BIM 在裝配式內(nèi)裝工程管理中的有效應(yīng)用

鄧履冰

(貴陽(yáng)南明城市濱河投資發(fā)展有限責(zé)任公司)

裝配式建筑的墻板、疊合板、梁柱、門(mén)窗通常具有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)規(guī)格，借助BIM技術(shù)建立建筑模型、模擬吊裝流程，并且為后續(xù)的內(nèi)裝設(shè)計(jì)與施工創(chuàng)造便捷的條件。在內(nèi)裝工程管理中，BIM 技術(shù)具有多方面的應(yīng)用價(jià)值，如設(shè)計(jì)裝飾方案、優(yōu)化材料選型，故結(jié)合真實(shí)的工程項(xiàng)目探索其應(yīng)用方法。

1.裝配式建筑與BIM 技術(shù)的結(jié)合點(diǎn)

從宏觀層面來(lái)看，裝配式建筑與BIM 技術(shù)的深度融合，其結(jié)合點(diǎn)在于它們共同促進(jìn)了建筑行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。具體來(lái)看，裝配式建筑項(xiàng)目在設(shè)計(jì)和規(guī)劃階段，相關(guān)工作人員可以運(yùn)用BIM 技術(shù)，創(chuàng)建詳細(xì)的三維建筑信息模型，并通過(guò)BIM 軟件內(nèi)置的keyshot、c6d 等渲染軟件，在BIM平臺(tái)上繪制裝配式建筑實(shí)景圖，方便設(shè)計(jì)人員以及相關(guān)工作人員對(duì)裝配式建筑風(fēng)格、外觀、與周?chē)h(huán)境融合度，形成較為直觀的印象。此外，BIM 技術(shù)還為建筑行業(yè)從業(yè)人員提供了一個(gè)數(shù)字平臺(tái)，促進(jìn)設(shè)計(jì)師、工程師、建筑師以及裝配式建筑制造商之間的多方協(xié)同工作，這種多方協(xié)同的工作機(jī)制，與裝配式建筑施工流程十分契合，能夠顯著提高裝配式建筑施工效率（詳見(jiàn)表1）。

表1 BIM數(shù)字化平臺(tái)與裝配式建筑流程結(jié)合點(diǎn)

2.工程概況

某別墅群項(xiàng)目采用預(yù)制裝配式施工方案，其預(yù)制構(gòu)件包括墻板、屋面板、預(yù)制梁、預(yù)制柱、預(yù)制疊合板、門(mén)窗、樓梯、陽(yáng)臺(tái)等。預(yù)制構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)化的工廠內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)，相應(yīng)的生產(chǎn)系統(tǒng)涵蓋標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)模、布料機(jī)、翻轉(zhuǎn)臺(tái)、磨平機(jī)、混凝土給料機(jī)、立體蒸養(yǎng)房，能夠保證各類鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量。以別墅群中的單體別墅為例，共分為三層，第一層高度為3.4m，第二層高度為3.2m。別墅屋面設(shè)計(jì)為坡頂，檐口的設(shè)計(jì)標(biāo)高為9.6m。

3.BIM 技術(shù)在內(nèi)裝工程管理中的應(yīng)用方法

3.1 基于BIM 技術(shù)的室內(nèi)裝飾方案設(shè)計(jì)與建模

3.1.1 主體結(jié)構(gòu)建模

（1）基于Revit 軟件的建模流程

運(yùn)用Revit 軟件構(gòu)建建筑物的三維可視化模型，其建模流程為創(chuàng)建標(biāo)高→創(chuàng)建網(wǎng)軸→繪制圖元→信息標(biāo)注→渲染。在以上流程中，繪制圖元屬于核心步驟，要求建模人員在結(jié)構(gòu)平面中繪制墻體、梁柱、基礎(chǔ)、屋面，再繪制出門(mén)、窗、室內(nèi)家具[1]。

