朱慧嫻,徐 照
裝配式建筑自上而下設計信息協同與模型構建
朱慧嫻,徐 照
(東南大學土木工程學院,江蘇 南京 210000)
為順應國家建筑產業化、智能化發展的政策引導,針對當前裝配式建筑專業信息缺乏關聯、模型利用不充分、數據傳遞效率低下等問題,提出基于建筑信息模型(BIM)技術的自上而下設計方法。以裝配式建筑的設計階段為切入點,詳細闡述了基于BIM技術的裝配式建筑自上而下設計流程。結合裝配式建筑的標準化構件設計和組裝特點,提出一種基于自上而下設計的裝配模型,并從層級和專業2個角度描述了模型的架構。針對各專業模型傳遞時的數據信息標準化、一致性問題,通過工業基礎類(IFC)標準對裝配模型進行實體和屬性集的擴展,提出基于IFC標準的各專業、各階段的自上而下設計信息協同。經實例驗證了IFC擴展裝配模型的自上而下設計可行性,為裝配式建筑的協同設計提供了有益的方法借鑒。
建筑信息模型;自上而下設計;裝配模型;工業基礎類擴展;協同設計
一直以來,建筑產品的設計均遵循著嚴謹的設計流程。現階段,無論從行業政策還是技術需求方面,打破繁瑣低效建筑設計模式,推行更符合建造邏輯的設計模式已成為必然趨勢。裝配式建筑作為實現建筑工業化的必經之路,其標準化、數字化的內在要求與建筑信息模型(building information modeling,BIM)的信息化、可視化特點不謀而合[1],而BIM的建立就是基于工業基礎類(industry foundation classes,IFC)標準對數據信息的標準化表達。將基于BIM技術的自上而下設計應用于裝配式建筑,具有積極的現實意義。
目前BIM技術在裝配式建筑設計中已經有了較多的應用,主要集中于在傳統設計流程基礎上提出的軟件優化、多主體協同、信息編碼、數據庫建立等。針對BIM自上而下設計,黃高松和焦柯[2]從推廣實施層面提出了設計企業ISO質量管理體系,楊新等[3]建立了以關系型數據庫和模型圖紙文件管理器為核心的協同設計平臺,曾旭東等[4]結合不同工程實例總結出BIM技術在設計各階段的工作要點;從模型的IFC擴展角度,孟曉曄等[5]基于結構分析模型的交換需求擴展了IFC結構體元件,高秋亞和高新聞[6]對預制構件的生產信息組織與表達方式進行了研究,高洋[7]提出了基于IFC的進度實體與成本實體的擴展方法,王勇等[8]以建筑結構構件模型為核心擴展了施工圖設計模型和結構內力描述模型。從上述內容可以看出,雖然現階段對BIM自上而下設計和裝配式建筑進行了大力推廣研究,但自上而下設計的流程并沒有系統、清晰的闡述,缺乏針對裝配式建筑特點的設計及自上而下協同過程分析。
本文通過對建筑設計層面的高度總結,提出了更符合裝配式建筑特征的裝配模型并對其進行IFC擴展,通過IFC標準實現了基于自上而下設計的裝配模型信息協同,最后通過實例驗證了IFC擴展裝配模型的自上而下設計的可行性。
建筑設計一般分為方案設計、初步設計、施工圖設計3個階段。基于BIM技術的自上而下設計是指從方案設計開始就直接在三維模型中進行參數化設計、協同管理、模型優化,是建筑模型從粗略到細致的迭代變化的過程。
目前大多數設計還停留在翻模層面,屬于逆向設計方式[9]。在設計過程中,BIM模型被視為附加設計成果,是設計院為應對政府和甲方要求而采取的“被信息化”手段,未體現BIM的真正價值。
相比于傳統設計方式,自上而下設計是一種更高效的設計思維。將自上而下設計引入裝配式建筑的設計中,可極大提升其質量和效率。圖1展示了基于BIM的自上而下設計方法與裝配式建筑設計的整體配合過程:在方案設計階段,經過建筑規劃方案的對比決策,形成粗略的BIM方案模型,進行建筑的平面、立面、剖面設計;在初步設計階段,模型進一步細化形成BIM方案模型,此階段強調多專業的協同設計,整體分析、優化調整,最終確定預制構件位置、立面示意等;在施工圖設計階段,形成BIM交付模型,此階段模型主要是對構件的深化設計,并生成詳細尺寸控制圖和預制構件加工圖,完成裝配式建筑的自上而下設計。
