基于BIM技術(shù)的裝配式構(gòu)件設(shè)計(jì)流程優(yōu)化探究

陳宏力

摘? 要：裝配式建筑相較于傳統(tǒng)的建筑方式擁有高效率、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代建筑行業(yè)廣泛運(yùn)用。但作為裝配式建筑的核心的裝配式構(gòu)件在生產(chǎn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中一直存在成本高、標(biāo)準(zhǔn)化程度低、構(gòu)件設(shè)計(jì)生產(chǎn)安裝施工協(xié)調(diào)機(jī)制不完善等問題。鑒于此，本文基于BIM技術(shù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、VR/AR等先進(jìn)信息技術(shù)對(duì)裝配式構(gòu)件生產(chǎn)設(shè)計(jì)流程優(yōu)化進(jìn)行探究，滿足裝配式構(gòu)件精細(xì)化要求，推動(dòng)裝配式建筑產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展。

關(guān)鍵詞：BIM;裝配式構(gòu)件;VR/AR;設(shè)計(jì)流程;優(yōu)化

建筑信息模型（Building Information Modeling），是以數(shù)字化建筑模型為主體，從建筑的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維一直到建筑的壽命周期終結(jié)幫助各建設(shè)方實(shí)現(xiàn)建筑數(shù)據(jù)集成，對(duì)工程施工項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等全過程進(jìn)行管理、優(yōu)化的過程的技術(shù)[1]。BIM具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性等技術(shù)特點(diǎn)，能夠有效利用于裝配式構(gòu)件設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程各方面，分析和模擬裝配式構(gòu)件在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、經(jīng)濟(jì)與安全層面的問題，為裝配式建筑的整體優(yōu)化提供動(dòng)力。

1 裝配式構(gòu)件設(shè)計(jì)生產(chǎn)中存在的問題

1.1? 設(shè)計(jì)問題

裝配式構(gòu)件的設(shè)計(jì)需要由具備專業(yè)設(shè)計(jì)水準(zhǔn)的專業(yè)設(shè)計(jì)人員，依據(jù)生產(chǎn)管理的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。這就需要在構(gòu)件整體設(shè)計(jì)流程中做好監(jiān)管工作。但在實(shí)際過程中，通常會(huì)發(fā)生監(jiān)管不到位的情況，影響構(gòu)件整體的設(shè)計(jì)水平。如構(gòu)件電氣與給排水工程的預(yù)留空間設(shè)計(jì)，需要更具管道及線路的走向布置、管徑、根數(shù)等物理信息來預(yù)留合適的開口及通路。但在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，由于設(shè)計(jì)人員之間的能力、分工及交流問題，影響了開口和通路的標(biāo)定位置及不同構(gòu)件之間開口接合性差，導(dǎo)致電氣及給排水工程工期延長(zhǎng)，影響整體的建設(shè)工期，造成經(jīng)濟(jì)損失。

1.2? 成本問題

現(xiàn)階段裝配式構(gòu)件設(shè)計(jì)的總體思路為“等同現(xiàn)澆”，與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆方式不同，裝配式構(gòu)件需要在構(gòu)件廠進(jìn)行生產(chǎn)，涉及到模具設(shè)計(jì)、鋼筋下料、混凝土澆筑、預(yù)留預(yù)埋、養(yǎng)護(hù)、脫模起吊和場(chǎng)地堆放等一系列的工序[2]，各道工序之間的聯(lián)系緊密相關(guān)。從模具設(shè)計(jì)方面來說，通常需要設(shè)計(jì)多樣化及合理化的構(gòu)件模具。但在實(shí)際過程中，由于定制構(gòu)件的尺寸和外形差異，模具的剛度和強(qiáng)度難以得到保證，導(dǎo)致模具的使用和制造成本的上升，模具的使用價(jià)值降低。此外，由于構(gòu)件廠商生產(chǎn)批次的差異，上一批用于生產(chǎn)的模具往往不能用于下一批構(gòu)件的生產(chǎn)，模具不能合理的循環(huán)利用，導(dǎo)致了構(gòu)建的模具生產(chǎn)成本一直居高不下。

1.3? 生產(chǎn)計(jì)劃問題

定制裝配式構(gòu)件往往都是非標(biāo)準(zhǔn)型構(gòu)件，同一生產(chǎn)批次的構(gòu)件在種類及尺寸方面存在差異。因此構(gòu)件的生產(chǎn)時(shí)間一般都不固定，難以確定一個(gè)統(tǒng)一的生產(chǎn)節(jié)奏;由于構(gòu)建種類差異，所需要的模具也有差異，不利于開展大規(guī)模的流水作業(yè)形式及對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量的控制;此外，由于構(gòu)件廠地理位置的限制，生產(chǎn)構(gòu)建所需的原材料成本也有差異，若構(gòu)件原材料不易購買或運(yùn)輸，則會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)進(jìn)度延緩，從而影響整個(gè)的施工進(jìn)度和質(zhì)量。

2 基于BIM的裝配式構(gòu)件設(shè)計(jì)流程優(yōu)化

2.1? 對(duì)裝配式構(gòu)件信息處理優(yōu)化

基于Revit平臺(tái)創(chuàng)建裝配式構(gòu)件構(gòu)件庫。構(gòu)建構(gòu)件準(zhǔn)確尺寸的三位模型是構(gòu)件庫的關(guān)鍵，特別是復(fù)雜構(gòu)件的細(xì)部尺寸及精細(xì)模型，要重點(diǎn)建立。在構(gòu)建好構(gòu)件族文件后，在Revit中的項(xiàng)目屬性中完善構(gòu)件的信息。完成構(gòu)件模型的構(gòu)建后，要對(duì)其進(jìn)行分類，裝配式結(jié)構(gòu)在分類上和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)類似，總體上可分為裝配式框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)[3]，根據(jù)構(gòu)件位置、作用、尺寸及鋼筋布置的不同將構(gòu)件模型分配給不同的構(gòu)件庫。

