基于BIM 技術(shù)的裝配式建筑裝修一體化設(shè)計(jì)及措施探討

王 林 陳孟鴻 鐘 偉 譚 超 周 偉

裝配式建筑作為新型建筑之一，具有節(jié)能環(huán)保、建造速度快和生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢(shì)，得到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，我國(guó)逐漸加大了對(duì)裝配式建筑的推廣力度。與國(guó)外相比，我國(guó)裝配式建筑行業(yè)起步較晚。早期的裝配式建筑樣式呆板、內(nèi)容單一，后來在建筑工業(yè)技術(shù)的推動(dòng)下逐漸變得靈活多樣，實(shí)現(xiàn)了業(yè)主的個(gè)性化需求。建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）作為一種先進(jìn)的建造技術(shù)，是建筑工業(yè)進(jìn)步的產(chǎn)物。在裝配式建筑裝修設(shè)計(jì)中，科學(xué)、合理的運(yùn)用BIM技術(shù)，有利于提高裝配式裝修一體化設(shè)計(jì)的效率，為裝配式部品準(zhǔn)確安裝奠定良好基礎(chǔ)，推動(dòng)裝配式建筑向著精益化方向發(fā)展。

1 基于BIM 技術(shù)裝配式建筑裝修一體化的設(shè)計(jì)目標(biāo)及流程

1.1 一體化設(shè)計(jì)目標(biāo)

在裝配式建筑裝修設(shè)計(jì)過程中，方案設(shè)計(jì)對(duì)后期的物料運(yùn)輸、部品構(gòu)件生產(chǎn)以及成本造價(jià)控制具有直接影響。因此，在方案設(shè)計(jì)階段就需要引入BIM 技術(shù)，根據(jù)裝配式建筑的裝修特點(diǎn)構(gòu)建基礎(chǔ)信息模型，有利于實(shí)現(xiàn)BIM 信息的全周期應(yīng)用，促進(jìn)項(xiàng)目效益的最大化[1]。BIM 技術(shù)在裝配式建筑裝修一體化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，需要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

1）參數(shù)化設(shè)計(jì)。通過參數(shù)化平臺(tái)快速生成設(shè)計(jì)方案，并通過方案比選確定最佳方案，圍繞現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)快速搭建BIM 模型。

2）可視化設(shè)計(jì)。立體、直觀的展現(xiàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容，對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升設(shè)計(jì)品質(zhì)。

3）性能化分析。分別從光學(xué)、熱工和聲學(xué)角度優(yōu)化室內(nèi)空間格局、室內(nèi)照明和部門材料。

1.2 一體化設(shè)計(jì)流程

在裝配式建筑裝修設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用BIM 技術(shù)，將Revit 作為核心設(shè)計(jì)工具，而BIM 模型主要作為承載每一個(gè)部品構(gòu)件詳細(xì)信息參數(shù)的載體，貫穿于裝配式建筑裝修整個(gè)設(shè)計(jì)周期?；贐IM 的裝配式裝修設(shè)計(jì)工作流程如下：根據(jù)裝配式建筑裝修概念方案，結(jié)合二維圖紙和實(shí)體模型等資料設(shè)計(jì)初步方案；利用BIM 數(shù)據(jù)資源庫(kù)及參數(shù)技術(shù)，快速搭建BIM 模型，并通過BIM 軟件和其他軟件檢測(cè)BIM 模型，便于修改方案[2]。

2 基于BIM 技術(shù)裝配式建筑裝修一體化的前期方案設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)字化數(shù)據(jù)采集與分析

現(xiàn)場(chǎng)精確的數(shù)據(jù)采集是實(shí)現(xiàn)裝配式建筑裝修設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)建筑裝修數(shù)據(jù)的采集主要依賴測(cè)距儀、經(jīng)緯儀以及卷尺等工具，此類信息采集方式精確度不足，且采集效率較低，難以滿足裝配式建筑裝修設(shè)計(jì)需求。三維激光掃描技術(shù)作為點(diǎn)云立體掃描技術(shù)，具有全自動(dòng)、高精度的特點(diǎn)。