為了簡潔、精煉地表達面向多專業的自上而下設計過程,本文針對裝配式建筑的標準化構件設計和組裝特點,提出一個支持自上而下設計、專業協同的裝配模型。
裝配是指將零件按規定的技術要求組裝,經過調整、檢測成為合格產品的過程,而建筑業在發展過程中也一直采用裝配的理念,將整棟建筑進行拆分,通過在工廠中預制每一塊構件,最終只需在現場進行安裝連接,實現建筑的裝配。將裝配式建筑視為一個可以拆分的模型,實現預制構件乃至預埋件的裝配關系的體系化,是創建裝配式BIM的目的。
(1) 裝配特征。裝配式建筑貫徹的是預制裝配的理念,一般存在由個零件組成的構件=(1,2,···,p),而當其滿足條件:①個零件之間的連接關系使得是一個穩定的、單獨成型、不可拆分的;②零件連接得到的不影響整體其他構件的裝配,將稱為一個子裝配體,即一個構件。
對于由多個子裝配體和零件構成的裝配體,裝配特征是裝配體中與裝配有關的屬性信息的集合,即不同的零件與某裝配方式有關的屬性,以及描述這些零件如何按照設計要求組裝成整體的屬性信息集合,根據構件數據項={P|=1,2,···,)和計算方法()表示為裝配特征=()。
對于裝配式建筑,裝配特征是零件、構件與裝配相關的一組數據信息,這些數據信息集中體現了子裝配體的裝配功能。
(2) 裝配關系。是對零構件之間的相對關系的描述,其反映零構件之間的相互約束。零構件之間的裝配關系包括零件之間、構件之間、零件和構件之間的裝配信息。在裝配式建筑中,裝配關系主要包括配合關系和聯接關系2種。
配合關系是2個零、構件的幾何特征之間的接觸約束關系,其描述2個相互配合的零、構件如何通過若干幾何表面的相互接觸來實現其之間的相互聯系[10],是產生建筑裝配順序的重要依據。幾何關系信息={裝配零/構件,幾何元素,配合關系類型},根據構件數據項={P|=1,2,···,)、零件數據項={p|=1,2,···,)、幾何元素數據項={m|=1,2,···,)、配合關系數據項={coo|=1,2,···,)和計算方法(),數據結構可表示為1?(,,,)。
聯接關系由若干零件通過其他聯接零件或自身的聯接特征聯接在一起,構成穩定的、整體的特殊裝配關系,如鋼筋和混凝土之間通過自身材料黏合形成整體的鋼筋混凝土構件。聯接關系信息={裝配零/構件,聯接關系類型,聯接關系詳細信息},根據構件數據項={P|=1,2,···,)、零件數據項={p|= 1,2,···,)、聯接關系數據項={con|=1,2,···,)、聯接關系詳細信息={s|=1,2,···,)和計算方法(),數據結構可表示為2?(,,,)。
(3) 裝配模型。將各個零件和構件在空間上進行有序放置[11],通過裝配關系組裝形成建筑模型。在裝配模型中,將零件作為裝配模型的最小單元,當某一零件的裝配特征或裝配關系發生更改,其對應的子裝配體隨之發生更改。因此,將裝配模型表達為零件、構件和裝配關系的函數集合,根據計算方法()表示為=(,1,2)。
在實際建筑設計過程中,從方案設計階段、初步設計階段到施工圖設計階段,每個設計階段通常是不連續的,而是迭代的、遞歸的和混合的[12],不同階段之間沒有明確的界限。基于此,建立基于自上而下設計的裝配模型,對裝配式建筑的自上而下設計過程進行輔助表達。
圖2為裝配模型的整體架構,在裝配式建筑的自上而下設計過程中,隨著設計深度的擴展,其被分解成幾個子裝配體或零件,對每個子裝配體執行自上而下設計。當某些子裝配體仍然有子裝配體時,進一步深化設計。最后,當每個子裝配體完成時,設計完成。

圖2 裝配模型整體架構
2.2.1 裝配模型的層級建立
