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BIM在裝配式建筑深化設(shè)計(jì)中應(yīng)用

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BIM在裝配式建筑深化設(shè)計(jì)中應(yīng)用

摘要:裝配式建筑深化設(shè)計(jì)因其具有精細(xì)化、協(xié)同化等要求,能較好的融合于bim技術(shù)。以蕪湖市晶宮江南府項(xiàng)目為例,闡述BIM技術(shù)在裝配式建筑中的深化設(shè)計(jì)流程,引出BIM技術(shù)在深化設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢,并針對目前存在的問題提出解決措施,有利于推動(dòng)BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用推廣。

關(guān)鍵詞:BIM技術(shù);深化設(shè)計(jì);裝配式建筑

1概述

裝配式建筑作為一種新型建筑,因其工廠生產(chǎn)、現(xiàn)場安裝的建造方式,可有效解決環(huán)境污染及勞動(dòng)力短缺等問題,大幅度提高建筑質(zhì)量,已成為未來建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢,近十年來,國務(wù)院及全國多個(gè)省市已發(fā)布相關(guān)政策,倡導(dǎo)、鼓勵(lì)、要求發(fā)展裝配式建筑[1]。建筑信息化技術(shù)(BIM技術(shù)),具有可視化、集成化、參數(shù)化等優(yōu)勢,已逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)CAD技術(shù),因其可以應(yīng)用在裝配式項(xiàng)目的不同階段,除了BIM軟件構(gòu)建信息管理的應(yīng)用,也可以擴(kuò)大其他領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù),包括其中虛擬現(xiàn)實(shí)施工技術(shù)、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),三維激光掃描、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)設(shè)備、云計(jì)算。應(yīng)用BIM集成技術(shù)將建設(shè)終端網(wǎng)站,將是一個(gè)重要的工程實(shí)踐和創(chuàng)新。目前多個(gè)城市已將BIM技術(shù)的使用作為投標(biāo)及裝配率計(jì)算的加分項(xiàng)。裝配式建筑相比傳統(tǒng)建筑多了深化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),在設(shè)計(jì)與構(gòu)件生產(chǎn)間起到了承上啟下的作用,傳統(tǒng)施工圖只包含設(shè)計(jì)階段的信息,無相關(guān)構(gòu)件的拆分及具體尺寸,構(gòu)件廠無法用其直接指導(dǎo)生產(chǎn),需對施工圖進(jìn)一步深化設(shè)計(jì),達(dá)到指導(dǎo)生產(chǎn)與現(xiàn)場施工的要求。因預(yù)制構(gòu)件對圖紙的精確性及各專業(yè)的協(xié)同性要求較高,目前已逐步引人BIM技術(shù)作為深化設(shè)計(jì)的主要工具,且取得了良好的使用效果[2<。預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)是工業(yè)化住宅實(shí)施關(guān)鍵環(huán)節(jié),也是工業(yè)化住宅優(yōu)于傳統(tǒng)住宅最集中的體現(xiàn),集合了不同專業(yè)需求。目前工業(yè)化建筑合同模式下的構(gòu)件深化設(shè)計(jì)主要由構(gòu)件廠作為牽頭人,由構(gòu)件廠完成,即設(shè)計(jì)單位完成項(xiàng)目施工圖后,由構(gòu)件廠將需求整合后,結(jié)合構(gòu)件自身生產(chǎn)工藝需求后,完成深化設(shè)計(jì)任務(wù)。

2蕪湖市晶宮江南府項(xiàng)目

2.1項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目占地面積為61201m2,總建筑面積為158715.47m2,地上建筑面積122359.27m2,地下建筑面積36356.2m2,容積率為1.998,共計(jì)16棟高層住宅,3棟配套公共建筑,裝配率達(dá)55%以上(見圖1)。地塊需配建建筑面積不小于1500m2社區(qū)服務(wù)中心、建筑面積不小于2000m2菜市場及其他相關(guān)配套;戶型面積為70m2,90m2,110m2三種戶型。裝配式建筑構(gòu)件類型主要包括預(yù)制保溫外墻板、預(yù)制保溫外剪力墻板、預(yù)制混凝土隔墻、預(yù)制混凝土內(nèi)剪力墻板、預(yù)制混凝土PCF板、鋼管桁架預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板、預(yù)制疊合陽臺(tái)、預(yù)制空調(diào)板、預(yù)制樓梯、預(yù)制梁等。

