对 BIM 技术在装配式高层住宅设计中的应用与研究

基于 BIM 的建筑建模是一种将各种结构信息整合在一起的建模方法，它具有很高的真实感，能够将与结构相关的参数信息完全反映出来。将BIM 技术运用于高层装配式住宅设计，不仅可以使设计的外观得到很大的改善，同时也可以对工程的质量和效果起到很好的推动作用。然而，组装结构是一种新型的建筑模式，它要求在施工前就把所需的部件预制出来，然后在施工中把这些部件组装起来。这种组合的结构能够比传统的结构更有效的构造和拆卸。因此，将 BIM 应用于高层装配式住宅项目中，不但能有效地提高高层装配式住宅项目的施工效率，而且能使整个项目的施工质量得到明显的改善，从而推动我国建筑行业的不断发展与进步。

一、BIM 技术在装配式高层住宅设计中的应用特点

（一）可视化特点

我国目前的居住建筑大多是高层建筑，其总体结构较为复杂，单靠CAD 绘图难以对其进行全面的描述。BIM 技术能够直观的表现出建筑构思的改变，并且将建筑的构造线用三维立体的图纸展现在设计师的面前，有了这些图纸的帮助，许多错误和缺陷都能够得到修正和完善。

（二）协调性特点

在装配式住宅结构设计的过程中，由于技术人员彼此间缺乏足够的信息交流，在实际设计过程中很容易发生碰撞。而BIM 技术的应用，能够在建筑设计的过程中，通过建立建筑模型，预先解决碰撞问题，并且能够根据建筑的特点，将建筑的各个功能模块结合起来，使建筑结构的设计更加的集成化、一体化。

（三）模拟性特点

在设计装配式高层住宅结构时，有效应用 BIM 技术，不但可以 3D 模拟住宅的结构和外观，同时，还能对其的受力情况进行模拟，甚至可以模拟一些难以进行直接观察的位置，设计师也可以借助模型得到直观检查，从而最大可能的减少安全风险的发生。

（四）参数化特点

基于 BIM 的参数化模型有助于建筑师和工程师通过设定和修改参数来构建和调整模型，而不再依赖于固定的数据，只需修改参数化图形元素和相关参数值，就可以将建筑师和工程师的设计流程转化为一组便于操作的图形，从而使装配式建筑的设计变得更加精确和高效。参数化设计使得结构形式的每次改变都与其所需的参数有关，具有很好的扩展性和可追溯性。这种数字化的架构方式，不但便于资料的统计与分析，同时也便于资料的分享与合作，从而为多个不同领域的研究人员共同进行建筑设计与优化提供了强大的技术支持。

二、BIM 技术在装配式高层住宅设计中的应用

（一）建设方案设计阶段

采用 BIM 技术进行建筑构件的快速建模和快速施工，将极大地提高建筑构件的设计效率和施工质量。有了 BIM 的辅助，设计师可以在项目进行之前，通过 3D 建模，将项目的平面布局、功能划分、外立面等全部呈现于用户面前，既可以直观的看到设计师的想法，又可以帮助客户对项目的整体规划有一个更加清晰的认识，同时也可以提前找出项目中的一些潜在问题和不合理之处，以便于及时的进行调整和优化。BIM 的另外一个重要作用就是让建筑师、结构工程师和机电工程师等多个专业的设计师能够通过BIM 的共享平台及时交流和修改自己的方案，避免了传统设计方法中因信息不对称、不准确等原因造成的设计冲突。

基于 BIM 的建筑信息系统，能够实现多学科、多层次的协同工作，不仅能够确保建筑的美观、结构的安全、电气、机械等方面的合理布置，而且能够实现建筑的最大限度的利用和最优的功能布置。将 BIM 应用于组装房屋的建造中，有助于组装房屋各部分的标准化设计，设计者能够对组装房屋的各部分进行高精度的3D 建模，并按照组装房屋的标准对各部分进行模块化的设计，极大地减少了组装房屋的复杂性，加快了组装房屋的进度，确保了组装房屋的施工质量。