裝配式建筑由多個預制構件組成,預制構件相當于裝配式建筑的子裝配體,而每一塊的預制構件又由多個零件組成。根據零件、預制構件和裝配式建筑之間的層級關系以樹狀結構來表達整體的裝配。
由于裝配式建筑自身的結構特點,每一種預制構件均可視為建筑的子裝配體,與門窗構件同為構件層的一層,在此基礎上由構件層再下分一層零件層。零件層包含零件和部件,部件是由最小單位的零件組成,是可獨立實現一定功能的單位,如預制疊合板中的桁架筋為構成疊合板的部件,但由下一層的上弦筋、下弦筋和腹筋通過一定的裝配關系連接而成。最終得到裝配式建筑的層級分布,如圖3所示。節點代表不同層級的子裝配體,主要包含的是實體屬性,即幾何物理屬性,幾何信息包括外觀尺寸、保護層厚度等,物理屬性包括材料、硬度等;節點之間的虛線則表示各構件或零部件之間存在一種或多種裝配關系。因此,裝配模型表達的是層次與關系混合模型,反映了整個三維模型的框架。
2.2.2 裝配模型的專業分布
為有效支持裝配模型的協同設計,裝配模型由建筑、結構、MEP(電氣、暖通、給排水)專業3個部分組成。建筑設計模型作為BIM數據的中心文件,為本地組件,結構和MEP專業模型為具有與本地組件接口的相關組件[13]。利用工作集的形式對中心文件進行劃分,便于幫助各專業設計人員了解相關設計信息,并協同確定有關參數。
圖4為裝配模型的專業分布結構,其A代表建筑設計模型,即BIM數據的中心文件,分為A1和A2兩部分,是裝配模型的本地組件。B和C分別代表結構和MEP設計模型,由于此部分模型需要在部分建筑設計的基礎上進行專業設計,因此將B和C表示為A1的相關組件,而A2則是與B、C無關聯的建筑專業內部組件。
此處裝配結構中的每個節點表示沒有幾何信息的零構件,其主要功能是記錄整個設計結果,支持保證多專業分布的裝配模型一致性所必需的設計變更信息交付。在整個設計階段的數據信息的傳輸和流動中,建筑模型居于中心的支配地位,由其產生的數據信息分別被結構和MEP專業設計所繼承和提取,而MEP設計又繼承和提取結構模型產生的數據信息。各專業信息反復提取與整合,最終達到設計要求。

圖4 裝配模型專業分布結構
在裝配模型中,不僅保留了構件的結構信息,還保留了構件、零件間的約束關系。基于IFC標準的裝配模型表達,將模型的裝配結構信息、裝配關系信息轉化為統一的數據表達模式,可實現裝配模型的專業關聯性和一致性。
2.3.1 構件表達
預制構件作為裝配式建筑的基本對象在IFC標準的定義中主要包括幾何信息、位置信息、屬性信息和關聯關系等。
以柱為例,通過IFC2×3版本物理文件的IfcColumn實例和相關實例語句分析構件的IFC表達。如圖5所示,選擇一個標準柱構件編號#170,其屬性信息通過IFC物理文件中#170實例語句的8個屬性值進行表達。其中,OwnerHistory,ObjectPlacement和Representation 3個屬性通過引用其他語句進行具體表達。例如,屬性Representation通過實例#161表達幾何外觀:其中,#153(IfcShapeRepresentation)描述了構件的幾何形狀,為復用幾何形狀的定義,使用了映射項#151(IfcMappedItem);#158(IfcShapeRepresentation)指向構件的包圍盒#157(IfcBoundingBox),包括其位置#155(IfcCartesianPoint)和在3個坐標軸上的長度。對于實體之間的包含關系則以關聯實體IfcRelAggregates進行關聯,如圖6所示的IFC文件內容,實體柱#291、#347(IfcColumn)通過關聯實體#503(IfcRelContainedInSpatialStructure)與空間實體樓層#129(IfcBuildingStorey)關聯。
