
4.2.7机电留洞
考虑预制构件的完整性，杜绝施工过程中在现场预制构件上二次开洞及开槽，机电管线在预制构件上的预留均需在深化设计中完成。由于机电管线的点位非常多，实际预留过程中需避免缺漏。一般住宅项目，常见的机电管线预留多为电气管线和水管，空调预留管线一般位于外墙，数量较少。机电专业提资的时候需注明管线走向及各点位的定位，避免出现错误。
本工程的所有的电气管线预留均在BIM建模中体现，结合结构配筋，机电点位预留的时候就考虑机电点位与钢筋的碰撞问题；
水专业大部分为水管洞口预留，考虑现场实际安装精度问题，一般水专业水管留洞会比设计的管径大两个标号，为施工预留施工误差条件；
暖通专业空调外机管线在预制外墙上的留洞考虑重力排水原因，留洞方式多为内高外低。
.png)
图7：内墙板上机电点位留洞 图8：外墙板空调留洞
4.2.8建设单位、专业厂家提资
深化设计是讲各专业相关的设计集成到预制构件中，对施工需要的参数均有要求，均需在构件生产前提前反馈到BIM信息模型上。在项目开始前，BIM深化设计负责人会列举出建设单位、施工单位的需求清单。如建设单位需让专业厂家提供选用的凸窗、窗台栏杆预埋件位置和尺寸；选用的楼梯栏杆预埋件要求等。施工单位提供所需的斜撑预埋件、斜撑、对拉螺杆等定位、规格；塔吊的预埋件定位、规格等。
4.2.9 构件BIM模型整合
建筑、结构、机电、专业厂家各工种的资料全部汇总到预制构件上，各设计人员将最终的预制构件BIM正向设计资料汇总于协同平台上，形成合模。便于后续的碰撞检查、校审及出图准备。
4.2.10 构件缺碰检查
由于Revit软件本身无很好的自我碰撞检查功能，需结合Navisworks进行碰撞检查，主要检查五个方面的碰撞情况：
（1）预制构件与现浇部分的碰撞问题
（2）预制构件与预制构件之间的碰撞问题
（3）预制构件预埋件与构件之间的碰撞问题
（4）预制构件预留的机电点位与预制构件钢筋间的碰撞
（5）预制构件内部钢筋碰撞问题
根据Navisworks碰撞检查的结果，调整及及时修改预制构件的深化设计，尽量减少预制构件在生产和安装时存在的问题，可有效节省校审时间及减少后期对预制构件的破坏。
4.2.11校对审核
通过预制构件BIM正向设计，形成所看即所得的立体三维组装模型，能有效的减少校审的时间和缺漏。对最终深化图纸的设计质量有很好的控制。校审主要检查最终深化图纸是否与方案设计是否一致，出图的出图质量，碰撞问题是否解决等问题。
4.2.12 BIM出图
通过预制装配式BIM正向设计，将各专业、各专业厂家需求集中反映到构件BIM模型，完成校审后，即可通过BIM软件正式出图。最终成果既满足深化规定要求又满足构件生产需求。
.png)
图9：构件深化设计出图样式示意
5 BIM应用价值分析
预制装配式项目，对预制构件进行精细化深化设计，需要将前端的设计条件和后期的施工条件均需在单个预制构件上表达，通过拼装的方式组合起来，对预制构件的设计和生产进度都很高。传统的二维设计已不能满足这种精细化的设计要求，我们需要通过三维的即时表达软件能快速的将各专业的设计信息反映到设计人员的视野中。
通过本项目，BIM技术在预制装配式深化项目中的应用价值主要体现在以下五个方面：
5.1 设计效率提升
BIM技术应用在深化设计的全过程。各设计人员能通过BIM设计协同平台，将设计信息集成，通过前期模型搭建，后期碰撞检查各专业间的设计冲突，帮助设计人员能快速高效的处理设计中的各种问题。各设计人员均在同一模型下协同作业，实时反馈修改内容，减少各设计人员间的沟通耗时。
5.2提高预制装配式项目的设计精度
通过BIM技术，建筑、结构专业将预制构件进行精细化设计，减少现场因为预制构件精度问题导致无法安装的情况出现；结构专业在三维软件中，将构件的内部钢筋、间距表达到预制构建中，结构设计师可以直观的观察钢筋位置，尽量避免预制构件安装过程中出现碰撞问题。
5.3 复杂构件设计
本项目的外立面复杂，且初期项定案时要求所脚手架施工且外立面所有装饰线脚均需与预制构件一起预制。传统的CAD作业无法通过人脑去想象三维的预制构件样式，只有通过BIM三维技术，实时反映三维建模技术，设计人员才能以此快速的进行深化设计，减少构件设计图纸错误率的出现，造成不必要的损失。
.png)
图10：三维凸窗预制构件 图11：三维外墙板预制构件
5.4构件拆分对成本控制
项目的户型较多，如果按传统构件拆分模式，容易引起成本的不可控，主要表现在以下三点：
5.4.1、构件标准化率低，构件种类多导致模具种类增加，通用性少，同一项目中重复使用的利用率低下，模具的成本增加。种类多的情况下也会导致构件原材料、辅材、预埋件、钢筋的种类增加，另外对人工成本的增加尤为明显。
5.4.2、外立面造型复杂，单个构件的重量超出现场塔吊的承重荷载，对塔吊要求增加，对成本增量明显。
5.4.3、构件数量增加，对构件生产单位的要求增加，表现在构件生产管理、构件堆场管理、构件按时发货的难度加大。
为尽量规避上述情况的出现，适当控制成本增量，项目团队初期就借用BIM软件，对会出现的问题进行了一些梳理。在BIM模型构建拆分过程中，根据每个构建的参数信息，找出相类似的构件参数，通过可变化的模具设计，减少模具数量。对单个构件进行建模，实时得出构件的重量信息，对超出总包塔吊的最大荷载的构件进行同类型再拆分，减少超出荷载构件。所有的处理方式均是通过BIM提供的参数信息，获得减少成本增量的方式。
5.5 现场施工指导
所有预制构件通过BIM软件实时反映其各种参数，考虑预制构件与预制构件、预制构件与现浇部分的相互影响，利用BIM模型将预制构件以可视化的方式进行安装模拟，通过视频的方式展示预制构件的安装要求对现场进行技术交底，将后期安装的难点提前介入解决。
.png)
图12：预制构件安装模拟
6 结语
由于本项目的预制体系复杂，外立面造型丰富，项目的深化设计难度较大，项目团队借用BIM技术完美完成了复杂构件的深化设计。通过此项目BIM正向设计技术，提前解决了施工过程中可能出现的难点，对项目成本进行了一定的优化，通过精细化构件设计减少了现场对构件的破坏，提高了设计质量也提高了施工质量。通过此项目的BIM技术应用，BIM技术在类似项目中值得推广和广泛利用。
参考文献：
[1] 宋袭文 BIM技术在装配式建筑的应用价值[J].住宅与房地产.2017.01
[2] 马泉、杨向阳、刘汇东、王金辉、邓丽娟 BIM技术在乌鲁木齐市奥体中心劲性结构深化设计中的应用.建筑施工.2019.02