王彦强
中国建筑第二工程局有限公司华东公司 上海 200000
摘要：随着“互联网+”改革与“大数据”技术应用，我国建筑行业逐渐转型升级到了智慧发展新阶段。尤其在装配式施工方案快速发展与应用条件下，进一步加快了智慧建筑的研发设计速度。一方面，提高了我国建筑行业的整体工业设计能力；另一方面，增加了我国建筑企业全要素生产率。以BIM技术在装配式建筑设计中的应用研究作为研究对象，概述了BIM技术与装配式建筑设计的内涵，剖析了建筑装配特征与装配关系、装配式建筑装配模型、装配模型的IFC表达，以及相关的协同设计等。
关键词：BIM技术;装配式;建筑设计;
随着建筑产业链的构建完成，我国在输出基建能力阶段，也正在对设计环节、材料与设备运输环节、施工建设环节、建筑产品销售环节、后期运营管理环节实施专业化提升。尤其是在利润率占到90%以上的建筑设计环节，为了谋求国际市场上的“定价权”，我国的投入相对较多，技术应用也相对集中。
1 BIM技术与装配式建筑设计内涵
1.1 BIM技术
建筑信息模型简称BIM，英文全称“Building Information Modeling”，是一种以计算机为载体的应用软件，其功能集中体现在“三维建模”方面。通过对BIM技术的应用，能够在“虚拟网络”中，构建与“现场场景”对应的“数据模型”。当前，BIM技术在装配式建筑设计中的运用经验表明，“模型世界”与“现实世界”能够实现全面对应。
从实现途径方面看，BIM技术在建筑设计中的应用，主要是以工业基础类的IFC为标准，利用建筑产品相关的生产要素生成的数据信息，对其实施标准化的设计与处理及表达，从而完成BIM技术在装配式建筑设计中的系统性运用。
1.2 装配式建筑设计
装配式建筑既是一种建筑产品生产制造方案，也是一种施工技术，体现了建筑产品生产制造技术与生产管理技术的资源融合。在其价值理性的功能特征角度，装配式建筑设计可将传统建筑设计分化为多个模块，进而使其实现分式的同步设计，也可在同一设计框架下，做好针对各个部分的专门化设计，因此，在实质上优化了建筑设计。从工具理性的功能特征角度看，装配式建筑设计与建筑产品的施工生产建设实现了高度统一，能够在建筑产品生产建设全程对其进行在线监测与评估，及相应的数据参数调整等。因此，装配式建筑设计改变了建筑设计方式与建筑设计方案的应用效用，在装配式建筑设计中要做到统筹兼顾需用到BIM等技术。
2 BIM技术在装配式建筑设计中的应用
2.1 设计准备
BIM技术在装配式建筑设计中的应用主要是利用三维模型，对方案设计、初步设计、施工图设计进行参数优化、协同管理、模型优化，简单讲，就是通过BIM技术细化、优化装配式建筑设计。
因此，在其应用之前，需先做好设计准备工作。要根据装配式建筑勘察数据、项目立项等相关数据，先建立一些初步的、粗略的BIM方案模型，相当于在BIM应用软件中画1幅装配式建筑设计草图，再逐步完成装配式建筑设计。具体分析如下。
(1）需在装配式建筑设计阶段，制作BIM方案模型，在初步设计阶段深化BIM模型，在施工图设计阶交付BIM模型。由此，可构建由整体规划→BIM方案模型→BIM深化模型（建筑、结构、MEP多专业协同）→BIM交付模型（自动出图）→竣工模型→竣工图的BIM设计流程。
(2）对应BIM设计流程，可制订出BIM技术在装配式建筑设计中的应用流程。按照对应关系，可构建由整体规划（效果总图）→平面、立面、剖面设计（预制墙板组合图、叠合楼板组合图）→整体分析专业协同（预制构件位置、立面示意、拼缝位置、构造大样和节点大样）→构件深化设计（尺寸控制图）→构件拆分→预制构件加工图的设计流程。
2.2 基于IFC的装配模型建立
应用BIM技术进行装配式建筑信息化设计时，数据交互标准设置应用IFC标准，可实现数据共享与传递功能。实际使用中先完成相应转换与流程构建，再结合建筑设计内容，运用类型分析方法对设计模型数据相关信息进行要素梳理，同时以构成要素（如构件、材料、设备、环境质量等）为准，建立装配模型。
(1）需按照装配特征—装配关系—装配模型的顺序，开展具体的装配模型设计。