2.2項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)流程

2.2.1模型深度確定。模型深度是BIM技術(shù)應(yīng)用的基本,在項(xiàng)目的不同階段,對模型深度有不同的要求,在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段,模型深度較低。在深化設(shè)計(jì)階段,需綜合考慮建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、暖通、給排水等多個(gè)專業(yè)的協(xié)同,反映實(shí)際生產(chǎn)、施工信息,并根據(jù)對應(yīng)的模型制作施工指導(dǎo)動(dòng)畫。根據(jù)GB/T51301—2018建筑信息模型設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)可知,其模型單元分級及精度等級劃分如表1,表2所示。2.2.2模型拆分基于項(xiàng)目實(shí)際情況和計(jì)算機(jī)硬件性能,按照不同專業(yè)對項(xiàng)目模型進(jìn)行拆分和整合,使信息更加方便高效的傳遞,有助于后期項(xiàng)目的各方協(xié)同。以本文項(xiàng)目為例,將項(xiàng)目按照樓棟-樓層-專業(yè)進(jìn)行拆分,由于項(xiàng)目為住宅,可簡單分為地下部分、地上現(xiàn)澆層數(shù)、預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)層、頂層,其拆分整體布局為總體模型—某號樓模型—地下室、標(biāo)準(zhǔn)層、現(xiàn)澆層、頂層,其中標(biāo)準(zhǔn)層包含各類預(yù)制構(gòu)件、施工臨時(shí)構(gòu)造、暖通、機(jī)電、給排水等各類模型。具體模型完成情況如下:1)地下室模型:本項(xiàng)目地下室為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu),建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)單獨(dú)完成后通過鏈接進(jìn)行各專業(yè)模型拼裝,最后完成模型的查缺補(bǔ)漏。2)地上現(xiàn)澆層模型:本項(xiàng)目1層 ̄3層為現(xiàn)澆層,主要分為結(jié)構(gòu)部分與建筑部分,實(shí)際建模方法與地下室模型類似。3)標(biāo)準(zhǔn)層模型:根據(jù)裝配率計(jì)算要求,立足安徽省裝配率計(jì)算要求、工廠生產(chǎn)能力,選擇合適的拆分方案。2.2.3深化設(shè)計(jì)以鋼管桁架疊合板為例。在BIM軟件中(一般采用revit軟件)對整棟建筑進(jìn)行模型繪制,首先依靠拆分方案,將板按照“少規(guī)格、多組合”的形式進(jìn)行拆分,完成后根據(jù)疊合板尺寸大小進(jìn)行編號,并根據(jù)板的尺寸進(jìn)行單向板或雙向板的確定,再根據(jù)建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位及構(gòu)件生產(chǎn)單位要求,選定疊合板拼縫形式,本文項(xiàng)目疊合板為密拼縫。針對疊合板設(shè)計(jì)要點(diǎn),采用revit中族功能新建一個(gè)參數(shù)化的預(yù)制疊合板族,主要包括板的長、寬、高、主筋位置及尺寸、分布筋位置及尺寸、鋼管桁架位置及尺寸,基于此族的基礎(chǔ)上,通過改變某些參數(shù)可以得到型號各異的預(yù)制鋼管桁架疊合板。結(jié)構(gòu)專業(yè)完成設(shè)計(jì)后由建筑、機(jī)電、給排水專業(yè)進(jìn)行機(jī)電管線的布置,并留有孔洞,針對較大孔洞需進(jìn)行洞口加強(qiáng),若存在同尺寸板管線位置及洞口大小不一時(shí),可對疊合板編號進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)充,完成疊合板的三維模型后,統(tǒng)一鏈接到模型中進(jìn)行錯(cuò)誤檢查,如碰撞、尺寸偏差等,校準(zhǔn)無誤后利用BIM軟件自動(dòng)生成圖紙、料表、鋼筋加工表等重要資料。2.2.4BIM深化設(shè)計(jì)出圖。裝配式建筑的圖紙包括拆分圖及單個(gè)構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)圖,同型號構(gòu)件可共用一張圖,因其設(shè)計(jì)范圍小,復(fù)雜程度相比傳統(tǒng)施工圖有所降低,實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化較為快捷,以鋼管桁架疊合樓板為例,需要包含建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、給排水等專業(yè)的施工信息,保證圖紙深度達(dá)到生產(chǎn)及施工要求,其至少需要2張圖:1)模板圖:主要反映預(yù)制構(gòu)件的尺寸、構(gòu)配件、預(yù)留孔洞、定位、吊點(diǎn)等信息,包括正視圖、俯視圖和右視圖,針對復(fù)雜構(gòu)件,可根據(jù)實(shí)際情況添加對應(yīng)的剖面圖。2)配筋圖:主要包括預(yù)制構(gòu)件的鋼筋信息,包含鋼筋位置、尺寸、型號以及BOOM表。