同樣的,構件之間也存在著依附關系。在IFC物理文件中,門(IfcDoor)、窗(IfcWindow)、墻(IfcWallStandardcase)之間需依托開洞實體(IfcOpeningElement)進行關聯[14]。如圖7所示,墻構件#171(IfcWallStandardcase)與開洞實體#729(IfcOpeningElement)以關聯實體#734(IfcRelVoidsElement)進行關聯,門構件#468(IfcDoor)與開洞實體#729(IfcOpeningElement)以關聯實體#746(IfcRelFillsElement)進行關聯,而關聯實體#644(IfcRelContainedInSpatialStructure)則將墻構件、門構件與樓層#123(IfcBuildingStorey)關聯起來,使得門窗也包含在樓層中。

圖5 標準柱實例屬性解析示例(IFC2×3)

圖6 柱構件與樓層關聯示例

圖7 門、墻構件與樓層關聯示例
2.3.2 裝配模型的IFC擴展
基于開放的IFC標準體系,目前提供了3種擴展機制[15]:增加IFC實體定義的擴展、基于IfcProxy實體和屬性集的擴展。基于裝配式建筑的裝配特征和裝配關系,本文主要針對裝配模型的構件實體、屬性定義和關聯關系進行IFC擴展,從而實現在IFC標準體系中對裝配模型架構的描述,圖8為裝配模型的IFC擴展EXPRESS-G圖。
增加IFC實體定義的擴展包括IFC實體的增加和實體屬性的擴展。其中,增加IFC實體是模型擴展最直接的方式,圖8中裝配式建筑實體(IfcPrefabricatedBuilding)為新增實體,通過增加該實體可描述裝配模型的整體架構,通過集合關聯實體(IfcRelAggregates)與原有建筑實體(IfcBuilding)關聯,與IFC數據模型有良好的融合,避免造成模型體系的歧義和沖突。對于裝配模型的構件層P(=1,2,···,),IFC模型中已經有較完善的描述體系,如門實體(IfcDoor)、窗實體(IfcWindow)、幕墻實體(IfcCurtain)等,在此基礎上新增預制墻實體(IfcPrecastWall)、預制柱實體(IfcPrecastColumn)、預制梁實體(IfcPrecastBeam)、預制板實體(IfcPrecastSlab),這些構件均派生自建筑構件實體(IfcBuildingElement)。

圖8 裝配模型IFC擴展Express-G圖
基于屬性集的擴展是另一種重要的IFC模型擴展方式,根據要求自定義屬性,不會對原IFC模型體系造成影響。對于裝配模型的零件層p(=1,2,···,),可通過增加屬性集的方式實現對零件的擴展。以門構件為例,如圖8中新增屬性門玻璃窗(Pset_DoorGlazing)、預留門洞(Pset_ReservedHoleOfDoor)、門把手(Pset_Doorknob)等多個屬性集(IfcPropertySet),通過屬性關系實體(IfcRelDefinesByProperties)與多個門實體(IfcDoor)關聯。同時,對于模型的裝配關系中幾何元素、配合關系等,則通過零構件的材料、幾何、配筋信息等屬性定義進行擴展確定。其中,材料屬性由材料實體(IfcMaterial)通過材料關聯實體(IfcAssociatesMaterial)建立構件與構件材料之間的關聯;幾何屬性由構件的Representation屬性與描述實體(IfcRepresentation)關聯;鋼筋屬性可通過關聯實體(IfcRelAggregates)建立構件和加強件(IfcReinforcingElement),包括其派生的鋼筋實體(IfcReinforcingBar)等信息的關聯。