由于在此设计阶段中存在不连续性，所以，需明确地按照混合、迭代、递归划分出各个设计方面的界限。如装配体、子装配体、零件3要素可架构起具体的装配模型：在第1层，设置装配体；在第2层，按照子装配体1、子装配体2和零件进行设置；在第3层，再设置子装配体1.1、子装配体1.2与零件；子装配体2.1、子装配体2.2等。依此类推，完成装配模型整体架构。
(2）按照装配层、构件层、零件层，对应地设置装配模型层级分布结构。如在装配层只需明确装配式建筑；在构件层，则可划分出预制梁、预制柱、预制叠合板、预制剪力墙、门、窗等；零件层主要按照构件再进行细致的分类，如在预制梁方面，主要的零件就包括钢筋、预埋件、混凝土体，而窗构件中又包括了玻璃、锁键、窗框等。
2.3 装配模型IFC表达及应用
以某绿色装配建筑工程项目为例，属于二星标准，工程项目总建筑面积为57 000 m2，占地面积约为30 000 m2，由于该工程属于民生工程项目，因此在功能方面的特征相对突出，包括公共空间资源交易功能、社区便民服务功能、生态休闲功能等。所以，在实际的绿色装配建筑形态选择方面，以现代设计语言为准，并融入了具有中国传统风格的“高台”“宽檐”。
(1）使用装配建筑总项目、分项目、子项目的一般划分方式，使其对接到空间利用、材料、水、能源、空气质量等性能评价指标方面，最终形成由4个部分、2个模块构成的设计模型：1）基于BIM绿色装配建筑信息化设计模块。类型层：BIM。信息数据层：构件、产品、性能、设计。信息管理层–决策与评价：构件–材料与工艺、产品–标准化与集成化及设备等产品、性能–能耗与风热及空气质量、设计–标准/规范。2）装配式建筑安全计算模块：节能与能源利用、节地与空间利用、节水与水资源、节材与材料利用、室内环境质量。
(2）在信息化设计方面，结合该民生绿色建筑工程参考数据，利用Revit建模；对IFC数据进行检查。设置完整参数（墙：IFC WALL Standrad Case；门：IFC Door），分别以空间、构件、材料、设备分层组织，使之与关联性属性实现链接。
(3）由于电器设备在本绿色装配建筑设计中非常关键，又具备系统性，因而需以项目实际需求为基础，对各类设备的品牌与类型、性能与效率、规格与型号、厂家与售后等各项信息实施针对性管理，并以此为主体关联其他层的信息。
(4）结合建筑性能环境分析软件与BIM数据模型，建立IES<VE>能耗分析模型。将“围护结构设计对比”参数输入：基准建筑中，墙体为普通无保湿石墙，U值为2.0 W/（m2·K），屋顶为普通无保湿隔热屋顶，U值为1.5 W/（m2·K）；外窗为普通单层玻璃，U值为6.4 W/（m2·K）。设计建筑中墙体为外侧40 mm厚膨胀玻化微珠保湿砂浆保湿250 mm厚加气混凝土砌块，U值为1.0 W/（m2·K）；屋顶为200 mm厚泡沫混凝土，U值为0.7 W/（m2·K）；外窗为断热铝合金b框中空玻璃（6 mm Low-E+12 mm空气+6 mm透明），U值为2.5 W/（m2·K）。结果显示：基准建筑全年总能耗=10 985.9 MW·h，设计建筑全年能耗=4 946.2 MW·h。相比之下，可节约54.9%的能耗。施工进度设计方面则可主要按照工程项目的“形象进度”与“预定工期”进行对应设计。
(5）以上述同理操作方式在软件对应“窗口”设置中，将换气相关联数据、光环境数据代入软件，可分析出设计方案在室内换气次数方面均大于2次/h；功能房间采光面积比率为71.4%；符合GB/T 50378—2019《绿色建筑评价标准》8.2.6表规定的70%～75%采光评分范围；符合8.2.5条规定中户外视野良好的范围，可视度与相邻建筑间距大于18 m,3分评价为良好。在绿色度评价计算方面，采用分级标准公式，将相关数据代入对应“窗口”设置中，Q质量=4.20361,L负荷=2.048,BDGD=Q质量/L负荷=2.052 54。符合GB/T 50378-2019《绿色建筑评价标准》中“评价分级指标与表达”1.5～3.0的要求，属于A–优绿色度。尤其是现阶段的PC端与移动客户端已经实现了通信连接，可通过移动客户端进行直接应用与VR观看。
3 结束语
结合以上分析可看出，BIM技术作为一种复杂程度较高的信息工程数据模型，其应用遍及建筑产业链的各个环节，其比较优势在建筑设计环节表现相对突出。
参考文献
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