（2）標(biāo)高和軸網(wǎng)創(chuàng)建

標(biāo)高設(shè)置在立面視圖中，點(diǎn)擊軟件中的“常用”按鈕，再點(diǎn)擊“標(biāo)高”按鈕，即可進(jìn)行標(biāo)高設(shè)置，應(yīng)按照該別墅的設(shè)計(jì)圖紙確定標(biāo)高。軸網(wǎng)設(shè)置在軟件中的“建筑”選項(xiàng)卡下，軸網(wǎng)由若干條橫縱交錯(cuò)的線段組成，先確定單條線段的起點(diǎn)，再拖曳鼠標(biāo)，將線段連接至終點(diǎn)，即可形成一條軸網(wǎng)線段。

（3）繪制墻、梁構(gòu)件

該項(xiàng)目為預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)，外墻板、內(nèi)墻板、結(jié)構(gòu)梁均采用預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件，建模時(shí)可創(chuàng)建墻板和結(jié)構(gòu)梁的標(biāo)準(zhǔn)化組件。在漢化的Revit 軟件中，點(diǎn)擊“結(jié)構(gòu)”選項(xiàng)卡，在其中選擇“梁”選項(xiàng)，進(jìn)而設(shè)置梁的屬性，使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊起點(diǎn)，拖曳至終點(diǎn)，完成梁體繪制。

墻體繪制方法與梁結(jié)構(gòu)類似，先后點(diǎn)擊“建筑”→“構(gòu)建”→“墻”三個(gè)選項(xiàng)卡，可在視圖中拾取兩個(gè)點(diǎn)完成墻體繪制，墻體參數(shù)的編輯在圖元屬性對(duì)話框中。

（4）繪制門(mén)、窗構(gòu)件

在完成墻體建模之后，在軟件的“構(gòu)建”選項(xiàng)卡下點(diǎn)擊“門(mén)”或者“窗”。在墻體上確定門(mén)窗構(gòu)件的大致位置，再對(duì)其尺寸大小、標(biāo)高、水平位置進(jìn)行精確設(shè)計(jì)。

（5）繪制屋頂

先后點(diǎn)擊“建筑”“屋頂”“跡線屋頂”三個(gè)選項(xiàng)卡，創(chuàng)建相關(guān)的繪圖界面，在該界面中確定樓層邊界，再繪制出樓板的輪廓，與墻體形成封閉結(jié)構(gòu)[2]。

（6）添加家具族

家具是室內(nèi)裝修的重要組成部分，在Revit 軟件中，通過(guò)“載入族”的方式引入家具構(gòu)件，其中包括沙發(fā)、床、燈具等各種室內(nèi)組件。

3.1.2 室內(nèi)裝飾方案設(shè)計(jì)

（1）基于BIM 的室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)方法

在建立主體結(jié)構(gòu)模型之后，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行多樣化的室內(nèi)裝飾方案設(shè)計(jì)，同時(shí)結(jié)合VR 技術(shù)，展示裝飾設(shè)計(jì)的效果，設(shè)計(jì)方法的實(shí)現(xiàn)流程如圖1 所示。

圖1 BIM技術(shù)結(jié)合VR技術(shù)展示裝飾設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)流程

（2）基于BIM 技術(shù)的多樣化裝飾風(fēng)格設(shè)計(jì)要點(diǎn)

利用Revit 軟件進(jìn)行室內(nèi)裝飾方案設(shè)計(jì)時(shí)，可分為三個(gè)基本步驟。

第一步為創(chuàng)建透視圖：在軟件中打開(kāi)某個(gè)視圖界面，使其鋪滿電腦顯示屏；在“視圖”選項(xiàng)卡下點(diǎn)擊“創(chuàng)建”按鈕，再依次選擇“三維視圖”和“相機(jī)”選項(xiàng)卡，放置并調(diào)整相機(jī)的視點(diǎn)和視口。