對于構件的關聯關系,除前文所述門、窗、墻構件之間依托開洞實體的關聯外,以梁、板為例,預制梁實體(IfcPrecastBeam)與預制板實體(IfcPrecastSlab)可依托構件關聯實體(IfcRelConnectsElement)進行關聯,當一個構件信息調整時,相關聯的構件將通過公用節點機制和構件關聯實體[8]更新實體的信息,實現關聯修改。此外,不同專業的構件之間可基于分配到產品關系實體(IfcRelAssignsToProduct)建立關系,當兩者不滿足對應關系時,可將構件進一步分解,從而滿足兩者之間一對一或多對一的關系[5],另外,不同材料零件的聯接關系con,如鋼筋與混凝土的關聯,也可基于此關系實體進行擴展表達。
2.3.3 裝配模型的IFC信息協同
由于專業分工不同,各專業對裝配模型的信息表達側重點也不同[16]。建筑設計側重于表達裝配模型各個構件的外觀造型、空間分布;結構設計著重表達各構件、零件之間的截面尺寸、拓撲關系、節點連接以及力學分析;MEP設計則側重于表達設備管線的空間布局、在構件上的預留孔道。盡管各專業在模型信息的表達上存在一定的差異,但結構和MEP設計模型的形成卻都是建立在建筑模型的基礎上。
通過裝配模型的IFC表達,集成裝配模型中的建筑、結構、MEP信息,結構、MEP專業提取裝配模型中的基本對象數據信息,結合本專業設計條件建立結構設計模型和MEP設計模型。如圖9所示,以預制墻構件(IfcPrecastWall)在裝配模型的建筑和結構專業中的IFC信息協同為例,結構設計人員從裝配模型中提取建筑設計已添加的預制墻基本數據信息,如墻體預定義類型(PredefinedType)、長度(Length)、高度(Height)、墻體開洞數量(OpeningQuantity)、開洞面積(OpeningArea)等,根據既定結構類型與體系,選取結構抗震設防目標、荷載、材料強度、構件截面尺寸,在裝配模型中添加預制墻的結構數據信息,如墻體厚度(Width)、鋼筋(IfcReinforcingBar)的長度(BarLength)、直徑(BarDiameter)、截面(CrossSectionArea)、等級(SteelGrade)等,形成結構設計模型的建立。MEP設計人員則提取墻體的建筑和結構基本參數,根據水暖電系統和設備的選型,確定墻體中預埋電纜、管道等的布置,如電纜托架配件(IfcCableFitting)、電纜托架組件(IfcCableSegment)、接線盒(IfcJunctionBox)、通風管道配件(IfcDuctFitting)、給排水管道配件(IfcPipeFitting)、給排水管道組件(IfcPipeSegment)等,形成MEP設計模型。

圖9 預制墻構件的IFC信息協同
協同設計是指各單位相互協作、信息共享,實現各個專業和各個環節一體化設計。與現澆混凝土建筑相比,協同設計對于裝配式建筑更為重要。裝配式建筑的工廠構件生產和現場組裝方式決定了設計時對預埋件、預留孔洞等設置的精準性,且國家標準中規定裝配式建筑需滿足管線分離、同層排水[17],均體現了相關專業進行協同設計的必要性。
在開展協同設計時,應以建筑設計為主,結構設計為輔,MEP設計配合的模式來進行。如圖10所示,基于IFC的裝配式建筑自上而下協同設計支持不同的設計單位在同一模型中采用統一標準進行各自的設計部分,橫向和縱向分別代表不同的設計階段和設計專業。
方案設計階段:此階段作為協同設計的基礎,需要明確BIM模型的質量交付標準、階段建模精度、統一軸網和標高。首先由建筑專業設計人員按照規劃條件和業主要求建立建筑方案模型,以滿足建筑的用途、功能和造型需求;然后基于IFC標準提取裝配模型基本對象數據信息,并結合結構與MEP等專業設計要求,如確定結構類型、結構體系和構件布局以及供水排水、消防排煙、電氣節能方案等,完成結構和MEP方案模型的設計。