3裝配式建筑BIM技術(shù)深化設(shè)計(jì)應(yīng)用的優(yōu)勢

3.1協(xié)同工作

項(xiàng)目的深化設(shè)計(jì)需建筑、結(jié)構(gòu)、水電、設(shè)備等多個(gè)專業(yè)完成,同一專業(yè)也需多名設(shè)計(jì)師參與,相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)易存在的錯(cuò)、漏、碰、缺等問題,BIM技術(shù)利用工作集和鏈接模型很好的解決此問題,即多名設(shè)計(jì)人員可在一個(gè)模型文件上進(jìn)行繪圖,能隨時(shí)觀察到其他專業(yè)的進(jìn)度及構(gòu)件位置、尺寸等信息,合理繪制本專業(yè)圖紙。最終可通過鏈接模型的方式,將多專業(yè)模型進(jìn)行鏈接歸并,達(dá)到統(tǒng)一的效果,便于檢查錯(cuò)誤及專業(yè)間的干擾。

3.2視圖關(guān)聯(lián)與料表自動(dòng)生產(chǎn)

在BIM軟件中,通過對模型的建立,可做到對不同視圖(平、立、剖、三維等)的觀察和修改,修改后,其相應(yīng)視圖會(huì)同時(shí)修改,與之對應(yīng)的料表也會(huì)變更,極大程度的節(jié)約從業(yè)人員工作量,提升圖紙正確率。3.3參數(shù)化設(shè)計(jì)裝配式建筑因?yàn)樘匦?,將建筑分為多種不同尺寸的構(gòu)件,同類構(gòu)件主要區(qū)別在于尺寸的差異,BIM軟件因其自帶參數(shù)化設(shè)計(jì)功能,利用BIM軟件的參數(shù)化功能繪制預(yù)制混凝土構(gòu)件,同類型構(gòu)件只需一個(gè)模板,根據(jù)實(shí)際尺寸填人對應(yīng)參數(shù),極大的提升繪圖效率,因軟件已存人相關(guān)規(guī)范,若設(shè)計(jì)人員出現(xiàn)尺寸偏差或結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤時(shí),可及時(shí)報(bào)錯(cuò)。

3.4三維圖形與二維圖紙自動(dòng)生產(chǎn)

BIM軟件基于三維成像基礎(chǔ)進(jìn)行圖紙的繪制,可完成模型信息協(xié)同編輯、實(shí)際物體布爾運(yùn)算、參數(shù)化表達(dá)技術(shù)、數(shù)據(jù)保存、大型場景信息組織、外觀渲染等,模型完成后,可根據(jù)設(shè)計(jì)師要求進(jìn)行平面、立面、剖面圖提取,并給予部分插件進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)注,生成施工圖。

