基于BIM技術的裝配式構件設計流程優化探究

陳宏力

摘? 要：裝配式建筑相較于傳統的建筑方式擁有高效率、節能環保等優點，在現代建筑行業廣泛運用。但作為裝配式建筑的核心的裝配式構件在生產設計環節中一直存在成本高、標準化程度低、構件設計生產安裝施工協調機制不完善等問題。鑒于此，本文基于BIM技術，結合物聯網、VR/AR等先進信息技術對裝配式構件生產設計流程優化進行探究，滿足裝配式構件精細化要求，推動裝配式建筑產業不斷發展。

關鍵詞：BIM;裝配式構件;VR/AR;設計流程;優化

建筑信息模型（Building Information Modeling），是以數字化建筑模型為主體，從建筑的設計、施工、運維一直到建筑的壽命周期終結幫助各建設方實現建筑數據集成，對工程施工項目的設計、施工、運營等全過程進行管理、優化的過程的技術[1]。BIM具有可視化、協調性、模擬性等技術特點，能夠有效利用于裝配式構件設計生產流程各方面，分析和模擬裝配式構件在設計、生產、安裝、經濟與安全層面的問題，為裝配式建筑的整體優化提供動力。

1 裝配式構件設計生產中存在的問題

1.1? 設計問題

裝配式構件的設計需要由具備專業設計水準的專業設計人員，依據生產管理的要求進行設計。這就需要在構件整體設計流程中做好監管工作。但在實際過程中，通常會發生監管不到位的情況，影響構件整體的設計水平。如構件電氣與給排水工程的預留空間設計，需要更具管道及線路的走向布置、管徑、根數等物理信息來預留合適的開口及通路。但在實際的設計過程中，由于設計人員之間的能力、分工及交流問題，影響了開口和通路的標定位置及不同構件之間開口接合性差，導致電氣及給排水工程工期延長，影響整體的建設工期，造成經濟損失。

1.2? 成本問題

現階段裝配式構件設計的總體思路為“等同現澆”，與傳統的現澆方式不同，裝配式構件需要在構件廠進行生產，涉及到模具設計、鋼筋下料、混凝土澆筑、預留預埋、養護、脫模起吊和場地堆放等一系列的工序[2]，各道工序之間的聯系緊密相關。從模具設計方面來說，通常需要設計多樣化及合理化的構件模具。但在實際過程中，由于定制構件的尺寸和外形差異，模具的剛度和強度難以得到保證，導致模具的使用和制造成本的上升，模具的使用價值降低。此外，由于構件廠商生產批次的差異，上一批用于生產的模具往往不能用于下一批構件的生產，模具不能合理的循環利用，導致了構建的模具生產成本一直居高不下。

1.3? 生產計劃問題

定制裝配式構件往往都是非標準型構件，同一生產批次的構件在種類及尺寸方面存在差異。因此構件的生產時間一般都不固定，難以確定一個統一的生產節奏;由于構建種類差異，所需要的模具也有差異，不利于開展大規模的流水作業形式及對生產質量的控制;此外，由于構件廠地理位置的限制，生產構建所需的原材料成本也有差異，若構件原材料不易購買或運輸，則會導致生產進度延緩，從而影響整個的施工進度和質量。

2 基于BIM的裝配式構件設計流程優化

2.1? 對裝配式構件信息處理優化

基于Revit平臺創建裝配式構件構件庫。構建構件準確尺寸的三位模型是構件庫的關鍵，特別是復雜構件的細部尺寸及精細模型，要重點建立。在構建好構件族文件后，在Revit中的項目屬性中完善構件的信息。完成構件模型的構建后，要對其進行分類，裝配式結構在分類上和傳統結構類似，總體上可分為裝配式框架結構、剪力墻結構和框架-剪力墻結構[3]，根據構件位置、作用、尺寸及鋼筋布置的不同將構件模型分配給不同的構件庫。

為了保證在后續的調用及布置過程中方便使用，鑒于工程量清單中的項目編碼，對應于構件來說也可以采用統一編碼來加以區分。與項目編碼類似，構建編碼必須保持唯一、合理、簡明的原則。

利用RevitAPI功能采集與編輯構件模型中的信息，通過利用SQL語言將這些信息儲存到專屬的MySQL數據庫中。

2.2? 對裝配式構件設計處理優化

BIM三維模型具有可視化的特點。基于這一特點，利用相關軟件對構件模型的鋼筋布置，細部構造進行設計優化。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件之間發生沖突的節點、接口錯位及碰撞位置，如構件模型中連接鋼筋的咬合程度、預留洞口的位置偏離程度、構件拼接偏移程度及尺寸錯誤等問題并進行修復優化處理。

通過BIM相關軟件，還可以對構件吊裝、施工荷載、結構的整體性強度進行演算優化，保證構件的強度達到標準。利用Revit算量插件可對構件進行鋼筋、混凝土及其他材料的算量及造價整合，能有效優化構件的成本，提高生產力。

在專屬MySQL數據庫中的schemata表中有所有提前錄入的構件的信息，可以使用MySQL的show命令查看，通過不同權限的賬戶去查看表并獲得相關權限下的數據（即不同類型的構件的信息），使不同的管理人員負責不同類型的構件模型的設計與進一步生產，提高構件模型設計生產的效率。

2.3? 裝配式構件的虛擬仿真安裝

BIM具有虛擬仿真漫游功能。基于這一功能，結合VR/AR技術與設備，實現對構件模型的動態漫游，使對構件模型有更加真實的體驗，技術人員對構件進行虛擬仿真安裝實驗，直觀檢查構件的尺寸、細部構件并快速找出其中存在的錯誤，同時能測試裝配式建筑整體強度，減少構件二次生產的次數，降低制造成本。

虛幻引擎4，是由Epic Game 公司研發的一款游戲引擎軟件。從 2015 年 3 月開始對使用者免費開放使用。其具備強大的互動性、自然逼真的畫面效果等優勢，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，通過云端服務器搭建構件渲染數據庫。不同技術人員可以通過設備終端如PC、平板電腦或手機在線查看構件信息及渲染數據，實現遠程的動態交互式體驗。

3 結語

綜上所述，BIM技術及VR/AR等先進信息技術為裝配式構件設計生產流程提供了所需要的一系列的技術支持，從而保證了構件在設計生產中的完整性、準確性及合理性，為裝配式建筑行業的發展提供了動力。所以，在將來對構件設計和生產過程中，需要相關的設計人員和生產人員對BIM技術保持重視并加以高效的利用，在裝配式構件設計生產流程優化方面進行進一步的深入探究與摸索，全面的提高在裝配式建筑領域的應用水平。

參考文獻

[1]李昊，胡慧，宋婷婷.BIM技術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和物聯網技術的裝配式構件協同管理方法研究[D].廣東工業大學，2018.

[3]胡希冀.基于BIM的裝配式結構構件庫創建研究[J].四川水泥，2018（4）：312-312.

[4]馮騁凌.基于UE4虛擬現實交互技術應用的室內感知覺研究[D].山西大學，2020.

作者簡介：

陳宏力（2000—）男，漢族，安徽宣城人，單位：安徽財經大學管理科學與工程學院，本科，工程造價專業。

本文系安徽財經大學大學生創新創業訓練計劃資助（項目編號：S202110378563）項目研究成果所有權歸屬安徽財經大學。