初步設計階段:此階段任務主要是深化方案階段的設計內容,對建筑主要平、立、剖面和構件大部尺寸、色彩、材料等進行描述,完成荷載、材料強度、截面尺寸等的初步選取并進行結構計算分析,對給排水、采暖通風、配電、消防等系統工藝流程的設計和相關參數的確定。
施工圖設計階段:為模型的最終設計成果,各專業需進一步細化模型,完成節點做法和構件大樣、設備材料清冊等。該階段各專業模型整合應更多地為施工和安裝條件考慮,對專業間的碰撞沖突問題進行協商解決,不斷完善和優化專業設計。在該階段可進一步進行構件深化設計并生成構件加工圖,指導后續構件生產與施工。
在整個自上而下協同設計中,基于IFC物理文件的裝配模型基本對象數據信息和基于IFC數據模型的各專業數據庫是所有設計階段模型的核心基礎,各專業設計所使用的數據信息是相同的,因此可以共享設計成果。隨著模型的細化和調整,各階段信息不斷積累且相互繼承,每階段設計完成后由建筑專業將各專業設計成果進行整合與調整,最終完成BIM設計階段信息模型。

圖10 基于IFC的裝配式建筑自上而下協同設計框架
圖11為Revit平臺下某裝配式建筑地下一層的裝配模型。該裝配模型以建筑結構構件為核心,構件層主要由預制柱、預制剪力墻、預制擋土墻板、預制疊合板、預制樓梯、預制坡道、欄桿、門等構成;零件層包括鋼筋、混凝土主體、預埋件、預埋線盒、連接套筒、木板、把手、鎖具、鋼管等。

圖11 地下一層裝配模型
完成方案設計后,基于IFC標準的數據結構使用算法進行獨立構件基本信息提取,根據選擇的構件類型,從IFC物理文件中提取出目標構件,基于Windows10/64 bit平臺,以Python2.7作為主語言,使用wxPythonb2.9進行圖形化用戶界面設計,借助Crypto進行程序保護形成的“IFC file extraction”軟件,將最終提取后的IFC物理文件通過IFC的實體擴展和屬性集擴展方式,在IFC標準體系中新增裝配式建筑樓層實體(IfcPrefabricatedBuildingStorey)及與其通過關聯實體(IfcRelContainedInSpatialStructure)相關聯的預制柱、預制墻、預制板、預制樓梯、預制坡道等建筑構件實體(IfcBuildingElement)的派生子實體。表1列舉了部分構件擴展實體和屬性、屬性集。
在提取出的建筑基本對象數據信息基礎上,進一步對結構和MEP專業構件、零件信息進行IFC擴展。經過專業內部深化設計和專業之間多次信息提取后的協同調整,形成結構設計模型和MEP設計模型,如圖12和圖13所示,為IFCWebServer打開的裝配模型結構和MEP專業IFC擴展的應用展示。

表1 裝配模型擴展構件實體及相關屬性、屬性集

圖12 裝配模型結構專業IFC擴展的應用

圖13 裝配模型MEP專業IFC擴展的應用
基于BIM技術的自上而下設計是對建筑傳統設計模式的一次革新,受到國家、行業的大力推廣。但自上而下設計目前尚處于起步階段,在技術和管理層面存在較大阻力。本文針對裝配式建筑的自上而下設計描述了裝配模型的整體架構和基于IFC標準的設計信息協同,但在設計組織管理和模型自動出圖方面仍需細化研究。隨著BIM技術的研究和應用不斷深化,相信自上而下設計的流程體系和協同管理將會逐步規范,應用于各類建筑的全生命周期,解決信息傳遞效率低下、模型利用不充分等問題,實現BIM技術的價值最大化,推動建筑行業在信息化時代中的創新發展。
[1] 余騰飛. BIM技術在裝配式建筑設計階段中的應用研究[D]. 重慶: 重慶大學, 2018. YU T F. A study on the design of assembly buildings based on BIM technology[D]. Chongqing: Chongqing University, 2018 (in Chinese).