第二步為材質(zhì)替換：室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)需要借助不同材料形成裝飾風(fēng)格，包括瓷磚、涂料、玻璃磚、石塊以及其他裝飾材質(zhì)，Revit 軟件中設(shè)計(jì)有專門(mén)的材質(zhì)庫(kù)，稱為Architecture，其中可選擇材質(zhì)，同時(shí)設(shè)置材質(zhì)的顏色[3]。

第三步為渲染：點(diǎn)擊“視圖”、“渲染”選項(xiàng)卡，即可根據(jù)設(shè)計(jì)方案形成可視化的裝飾效果。

（3）室內(nèi)裝飾初步設(shè)計(jì)方案

該項(xiàng)目在初步的裝飾設(shè)計(jì)階段，創(chuàng)建了4 種裝飾風(fēng)格，分別為新古典、新中式、北歐風(fēng)、極簡(jiǎn)風(fēng)，各種設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)見(jiàn)表2。

表2 四種室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)初步方案

3.1.3 裝飾方案對(duì)比及選型

初步設(shè)計(jì)階段提出了4 種設(shè)計(jì)方案，為了確定最佳方案，研究過(guò)程從美觀性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性、安全性四個(gè)角度出發(fā)，對(duì)4 種方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（1）指標(biāo)體系構(gòu)建

針對(duì)美觀性設(shè)計(jì)4 個(gè)指標(biāo)，分別為色彩協(xié)調(diào)性(C11)、室內(nèi)物品搭配與陳設(shè)(C12)、裝飾材料選擇(C13)、設(shè)計(jì)時(shí)建議(C14)。

針對(duì)舒適性設(shè)計(jì)3 個(gè)指標(biāo)，分別為人的最佳屆時(shí)狀態(tài)(C21)、物品的最佳屆時(shí)狀態(tài)(C22)、室內(nèi)空間布局(C23)。

針對(duì)經(jīng)濟(jì)性設(shè)置6 個(gè)指標(biāo)，分別為空間有效利用率(C31)、工藝和材料價(jià)格(C32)、裝修時(shí)間(C33)、裝修公司規(guī)模(C34)、施工管理水平(C35)、造型藝術(shù)復(fù)雜性(C36)。

針對(duì)安全性設(shè)置4 個(gè)指標(biāo)，分別為采光通風(fēng)效果(C41)、環(huán)保性能(C42)、防塵防火性能(C43)、施工工藝技術(shù)(C44)。

（2）專家打分

各個(gè)指標(biāo)對(duì)裝飾效果的影響存在差異，研究過(guò)程邀請(qǐng)8 為專家對(duì)指標(biāo)進(jìn)行打分。打分標(biāo)準(zhǔn)為1.0(較好)、0.8(好)、0.6(一般)、0.4(較差)、0.2(差)，打分結(jié)果見(jiàn)表3。指標(biāo)C32 和C33 可通過(guò)BIM 技術(shù)進(jìn)行估算，4 種方案的C32 預(yù)測(cè)結(jié)果分別為70488 元、69750 元、69012 元、71472 元，裝修時(shí)間（C33）分別為25 天、23 天、24 天、23 天。

表3 針對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的專家打分均值

（3）指標(biāo)歸一化處理

利用以上指標(biāo)的取值建立一個(gè)矩陣D，由于C32 和C33 的取值較大，與其他指標(biāo)存在明顯的差異。為了統(tǒng)一計(jì)算量綱，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，具體方法如式（1）。

式中：xi(k)為第k 類指標(biāo)中的第i 個(gè)取值，yi(k)為該指標(biāo)歸一化處理后的結(jié)果；ak為第k 類指標(biāo)中的最大值；bk為第k 類指標(biāo)中的最小值。經(jīng)過(guò)處理之后，所有指標(biāo)的取值均在[0.0,1.0]之間[5]。

（4）計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

利用灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)法計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重，以便對(duì)各種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行量化打分。該方法的實(shí)施關(guān)鍵是構(gòu)建灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣E，其數(shù)學(xué)表示方法見(jiàn)式（2）。

