BIM在混凝土预制构件设计中的应用研究

　1 混凝土预制构件行业的背景

　　混凝土预制构件的优点是众所周知的，它不仅是建筑施工工业化的标志，同时也为降低成本、节能减排做出不少贡献。近年来，混凝土预制构件在轨道交通广为应用，在房屋建筑中的需求量也逐渐增加。2010年，为推动住宅产业化与节能减排，北京市政府将开展了多个混凝土预制品的住宅试点项目，其工程量预计在2013年以后将达到当年住宅施工量的10%。

　　2 当前发展面临的困惑

　　虽然行业前景不错，但混凝土预制品行业仍存在不足，根据北京市混凝土预制构件行业发展规划，其发展面临三个问题：第一，总体产能过剩，开工不足。第二，非高端产品技术水平不高，产品质量差。第三，粉煤灰、砂、石等原料供应紧张。这相比于发达国家仍有很大差距。这种现象与该行业的生产模式及经济秩序是分不开的。虽然很多构件厂已具备相应的技术条件，但由于其与设计、施工单位联系不够紧密，没有良好的衔接管理模式，所以造成他们不能经济高效地参与到新型项目中，制约了其实现生产一体化。

　　通常来讲，现有混凝土预制构件设计体系有如下两种：

　　设计单位从构件厂已生产的预制构件中挑选出满足条件的来使用。

　　设计单位根据需求向构件厂定制混凝土构件。

　　但这两种方式中都存在很多不足，首先，构件厂与设计单位沟通困难，联系不够紧密。国内大部分设计师们设计时并没有充分考虑预制构件的因素，从而不能设计出好的预制装配式建筑作品。也就不能很好地利用已生产的构件类型，同时也从需求上限制了构件的生产。其次，广大构件厂并没有具备深化设计的能力，没有大量投入到科技研发中，新品开发速度缓慢，造成了他们不能满足设计单位的定制要求，也影响了经济效益。

　　同时，构件生产也是围绕项目展开的一系列高度连续协作的过程,是由多个部门共同协作完成的。在整个设计过程中,每个部门都可能根据需要和要求对其设计做出数次修改，而这些修改对其他部门的设计工作往往造成非常大的影响。这样在设计，生产和施工过程中，就会由于相互的不协调产生很多问题。

　　3 BIM的概念及对问题的解决

　　BIM是BuildingInformationModel（建筑信息模型）的简称。它不仅为我们提供了新的技术，更提出了全新的工作理念。BIM可以让设计师在设计3D图形时就将各种参数融合其中，比如物理性能，材料种类，经济参数等，同时在各个专业设计之间共享模型数据，避免了重复指定参数。此时的BIM模型就可以用来进行多方面的应用分析：可以用它进行结构分析，经济指标分析，工程量分析，碰撞分析等等。虽然目前在国内BIM的应用仍以设计为主，但实际上它的最大价值在于可以应用到构件的设计、生产、运营的整个周期，起到优化、协同、整合作用。

　　BIM的出现，让我们看到了新的转机。它的特点使其能很大程度提高混凝土预制构件的设计生产效率。设计师门只需做一次更改，之后的模型信息就会随之改变，省去了大量重设参数与重复计算的过程。同时它的协同作用可以快速有效地传递数据，且数据都是在同一模型中呈现的，这使各部门的沟通更直接。

　　我们可以提取出协同设计工作的简化模型：

　　混凝土预制构件厂可以直接从建筑设计模型中提取需要的部分并且进行深化，再通过协同交给结构设计师完成结构的设计与校核，合格后还可由构件厂直接生成造价分析。由于BIM系统中3D与2D的结合，计算完后的构件可以直接生成2D的施工图交付车间生产。如此一来，就将模型设计，强度计算，造价分析，车间生产等几个分离的步骤就结合到了一起，减小信息传输的次数，提高了效率。

　　同时，BIM也可以为预制构件的施工带来很大方便，它能够生成精准生动的3维图形和动画，让工人对施工顺序有直观的认识。

　　4 以BIM为主的协同设计的发展现状

　　目前协同设计在混凝土预制构件行业中尚处于起步阶段。基于BIM概念的软件并不少，应用最广泛的是Autodesk公司的Revit。 Graphisoft公司的ArchiCAD, Bentley 公司的 Bentley Architecture也都在努力打造中国市场。以Autodesk公司为例，近年来，Autodesk公司不断的宣传BIM的理念，为其Revit系列软件进入中国建筑市场奠定了一定基础。现在，Autodesk也培养了大量Revit人才并投入工作岗位，这使得BIM理念被部分设计院应用于实际项目中。但是由于诸多因素，Revit还只是用于绘制已建项目模型，培养人才，积累相关经验，并没有真正起到协同作用，尤其是在预制构件设计开发方面，应用甚少。

　　首先，周边软件不健全。虽然我国市场这方面的软件并不少，但现状是：国外先进的软件没能建立适合国情的标准，不能很好的与国内的建筑业和已经盛行的软件融合，比如：从3D模型生成2D图纸时很不完善，计算时好多时候仍是依据国外标准，对国内规范没有完全引用。同时，国内尚未开发出完善的基于BIM理念的软件，在混凝土预制构件的生产应用方面仍是空白，这就限制了构件厂独立开发预制构件的能力。

　　其次，设计人员接受三维的模型设计有一定难度，培训耗费大。

　　最后，人们意识上的差距。由于人们并未完全意识到新型预制构件的优势，对它的效益认识不足，同时其数据库不健全，其设计流程与传统的冲突，没有成熟的软件及网络系统来做技术支持，使人们不愿去冒风险进行尝试。

　　5 解决思路及前景

　　虽说BIM在建筑行业的普及还有一段时间，但这丝毫不妨碍其广阔的发展前景。基于其协同设计的特点，它必将取代CAD等二维绘图软件和Maya等传统三维绘图软件在建筑行业内的地位。目前，国内建筑软件行业龙头产业建研科技股份有限公司已与Autodesk公司联手推广BIM在国内的研究与应用。只要大的平台得到建立并得到推广，二次开发的软件自然会如雨后春笋般出现。国家也应该加大推广力度，鼓励关于混凝土预制构件软件的开发。更主要的是各构件厂都应做好前瞻性的准备，达成共识，真正实现通过依靠科技来达到效益的提高。