[2] 黃高松, 焦柯. BIM正向設計的ISO質量管理體系研究[J]. 建材與裝飾, 2018(38): 74-75. HUANG G S, JIAO K. Research on ISO quality management system of BIM forward design[J]. Construction Materials & Decoration, 2018(38): 74-75 (in Chinese).
[3] 楊新, 焦柯, 魯恒, 等. 基于BIM的建筑正向協同設計平臺模式研究[J]. 土木建筑工程信息技術, 2019, 11(4): 28-32. YANG X, JIAO K, LU H, et al. Research on forward collaborative design platform of buildings based on BIM[J]. Journal of Information Technology in Civil Engineering and Architecture, 2019, 11(4): 28-32 (in Chinese).
[4] 曾旭東, 周鑫, 張磊. BIM技術在建筑設計階段的正向設計應用探索[J]. 西部人居環境學刊, 2019, 34(6): 119-126. ZENG X D, ZHOU X, ZHANG L. Explorations on the forward design application of BIM technology in architectural design stage[J]. Journal of Human Settlements in West China, 2019, 34(6): 119-126 (in Chinese).
[5] 孟曉曄, 金新陽, 黃立新. 基于實體單元需求的結構分析視圖的擴展與應用[J]. 建筑科學, 2019, 35(1): 108-113. MENG X Y, JIN X Y, HUANG L X. Extension and application of structural analysis view based on solid elements[J]. Building Science, 2019, 35(1): 108-113 (in Chinese).
[6] 高秋亞, 高新聞. 基于IFC標準的預制構件生產信息模型研究[J]. 圖學學報, 2018, 39(3): 538-546. GAO Q Y, GAO X W. Research on production information model of prefabricated components based on IFC standard[J]. Journal of Graphics, 2018, 39(3): 538-546 (in Chinese).
[7] 高洋. 裝配式建筑構件信息產業鏈聯動方法研究[D]. 北京: 北京建筑大學, 2019. GAO Y. Research on linkage method of information industry chain in prefabricated building components[D]. Beijing: Beijing University of Civil Engineering and Architecture, 2019 (in Chinese).
[8] 王勇, 張建平, 李久林. 基于IFC的建筑結構施工圖設計信息模型描述[J]. 土木建筑工程信息技術, 2014, 6(4): 30-35. WANG Y, ZHANG J P, LI J L. IFC-based model description for structural working drawing[J]. Journal of Information Technology in Civil Engineering and Architecture, 2014, 6(4): 30-35 (in Chinese).
[9] 曹建濤. BIM技術在公路隧道正向設計中的應用研究[D]. 北京: 北京交通大學, 2019. CAO J T. Application research of BIM technology in forward design of road tunnel[D]. Beijing: Beijing Jiaotong University, 2019 (in Chinese).
[10] 劉云華, 劉巍. 異構裝配信息的統一表達方法研究[J]. 計算機工程與科學, 2014, 36(1): 145-149. LIU Y H, LIU W. Uniform expression of heterogeneous assembly information[J]. Computer Engineering & Science, 2014, 36(1): 145-149 (in Chinese).
[11] 郭艷. 三維CAD模型局部特征重用方法研究[D]. 大連: 大連理工大學, 2019. GUO Y. Research on local feature reuse of 3D CAD models[D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2019 (in Chinese).
[12] CHEN X, GAO S M, YANG Y D, et al. Multi-level assembly model for top-down design of mechanical products[J]. Computer-Aided Design, 2012, 44(10): 1033-1048.