在裝配式建筑裝修設(shè)計(jì)中，運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，首先在被測(cè)房間確定三維激光掃描儀放置的位置和數(shù)量，確保能夠?qū)崿F(xiàn)360°全方位的數(shù)據(jù)采集，具體包括房間開間、凈高、進(jìn)深、墻面平直度及地面平整度等。其次，將采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，通過配套軟件的各類功能（降噪、拼接、渲染等）將數(shù)據(jù)處理成完整、清晰的三維點(diǎn)云，再將點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM 模型，形成點(diǎn)云模型。最后，設(shè)計(jì)人員根據(jù)原有圖紙創(chuàng)建內(nèi)裝原始結(jié)構(gòu)的BIM 模型，與三維點(diǎn)云模型疊加并進(jìn)行精度對(duì)比，然后科學(xué)、合理的調(diào)整模型[3]。

2.2 裝配式建筑裝修初步方案設(shè)計(jì)

裝配式建筑裝修初步方案設(shè)計(jì)要根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)條件，從方案需求和功能出發(fā)，利用BIM 建模軟件，發(fā)揮其可視化程度高和協(xié)同性強(qiáng)的特點(diǎn)，創(chuàng)建裝配式建筑裝修初步方案模型，以此充分展現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，實(shí)現(xiàn)多樣化功能。具體操作如下：在基本套型或者基本單元設(shè)計(jì)完成后，運(yùn)用GH Python能夠快速組合平面，并篩選出最佳的組合模型；在獲得戶型總面積及其他功能區(qū)面積（客廳、餐廳、臥室等）后，能夠快速獲得標(biāo)準(zhǔn)戶型輪廓；根據(jù)房間面積及長(zhǎng)寬比，能夠快速獲得功能分區(qū)。

2.3 裝配式建筑裝修可視化設(shè)計(jì)

在裝配式建筑裝修設(shè)計(jì)過程中，BIM 主流軟件中的Revit 作為核心工具，可以清晰劃分模型層級(jí)，創(chuàng)建二維與三維聯(lián)動(dòng)模型。同時(shí)，還具備豐富的列表工具，可以幫助設(shè)計(jì)師更好的調(diào)整、優(yōu)化和展示裝配式建筑的裝修模型[4]。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，一方面，設(shè)計(jì)師可以通過相機(jī)位置設(shè)定，以不同視角推敲方案的各裝飾節(jié)點(diǎn)，細(xì)化方案內(nèi)容，提升方案品質(zhì)；另一方面，設(shè)計(jì)師可以通過渲染軟件或插件進(jìn)行圖形渲染，使其更加接近真實(shí)圖像，便于調(diào)整和優(yōu)化細(xì)部造型、飾面材料及色彩。

3 基于BIM 技術(shù)裝配式建筑裝修一體化的設(shè)計(jì)措施

3.1 參數(shù)化平臺(tái)搭建

在裝配式建筑裝修設(shè)計(jì)中，參數(shù)化平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)具體功能的基礎(chǔ)平臺(tái)。2019 年，Rhino.Inside.Revit（RIR）插件發(fā)布，使得原搭載于Rhino 中的參數(shù)化平臺(tái)Grasshopper 可以直接參與到Revit 模型創(chuàng)建中，增加了模型轉(zhuǎn)化效率和準(zhǔn)確性?？梢詫rasshopper—Rhino.Inside.Revit—Revit 作 為 基 礎(chǔ) 工作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑裝修一體化設(shè)計(jì)。在裝配式建筑裝修BIM 模型創(chuàng)建的過程中，可以運(yùn)用Grasshopper 平臺(tái)，利用RIR 插件將運(yùn)算成果實(shí)時(shí)傳輸至Revit 軟件界面，并同步至Rhino界面，用戶可以利用Revit 軟件開發(fā)的運(yùn)算器組調(diào)整參數(shù)，進(jìn)而獲得合理的模型形態(tài)[5]。

運(yùn)用Grasshopper 創(chuàng)建BIM 模型流程如下：第1，利用RIR 插件中不同層級(jí)的模型提取運(yùn)算，按照類別、族、類型及實(shí)例自上而下的結(jié)構(gòu)提取元素和數(shù)據(jù)，同時(shí)按照需求合理篩選提取的數(shù)據(jù)。第2，根據(jù)裝配式建筑裝修相關(guān)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合工程實(shí)際情況，明確各部品部件與原始結(jié)構(gòu)間的關(guān)聯(lián)屬性，通過運(yùn)算器及Python 代碼創(chuàng)建裝配式部品部件的布置規(guī)則，并根據(jù)布置規(guī)則生成模型定位線（點(diǎn)）的初步布置結(jié)果。第3，在裝配式部品部件模型初步定位線（點(diǎn)）初步布置規(guī)則上，利用可視化軟件調(diào)整輸入?yún)?shù)，使得復(fù)雜條件下的定位線更加準(zhǔn)確、合理。第4，利用RIR 中的運(yùn)算器根據(jù)定位線（點(diǎn)）讀取并載入裝配式部品部件模型，創(chuàng)建裝配式建筑裝修Revit 模型。

