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BIM在預(yù)制裝配式建筑3D協(xié)同設(shè)計中的應(yīng)用

基于BIM的3D協(xié)同設(shè)計，利用3D可視化技術(shù)建立BIM模型，建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備在同一模型上共享數(shù)字化模型信息進(jìn)行協(xié)同設(shè)計。

1.建筑產(chǎn)業(yè)化

建筑產(chǎn)業(yè)化是以工廠生產(chǎn)的方式來建造房屋建筑，把房屋作為工廠產(chǎn)品，依據(jù)統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)形式和標(biāo)準(zhǔn)，使用先進(jìn)的工藝，按專業(yè)分工，集中在工廠進(jìn)行房屋構(gòu)配件的大批量生產(chǎn)，然后在施工工地進(jìn)行機械化組裝。

其主要特點是：生產(chǎn)的連續(xù)性、生產(chǎn)部品的標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)過程各階段的集成化、工程的高度組織化、盡可能用機械代替人的手工勞動，生產(chǎn)與組織一體化。

建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展將取代傳統(tǒng)建造模式向高效率、低能耗、節(jié)能、環(huán)保、現(xiàn)場干作業(yè)、平行設(shè)計、平行施工的產(chǎn)業(yè)化模式轉(zhuǎn)變。

預(yù)制裝配式建筑是指用在工廠生產(chǎn)加工的預(yù)制構(gòu)件通過運輸工具運送到工地現(xiàn)場，在施工現(xiàn)場經(jīng)裝配、連接、部分現(xiàn)澆而成的建筑。它作為建筑產(chǎn)業(yè)化的一種新型結(jié)構(gòu)形式，推進(jìn)著現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展。

建筑產(chǎn)業(yè)化就是“像搭積木一樣”造房子，它在工程項目建設(shè)中以新型的“設(shè)計-制造-安裝”模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“設(shè)計-現(xiàn)場澆注”。目前，影響建筑產(chǎn)業(yè)化實施存在的問題是不能夠充分協(xié)調(diào)設(shè)計、制造和安裝過程之間的關(guān)系，從而影響工程工期、成本和質(zhì)量。因此，建筑產(chǎn)業(yè)化的主要任務(wù)是協(xié)調(diào)好建筑工程項目中預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計、制造、安裝過程之間的關(guān)系。

以下介紹基于BIM技術(shù)的3D協(xié)同設(shè)計在預(yù)制裝配式建筑產(chǎn)業(yè)化中的應(yīng)用。

2.BIM技術(shù)及3D協(xié)同設(shè)計

BIM（BuildingInformationModeling）即建筑信息模型的簡稱，是以建筑工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，建立三維數(shù)字化模型，且為這個模型提供完整的、與實際情況一致的建筑工程信息庫，簡單地說，BIM就是數(shù)字化的虛擬建筑，可以用來展示整個建筑生命周期。BIM是一種革命性的技術(shù)，它能夠在建筑全生命周期中利用協(xié)調(diào)一致的信息，對建筑物進(jìn)行分析、模擬、可視化、統(tǒng)計、計算等工作。BIM的實現(xiàn)從根本上解決規(guī)劃、設(shè)計、施工、運營、維護、拆除各階段信息斷層，實現(xiàn)工程信息在整個建筑生命周期內(nèi)的有效利用與管理，消除信息傳遞孤島，幫助用戶提高效率、降低成本。

基于BIM的3D協(xié)同設(shè)計是利用3D可視化技術(shù)建立BIM模型，建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備在同一模型上共享數(shù)字化模型信息進(jìn)行協(xié)同設(shè)計，虛擬三維施工模型，完成碰撞檢測，修改碰撞，得到最佳施工方案進(jìn)行施工協(xié)調(diào)，最終完成項目。