[13] GAO S M, ZHANG S T, CHEN X, et al. A framework for collaborative top-down assembly design[J]. Computers in Industry, 2013, 64(8): 967-983.
[14] 施平望, 林良帆, 鄧雪原. 基于IFC標準的建筑構件表達與管理方法研究[J]. 圖學學報, 2016, 37(2): 249-256. SHI P W, LIN L F, DENG X Y. Research on representation and management of IFC-based building components[J]. Journal of Graphics, 2016, 37(2): 249-256 (in Chinese).
[15] 陳立春, 賴華輝, 鄧雪原, 等. IFC標準領域層實體擴展方法研究[J]. 圖學學報, 2015, 36(2): 282-288. CHEN L C, LAI H H, DENG X Y, et al. Study on the method of expanding entities of domain layer of IFC standard[J]. Journal of Graphics, 2015, 36(2): 282-288 (in Chinese).
[16] 劉照球, 李云貴, 呂西林, 等. 基于BIM建筑結構設計模型集成框架應用開發[J]. 同濟大學學報: 自然科學版, 2010, 38(7): 948-953. LIU Z Q, LI Y G, LV X L, et al. BIM-based integrated information framework for architectural and structural design model[J]. Journal of Tongji University: Natural Science, 2010, 38(7): 948-953 (in Chinese).
[17] 渠立朋. BIM技術在裝配式建筑設計及施工管理中的應用探索[D]. 徐州: 中國礦業大學, 2019. QU L P. Exploration on the application of BIM technology in the management of prefabricated building design and construction[D]. Xuzhou: China University of Mining & Technology, 2019 (in Chinese).
Research on information collaboration and model construction for top-down design of prefabricated buildings
ZHU Hui-xian, XU Zhao
(Department of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing Jiangsu 210000, China)
In order to comply with the national policy of building industrialization and intelligent development and solve such problems as the disconnectedness to professional information, insufficient use of models, and low efficiency of data transmission, a top-down design method based on the building information modeling (BIM) technology was proposed. Starting with the design stage of prefabricated building, the BIM technology-based top-down design process of prefabricated building was elaborated in detail. Combined with the characteristics of standardized component design and assembly of prefabricated buildings, an assembly model based on top-down design was proposed, and the structure of the model was described from the perspectives of hierarchy and specialty. To tackle the problems of standardization and consistency of data information during the transmission of professional models, the entities and property sets of assembly model were extended based on the industry foundation classes (IFC) standard, and the information collaboration using the IFC standard-based top-down design was proposed for each specialty and each stage. Finally, the application of the example verified the feasibility of the IFC-based top-down design of the extended assembly model, which can provide a useful method for collaborative design of prefabricated buildings.
building information modeling; top-down design; assembly model; industry foundation classes extension; collaborative design
TP 751.1
10.11996/JG.j.2095-302X.2021020289
A
2095-302X(2021)02-0289-10
2020-07-07;
7 July,2020;
2020-09-09
9 September,2020
教育部人文社科基金項目(20YJAZH114);江蘇省自然科學基金項目(BK20201280);國家自然科學基金項目(72071043)
Humanities and Social Sciences Foundation of Ministry of Education (20YJAZH114);Natural Science Foundation of Jiangsu Province (BK20201280);National Natural Science Foundation of China(72071043)
朱慧嫻(1995-),女,江蘇鹽城人,碩士研究生。主要研究方向為建筑信息模型、工程管理等。E-mail:zhuhuixian666@163.com
ZHU Hui-xian (1995–), female, master student. Her main research interests cover BIM and engineering management, etc. E-mail:zhuhuixian666@163.com
徐 照(1982–),男,江蘇徐州人,副教授,博士,碩士生導師。主要研究方向為建筑信息模型、工程管理等。E-mail:xuzhao@seu.edu.cn
XU Zhao (1982–), male, associate professor, Ph.D. His main research interests cover BIM and engineering management, etc. E-mail:xuzhao@seu.edu.cn