（二）建筑立面优化阶段

在高层装配式住宅的立面设计中，采用 BIM 技术可以使整个立面设计流程得到最大程度的优化。装配式结构中大量采用了预制的外壁件，因此，外观造型的变化会对外壁件的进一步设计和制造产生很大的影响。利用BIM 进行施工建模，要求设计师在施工之前进行细致的外观修改，以确保部件的设计精度和施工的顺利进行。通过对建筑物外形的前期建模，设计师可有效预知和纠正制造过程中的一些难点，例如门窗的美观与使用、排水与线路布置的协调性、墙洞与梁的设计方案的可行性，此外，利用 BIM技术对幕墙嵌入物的安装品质进行检测，从而避免了后续建造过程中的一些复杂的问题与错误。BIM 技术的应用，不但提高了工程项目的施工效率，而且提高了工程项目的总体协调度。装配式建筑的立面优化设计，是一个由多个不同学科组成的团队共同完成的工作，是各个学科共同努力的成果。BIM 技术的应用，可以使各领域的专家在短时间内就设计思路进行沟通，快速地找出设计思路与施工思路之间的冲突，并且快速地对冲突进行处理，从而加快整个工程的进度，确保计划的连贯性与执行的准确性，最大限度地减少变更，避免因频繁变更图纸而导致的工作效率低下、人力物力的浪费。

（三）机电设计阶段

装配结构的机电一体化设计和优化，是实现装配结构系统高效工作的重要环节。基于 BIM 的机电一体化设计思想，将结构、机电、建筑等集成为一个三维实体，使各专业之间的协作和信息共享成为可能，使机电一体化设计能够在早期就能找出机电与结构、建筑等之间的冲突，从而防止由于“信息孤岛”而导致的重复劳动和项目延误。在 BIM 的辅助下，机电一体化设计的效率和准确性大大提高，空调、给排水、电气等各方面的布置，都能在设计师的掌控中实现最优的配置，确保在满足功能要求的同时，不影响整体的美观和结构的安全性。

三维可视化技术使得设计师能够清晰地观察到不同管线的空间定位及其相互关系，从而能够更好地配置管线，降低管线的重叠和碰撞，提高管线的空间利用效率。BIM 的另外一个优势就是能够模拟和分析工程中的机电系统的性能，让设计师能够在施工前进行负荷计算、能源效率分析以及系统优化，为施工中的机械选择、结构布置以及施工期间的能源消耗分析奠定基础，极大地降低施工期间的运营成本。

（四）构件装配阶段

装配式房屋的施工工艺的合理选用，直接关系到工程的工期和造价等问题。因此，在建设工程开始前，就应该对各组成部分的安全管理做好充分的准备工作，利用 BIM 的可视化虚拟组装技术，对工程的组装过程进行三维动态仿真，对施工现场可能发生的各种紧急情况进行多层次的仿真，从而对工程中存在的安全隐患进行事先的防范，并对整个建设工程的进程实施有力的监控。预制构件是一种重要的建筑材料，其相互间的连接的可靠性直接关系到整个建筑的质量和安全，通过 BIM 对预制构件进行可视化的虚拟组装，可以直观地显示出预制构件的组装工艺，从而帮助建筑工人更好地掌握预制构件的组装工艺，从而达到在建筑工地上对预制构件进行零误差的组装，从而保证建筑的精度和节约材料的目的。

结语：将 BIM 引入到装配结构的设计过程中，能够提高设计、施工、管理的效率和精度，是一种行之有效的方法。通过信息集成，协同设计，可视化优化设计，工程仿真，解决了传统设计方法中存在的问题，使设计和工程相融合，使设计和工程更加密切地联系在一起。该系统不仅可以对零件的设计和生产流程实现最优化，而且可以在施工期间对零件的变更进行有效地管理，从而确保项目的正常施工。随着建筑信息系统的不断完善，建筑信息系统与其他先进技术的融合将使建筑更加智能化、高效化和可持续发展。

参考文献

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