主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

設(shè)計從2D設(shè)計轉(zhuǎn)向3D設(shè)計；

從各工種單獨完成項目轉(zhuǎn)向各工種協(xié)同完成項目；

從離散的分布設(shè)計轉(zhuǎn)向基于同一模型的全過程整體設(shè)計；

從線條繪圖轉(zhuǎn)向構(gòu)件布置。

協(xié)同設(shè)計是BIM的核心，3D建模及模擬是BIM的基礎(chǔ)。

3.基于BIM技術(shù)的3D協(xié)同設(shè)計在建筑產(chǎn)業(yè)化中的應(yīng)用

要想做好建筑產(chǎn)業(yè)化，就是要實現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的“設(shè)計-現(xiàn)場施工”模式向裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的“設(shè)計-制造-安裝”模式轉(zhuǎn)變。那么，協(xié)調(diào)設(shè)計方設(shè)計、工廠制造和現(xiàn)場安裝之間的關(guān)系是建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的首要任務(wù)。首先要擺脫裝配式混凝土結(jié)構(gòu)“設(shè)計-制造-安裝”中的兩種傳統(tǒng)模式，一是以設(shè)計院的構(gòu)件設(shè)計為主導(dǎo)的模式，二是以工廠生產(chǎn)制造為主導(dǎo)的模式。

第一種模式的各種構(gòu)件的設(shè)計滿足設(shè)計師的構(gòu)思和多樣化的需求，但沒有充分考慮工廠生產(chǎn)制造和現(xiàn)場安裝的需求，導(dǎo)致構(gòu)件無法制造、無法安裝，需要修改設(shè)計單位設(shè)計，而生產(chǎn)制造廠現(xiàn)場待工等料，結(jié)果造成誤時誤事的巨大浪費。

第二種模式對工期、成本、質(zhì)量的控制能力比第一種好，但是制造商僅考慮構(gòu)件生產(chǎn)的高效性導(dǎo)致生產(chǎn)出的構(gòu)件單一呆板，不能滿足市場對構(gòu)件多樣化的需求，也不能令業(yè)主滿意。

基于BIM的3D協(xié)同設(shè)計是以信息主導(dǎo)方法將有效地解決建筑產(chǎn)業(yè)化面臨的技術(shù)和管理問題。借助BIM技術(shù)，構(gòu)件在工廠實際開始制造以前，統(tǒng)籌考慮設(shè)計、制造和安裝過程的各種要求，設(shè)計方利用BIM建模軟件（如Revit）將參數(shù)化設(shè)計的構(gòu)件進(jìn)行建立3D可視化模型，在同一數(shù)字化模型信息平臺（圖1）上使建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備協(xié)同工作，并對此設(shè)計進(jìn)行構(gòu)件制造模擬和施工安裝模擬，有效進(jìn)行碰撞檢測，再次對參數(shù)化構(gòu)件協(xié)調(diào)設(shè)計以滿足工廠生產(chǎn)制造和現(xiàn)場施工的需求，使施工方案得到優(yōu)化與調(diào)整并確定最佳施工方案。最后施工方根據(jù)最優(yōu)設(shè)計方案施工，完成工程項目要求（圖2）。

基于BIM的3D信息模型一旦出現(xiàn)設(shè)計方案與工廠制造、現(xiàn)場施工沖突建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備碰撞沖突，即可在同一參數(shù)化信息模型上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，參數(shù)化協(xié)同設(shè)計可做到一處參數(shù)修改，處處模型同步更新。如此便將構(gòu)件在工廠制造現(xiàn)場安裝前出現(xiàn)的所有問題都在電腦里進(jìn)行修改，達(dá)到構(gòu)件設(shè)計、工廠生產(chǎn)制造和現(xiàn)場安裝的高效協(xié)調(diào)，保障項目按計劃的工期、造價、質(zhì)量順利完成（圖3）。

4.結(jié)論

基于BIM的3D協(xié)同設(shè)計利用BIM技術(shù)的參數(shù)化、協(xié)調(diào)性、可視化、模擬性等特點，給建筑產(chǎn)業(yè)化帶來了前所未有的機會。BIM技術(shù)的應(yīng)用為建筑產(chǎn)業(yè)化不但解決了信息創(chuàng)建、管理、傳遞的問題，而且BIM模型、三維圖紙、裝配模擬、采購制造運輸存放安裝的全程跟蹤等手段為工業(yè)化建造方法的普及也奠定了堅實的基礎(chǔ)。

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