為了保證在后續(xù)的調(diào)用及布置過程中方便使用，鑒于工程量清單中的項(xiàng)目編碼，對(duì)應(yīng)于構(gòu)件來說也可以采用統(tǒng)一編碼來加以區(qū)分。與項(xiàng)目編碼類似，構(gòu)建編碼必須保持唯一、合理、簡(jiǎn)明的原則。

利用RevitAPI功能采集與編輯構(gòu)件模型中的信息，通過利用SQL語言將這些信息儲(chǔ)存到專屬的MySQL數(shù)據(jù)庫中。

2.2? 對(duì)裝配式構(gòu)件設(shè)計(jì)處理優(yōu)化

BIM三維模型具有可視化的特點(diǎn)?；谶@一特點(diǎn)，利用相關(guān)軟件對(duì)構(gòu)件模型的鋼筋布置，細(xì)部構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。利用BIM的碰撞檢查功能，能夠以較便捷的方式查找出組裝構(gòu)件之間發(fā)生沖突的節(jié)點(diǎn)、接口錯(cuò)位及碰撞位置，如構(gòu)件模型中連接鋼筋的咬合程度、預(yù)留洞口的位置偏離程度、構(gòu)件拼接偏移程度及尺寸錯(cuò)誤等問題并進(jìn)行修復(fù)優(yōu)化處理。

通過BIM相關(guān)軟件，還可以對(duì)構(gòu)件吊裝、施工荷載、結(jié)構(gòu)的整體性強(qiáng)度進(jìn)行演算優(yōu)化，保證構(gòu)件的強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。利用Revit算量插件可對(duì)構(gòu)件進(jìn)行鋼筋、混凝土及其他材料的算量及造價(jià)整合，能有效優(yōu)化構(gòu)件的成本，提高生產(chǎn)力。

在專屬M(fèi)ySQL數(shù)據(jù)庫中的schemata表中有所有提前錄入的構(gòu)件的信息，可以使用MySQL的show命令查看，通過不同權(quán)限的賬戶去查看表并獲得相關(guān)權(quán)限下的數(shù)據(jù)（即不同類型的構(gòu)件的信息），使不同的管理人員負(fù)責(zé)不同類型的構(gòu)件模型的設(shè)計(jì)與進(jìn)一步生產(chǎn)，提高構(gòu)件模型設(shè)計(jì)生產(chǎn)的效率。

2.3? 裝配式構(gòu)件的虛擬仿真安裝

BIM具有虛擬仿真漫游功能?；谶@一功能，結(jié)合VR/AR技術(shù)與設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件模型的動(dòng)態(tài)漫游，使對(duì)構(gòu)件模型有更加真實(shí)的體驗(yàn)，技術(shù)人員對(duì)構(gòu)件進(jìn)行虛擬仿真安裝實(shí)驗(yàn)，直觀檢查構(gòu)件的尺寸、細(xì)部構(gòu)件并快速找出其中存在的錯(cuò)誤，同時(shí)能測(cè)試裝配式建筑整體強(qiáng)度，減少構(gòu)件二次生產(chǎn)的次數(shù)，降低制造成本。

虛幻引擎4，是由Epic Game 公司研發(fā)的一款游戲引擎軟件。從 2015 年 3 月開始對(duì)使用者免費(fèi)開放使用。其具備強(qiáng)大的互動(dòng)性、自然逼真的畫面效果等優(yōu)勢(shì)，與建筑三維展示要求相符合[4]。利用虛幻引擎的像素流送功能，通過云端服務(wù)器搭建構(gòu)件渲染數(shù)據(jù)庫。不同技術(shù)人員可以通過設(shè)備終端如PC、平板電腦或手機(jī)在線查看構(gòu)件信息及渲染數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的動(dòng)態(tài)交互式體驗(yàn)。

3 結(jié)語

綜上所述，BIM技術(shù)及VR/AR等先進(jìn)信息技術(shù)為裝配式構(gòu)件設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程提供了所需要的一系列的技術(shù)支持，從而保證了構(gòu)件在設(shè)計(jì)生產(chǎn)中的完整性、準(zhǔn)確性及合理性，為裝配式建筑行業(yè)的發(fā)展提供了動(dòng)力。所以，在將來對(duì)構(gòu)件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中，需要相關(guān)的設(shè)計(jì)人員和生產(chǎn)人員對(duì)BIM技術(shù)保持重視并加以高效的利用，在裝配式構(gòu)件設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程優(yōu)化方面進(jìn)行進(jìn)一步的深入探究與摸索，全面的提高在裝配式建筑領(lǐng)域的應(yīng)用水平。

參考文獻(xiàn)

[1]李昊，胡慧，宋婷婷.BIM技術(shù)在裝配式建筑施工管理中的探索[J].城市建筑，2020（23）：93-95.

[2]王威.基于BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式構(gòu)件協(xié)同管理方法研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2018.

[3]胡希冀.基于BIM的裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件庫創(chuàng)建研究[J].四川水泥，2018（4）：312-312.

[4]馮騁凌.基于UE4虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)應(yīng)用的室內(nèi)感知覺研究[D].山西大學(xué)，2020.

作者簡(jiǎn)介：

陳宏力（2000—）男，漢族，安徽宣城人，單位：安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院，本科，工程造價(jià)專業(yè)。

本文系安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助（項(xiàng)目編號(hào)：S202110378563）項(xiàng)目研究成果所有權(quán)歸屬安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)。