3.2 墻面系統(tǒng)設(shè)計(jì)

裝配式墻面系統(tǒng)是指由工廠生產(chǎn)裝飾面材、基材、功能模板以及構(gòu)配件，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)組合安裝而成的集成化墻面產(chǎn)品。在裝配式內(nèi)裝墻面工程中，裝配式墻板掛裝經(jīng)常使用橫向輕鋼龍骨和連接件組合。裝配式墻面系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括既有裝配式墻面系統(tǒng)和裝配式隔墻設(shè)計(jì)，其中，既有裝配式墻面系統(tǒng)使用膨脹螺栓直接將輕鋼龍骨固定在原有建筑墻體上，裝配式隔墻設(shè)計(jì)直接固定橫向和豎向輕鋼龍骨，以此形成裝配式隔墻的承重系統(tǒng)。

裝配式墻面系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程如下：第1，設(shè)計(jì)師通過RIR 中的運(yùn)算器獲得墻體、柱子和門窗等信息并進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其形成幾何圖形，為裝配式墻體結(jié)構(gòu)創(chuàng)建提供各元素的物理坐標(biāo)。第2，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，利用Anemone 循環(huán)插件設(shè)置輕鋼龍骨排布間距，通常情況下≤600 mm，以此獲得橫向輕鋼龍骨的定位線。合理調(diào)整優(yōu)化輕鋼龍骨初始定位線，在窗洞口上下兩側(cè)、門洞上側(cè)增加橫向輕鋼龍骨，要求超出洞口兩邊各100 mm，同時(shí)生成縱向型材定位線。第3，要充分考慮裝配式內(nèi)裝墻面板的出材率，將墻板排布標(biāo)準(zhǔn)寬度設(shè)置為900 mm。非標(biāo)準(zhǔn)板布置于洞口兩側(cè)和入門的進(jìn)深處，寬度≥200 mm。定位線基本確定后，要優(yōu)化開關(guān)、插座、電器加固板以及出水口等處的細(xì)節(jié)。例如，開關(guān)、插座的優(yōu)化，要在其上下新增龍骨進(jìn)行加固，橫向輕鋼龍骨需避開開關(guān)與插座位置的調(diào)整定位線。另外，定位線優(yōu)化完成后，要根據(jù)定位線數(shù)據(jù)生成裝配式墻面飾板，并確定墻板定位坐標(biāo)。第4，運(yùn)用RIR 中的運(yùn)算器載入橫向輕鋼龍骨、墻板和縱向收口型材等裝配式墻體構(gòu)件族，生成墻面系統(tǒng)Revit 模型，并輸出各模型族傳輸數(shù)據(jù)，如表1 所示。

表1 裝配式墻面系統(tǒng)輸出參數(shù)

3.3 吊頂系統(tǒng)設(shè)計(jì)

裝配式吊頂系統(tǒng)主要由吊筋、龍骨與裝飾面板3 部分組成，通過卡口連接主龍骨與副龍骨、龍骨與裝飾面板。裝配式吊頂設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常采用模塊化設(shè)計(jì)方案，因此吊頂中可以集成安裝照明模板、取暖模板以及換氣模塊。建筑居室空間、衛(wèi)生間、廚房和陽(yáng)臺(tái)等通常采用裝配式吊頂，主要類型包括輕鋼龍骨鋁扣板吊頂、集成吊頂以及輕鋼龍骨礦面板吊頂。