3.5IFC數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)格式

IFC數(shù)據(jù)格式是一個(gè)公開的標(biāo)準(zhǔn),是一種基于數(shù)據(jù)信息模型的對象文件標(biāo)準(zhǔn)格式,是目前BIM核心軟件中普遍存在的格式。IFC標(biāo)準(zhǔn)的提出為整個(gè)建筑行業(yè)提供了一個(gè)可以描述整個(gè)項(xiàng)目周期數(shù)據(jù)的、不依賴于單一數(shù)據(jù)系統(tǒng)的中間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)用在全生命周期的階段之間的信息數(shù)據(jù)傳遞與共享。BIM軟件生成的模型可導(dǎo)出IFC格式文件,便于其他軟件進(jìn)行文件共用,實(shí)現(xiàn)模型信息的多項(xiàng)應(yīng)用[4]。

4裝配式建筑BIM技術(shù)深化設(shè)計(jì)的應(yīng)用難點(diǎn)分析及解決措施

4.1存在的問題

1)逆向設(shè)計(jì):目前結(jié)構(gòu)及建筑設(shè)計(jì)最終出圖多為CAD圖紙,深化設(shè)計(jì)人員在拿到圖紙后,若運(yùn)用BIM軟件進(jìn)行翻模出圖,不可避免的要重新建模,增大工作量,且翻模的過程中可能存在些許錯(cuò)誤,影響后期出圖精度。2)溝通難:BIM深化設(shè)計(jì)與上游規(guī)劃設(shè)計(jì)單位及下游生產(chǎn)施工單位溝通多,信息量大,參與人員多,溝通復(fù)雜。深化設(shè)計(jì)人員需根據(jù)業(yè)主、設(shè)計(jì)方、構(gòu)件廠、施工單位、預(yù)埋件供貨商等單位進(jìn)行信息交流,將各方要求融人圖紙中,如果缺失統(tǒng)一的流程及信息優(yōu)先級的約定,導(dǎo)致各方信息及要求存在一定的沖突,為深化設(shè)計(jì)工作帶來一定的難度,造成圖紙的復(fù)雜及大量的變更[5]。3)構(gòu)件種類多:同類型構(gòu)件雖然做到標(biāo)準(zhǔn)化,但存在細(xì)微差別,如預(yù)埋件位置、線盒位置、線管走向、正反手等,導(dǎo)致有差別需單獨(dú)出圖,增加圖紙量和深化人員工作量,且上游設(shè)計(jì)單位按傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),未考慮深化設(shè)計(jì)及工廠生產(chǎn),為后期深化帶來了一定難度,增加了構(gòu)件數(shù)量和種類,使得企業(yè)生產(chǎn)施工成本增加。4)模型數(shù)據(jù)傳遞不暢:傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞形式為線性傳遞方式,順序?yàn)椋阂?guī)劃單位—設(shè)計(jì)單位—深化單位—構(gòu)件廠—施工現(xiàn)場,信息傳遞流程慢,準(zhǔn)確度差,若部分問題需多個(gè)單位協(xié)同處理,則會(huì)出現(xiàn)互相“踢皮球”現(xiàn)象,嚴(yán)重阻礙項(xiàng)目的推進(jìn),影響工期。5)數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一管理與運(yùn)用:目前深化設(shè)計(jì)圖紙及模型多為一個(gè)項(xiàng)目使用,完工后模型及數(shù)據(jù)封存,缺乏對數(shù)據(jù)的整體利用,針對不同項(xiàng)目同類問題重復(fù)出現(xiàn),多依靠技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn),缺乏可靠的理論依據(jù),不能形成固定的體系供新人學(xué)習(xí)。相關(guān)技術(shù)總結(jié)、進(jìn)度計(jì)劃安排、質(zhì)量、安全、成本、現(xiàn)場管理等數(shù)據(jù)并未融人模型,并加以利用。