式中：ζ1(1)～ζm(n)稱為灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)。以ζ1(1)為例，其對(duì)應(yīng)的歸一化指標(biāo)數(shù)值為0.5、0.0、0.0、1.0、1.0，ζ1(1)的計(jì)算方法見(jiàn)式（3）。

式中：參數(shù)λ 為分辨系數(shù)，取值為0.5；x0(k)為第k類指標(biāo)的第1 個(gè)取值；xi(k)為第k 類指標(biāo)的第i 個(gè)取值，為第k 類指標(biāo)兩兩相減后取絕對(duì)值的最小值[5]；為第k 類指標(biāo)兩兩相減后取絕對(duì)值的最大值，k=1,2,3,...,17。按照以上原理，可得到ζ1(1)=（0+0.5）/（|1-0.5|+0.5）=0.5。再計(jì)算出其他模糊關(guān)聯(lián)系數(shù)，可得到模糊關(guān)聯(lián)矩陣。求出模糊關(guān)聯(lián)矩陣E 的特征向量，記為W={w1,w2,...,wn}，則該向量中的元素即為對(duì)應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重。該項(xiàng)目17 個(gè)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算結(jié)果為0.066、0.060、0.045、0.066、0.117、0.111、0.069、0.038、0.046、0.037、0.029、0.025、0.037、0.086、0.088、0.036、0.043。

（5）確定最佳設(shè)計(jì)方案

根據(jù)R=W×ET求出4 個(gè)方案的灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度，其中T 表示轉(zhuǎn)置操作。結(jié)果為R=（0.571,0.645,0.638,0.728），4個(gè)數(shù)值分別對(duì)應(yīng)方案1～方案4 的評(píng)價(jià)結(jié)果，數(shù)值越大，代表設(shè)計(jì)效果越理想。可見(jiàn)，方案4 對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果為0.728，為4 個(gè)數(shù)值中的最大值，為最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

4.研究結(jié)果結(jié)論

根據(jù)上文的研究?jī)?nèi)容，可總結(jié)出BIM 技術(shù)在內(nèi)裝工程設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用場(chǎng)景，并得出以下基本結(jié)論。

（1）在制定內(nèi)裝工程的設(shè)計(jì)方案之前，應(yīng)該先利用BIM 技術(shù)構(gòu)建裝配式建筑的主體結(jié)構(gòu)模型，包括基礎(chǔ)、外墻、內(nèi)墻、結(jié)構(gòu)梁、屋面、門(mén)窗以及其他主要構(gòu)件。

（2）在完成主體建模之后，利用軟件設(shè)計(jì)室內(nèi)裝修方案，確定內(nèi)裝風(fēng)格、材料選型、顏色搭配。

（3）當(dāng)產(chǎn)生多個(gè)方案時(shí)，可利用灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)方案設(shè)計(jì)效果進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，進(jìn)而確定最優(yōu)設(shè)計(jì)。相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括舒適性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性以及安全性，每個(gè)指標(biāo)還可進(jìn)行細(xì)分。

5.結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目為裝配式建筑，作為別墅工程，其對(duì)內(nèi)裝設(shè)計(jì)效果提出了較高的要求?？山柚鶥IM 技術(shù)建立建筑物的主體結(jié)構(gòu)模型，并在其基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)內(nèi)部裝飾風(fēng)格，模擬材料選型、色彩搭配、風(fēng)格定位。研究過(guò)程初步設(shè)計(jì)了4 種裝修風(fēng)格，包括新中式、新古典、北歐風(fēng)以及極簡(jiǎn)風(fēng)，借助灰色關(guān)聯(lián)分析法確定了最佳的設(shè)計(jì)方案?？傮w而言，BIM技術(shù)在內(nèi)裝工程管理設(shè)計(jì)階段的主要價(jià)值體現(xiàn)于制定多樣性的方案，在確定最優(yōu)方案時(shí)，可引入量化評(píng)價(jià)方法，如灰色關(guān)聯(lián)分析法。