裝配式吊頂系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程如下：首先，設(shè)計(jì)師提取原始房間的輪廓線，吊頂標(biāo)高可以作為裝配式吊頂系統(tǒng)生成的初始基線。其次，獲取吊頂飾面板尺寸，以此為依據(jù)設(shè)置龍骨間距，生成主次龍骨定位線。通過Anemone循環(huán)插件判斷邊緣飾面板尺寸是否適宜，合理調(diào)整龍骨定位線。然后，根據(jù)吊頂結(jié)構(gòu)定位線生成飾面板，包括標(biāo)準(zhǔn)飾面板和非標(biāo)準(zhǔn)飾面板，并準(zhǔn)確輸出其定位坐標(biāo)。同時(shí)，選擇合適的位置，合理置入新風(fēng)模塊、照明模塊和取暖模塊等。最后，運(yùn)用RIR 中的運(yùn)算器載入主龍骨、次龍骨、規(guī)則及不規(guī)則吊頂飾面、吊筋、邊緣收口型材以及吊頂功能模塊等裝配式吊頂構(gòu)件族，生成吊頂系統(tǒng)Revit 模型，并輸出各模型族傳輸數(shù)據(jù)，如表2 所示。

表2 裝配式吊頂系統(tǒng)輸出參數(shù)

3.4 地面系統(tǒng)設(shè)計(jì)

裝配式架空地面系統(tǒng)主要由地面支撐器、結(jié)構(gòu)層與面層3 部分組成。安裝裝配式架空地面系統(tǒng)時(shí)，利用支撐器調(diào)節(jié)架空地面的高度，達(dá)到統(tǒng)一高度后，在其上部安裝刨花板、硅酸鈣板等結(jié)構(gòu)受力板，然后鋪設(shè)飾面材料。對(duì)于采暖、排水及電氣等管線設(shè)備，可以設(shè)置在架空空腔內(nèi)。按照支撐方式分類，裝配式裝修地面系統(tǒng)可以分為龍骨架空式地面、模塊架空式地面和支撐架空式地面。按照飾面材料分類，裝配式裝修地面系統(tǒng)可以分為瓷磚架空地面、地毯架空地面和木地板架空地面。按照是否集成采暖模板分類，裝配式裝修地面系統(tǒng)可以分為采暖架空地面和非采暖架空地面。

裝配式架空地面系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程如下：第1，設(shè)計(jì)師首先提取原始房間的輪廓線，作為裝配式地面系統(tǒng)生成的初始基線。第2，根據(jù)房間輪廓線確定房間的最長(zhǎng)邊，將其作為初始線，按照400 mm間距生成支撐器定位點(diǎn)，并優(yōu)化房間邊界線上的支撐器定位點(diǎn)，判斷定位點(diǎn)陣中最外側(cè)的點(diǎn)與房間輪廓線的最短距離。若超過200 mm，則需要新增一排定位點(diǎn)，將其設(shè)置在該行（列）支撐器定位點(diǎn)的外側(cè)。第3，在調(diào)平層鋪設(shè)歐松板，平面尺寸為1200 mm×2400 mm、厚度為18 mm，上方設(shè)置平衡板，若有地暖模塊，應(yīng)將其設(shè)置在歐松板與平衡板之間。飾面層尺寸通常為600 mm×600 mm、300 mm×300 mm，鋪設(shè)過程與調(diào)平層類似。此外，還要充分考慮基層板、飾面板材等的加工效率和利用效率，保證調(diào)平層與飾面層擺布方案最為經(jīng)濟(jì)，進(jìn)而生成調(diào)平層與飾面層材料鋪設(shè)定位點(diǎn)。第4，運(yùn)用RIR 中的運(yùn)算器載入地面系統(tǒng)構(gòu)件族，生成地面系統(tǒng)Revit 模型，并輸出各模型族傳輸數(shù)據(jù)，如表3 所示。

表3 裝配式地面系統(tǒng)輸出參數(shù)

4 結(jié)語(yǔ)

BIM 技術(shù)在裝配式建筑裝修一體化設(shè)計(jì)中具有至關(guān)重要的作用。在裝配式建筑裝修一體化設(shè)計(jì)過程中，要充分發(fā)揮BIM 技術(shù)模塊化及可視化功能，明確裝配式裝修建筑一體化設(shè)計(jì)目標(biāo)和流程，做好裝配式建筑裝修一體化前期方案設(shè)計(jì)，采取有效的設(shè)計(jì)措施，不斷提高裝配式建筑裝修設(shè)計(jì)水平，推動(dòng)我國(guó)裝配式建筑裝修行業(yè)不斷發(fā)展。