4.2解決措施

1)正向設(shè)計(jì):從源頭解決問題,項(xiàng)目規(guī)劃階段,采用BIM技術(shù),后續(xù)設(shè)計(jì)、深化、生產(chǎn)、施工、進(jìn)度、質(zhì)量、成本等各方面信息都在此BIM模型上進(jìn)行細(xì)部添加或相關(guān)信息輸人,為項(xiàng)目收尾做好信息收集,為下個(gè)項(xiàng)目提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn),其流程見圖2。litll生產(chǎn)單位設(shè)計(jì)單位施工單位設(shè)計(jì)單位運(yùn)維單位設(shè)計(jì)單位BIM模型生產(chǎn)階段B1M模型施工階段BIM模型建筑供應(yīng)商的產(chǎn)品信息:建筑供應(yīng)商的產(chǎn)品信息:'建筑構(gòu)件用材;建筑構(gòu)件用材:機(jī)電i查備;BIM模型機(jī)電設(shè)備;…瀹衛(wèi)條具-廚衛(wèi)紊具…圖2項(xiàng)目BIM信息流程2)整體溝通:利用BIM技術(shù)作為信息平臺(tái),各參與單位立足于項(xiàng)目整體質(zhì)量、進(jìn)度、安全、成本的角度,在項(xiàng)目實(shí)施前、實(shí)施中、實(shí)施后提出相關(guān)建議并輸入信息平臺(tái),各參與單位均可在信息平臺(tái)收到信息,并針對問題對模型進(jìn)行優(yōu)化,尋求最優(yōu)的解決辦法,避免單線交流引起的問題解決周期長、難解決等問題。3)優(yōu)化深化設(shè)計(jì):項(xiàng)目設(shè)計(jì)之處,深化單位上傳相關(guān)構(gòu)件族庫、構(gòu)件模數(shù),工廠上傳其生產(chǎn)能力至BIM信息平臺(tái)中,設(shè)計(jì)單位根據(jù)此類相關(guān)信息進(jìn)行設(shè)計(jì),做到標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化,深化單位在此基礎(chǔ)上做到構(gòu)件的少種類、多組合,為生產(chǎn)單位節(jié)約模具成本。4)信息利用:項(xiàng)目實(shí)施前,根據(jù)已有圖紙及模型,對項(xiàng)目成本做到細(xì)致的預(yù)算,實(shí)施過程中,利用BIM模型及平臺(tái),對資金的投人、質(zhì)量的把控、管理的措施、安全的針對防護(hù)做到全面細(xì)致的掌握,并根據(jù)掌握的信息,實(shí)時(shí)更新相關(guān)計(jì)劃,使項(xiàng)目始終處于動(dòng)態(tài)管理中[6]。

5結(jié)語

BIM技術(shù)作為一項(xiàng)新型建筑設(shè)計(jì)類工具,因其具有可視性、協(xié)調(diào)性、模擬性、高效性等相關(guān)優(yōu)點(diǎn),可與裝配式深化設(shè)計(jì)有較深的契合點(diǎn),目前已逐步推廣,但也存在BIM軟件的文件格式不一致、BIM平臺(tái)投人高、項(xiàng)目信息化程度低等不足之處。立足目前裝配式深化設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀,應(yīng)做到以下幾點(diǎn):1)制定深化設(shè)計(jì)的BIM標(biāo)準(zhǔn),包括模型的建立、拆分、精度等,促進(jìn)協(xié)同設(shè)計(jì),減少后期圖紙的變更。2)在實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用中,應(yīng)不局限于出圖、管線碰撞檢測、預(yù)拼裝、做視頻等功能,應(yīng)對項(xiàng)目產(chǎn)生的信息加以利用,如項(xiàng)目質(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本等方面的統(tǒng)計(jì)。3)針對BIM技術(shù),從使用工具的角度轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒕C合處理平臺(tái),BIM技術(shù)單純作為深化設(shè)計(jì)的工具,其優(yōu)勢僅限于提高出圖效率,應(yīng)向上游設(shè)計(jì)端推廣,下游生產(chǎn)施工端深人,以BIM技術(shù)作為基礎(chǔ),打造信息化平臺(tái),掌握施工全流程信息。

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作者:劉立超 單位:安徽晶宮綠建集團(tuán)有限公司