基于BIM模型的建筑裝配率計(jì)算方法研究

任 偉，張順進(jìn)

浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州310028

0 引 言

建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化是以綠色發(fā)展為理念，以新型建筑工業(yè)化為核心，充分運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代化管理模式，將房屋建造全過程連接為完整的一體化產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)開發(fā)建設(shè)、設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)加工、施工裝配、咨詢服務(wù)等全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，從而全面提升建筑工程的效率、效益和質(zhì)量［1］。

裝配式建筑可實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目開發(fā)過程中的質(zhì)量可控、成本可控、進(jìn)度可控三大目標(biāo)［2］。在政策的引導(dǎo)下，國內(nèi)裝配式建筑的普及率越來越高，大部分地區(qū)新建項(xiàng)目均增加了裝配率的要求，在項(xiàng)目開發(fā)的過程中，需要充分考慮當(dāng)?shù)氐难b配式構(gòu)件生產(chǎn)情況和項(xiàng)目特點(diǎn)，制定滿足要求的建筑裝配式方案。

建筑信息模型（簡稱BIM）指建設(shè)工程的物理特征和功能特性等信息的數(shù)字化集成。BIM技術(shù)是指基于BIM的數(shù)字化承載和可視化表達(dá)等的成套技術(shù)。Revit 是Autodesk公司開發(fā)的一款當(dāng)前較為普及的BIM軟件。Dynamo 是可在Revit 上運(yùn)行的可視化編程工具，設(shè)計(jì)師可以完善數(shù)據(jù)處理，提高幾何模型和信息模型之間的契合度。Revit二次開發(fā)技術(shù)［3］是基于Revit API類庫，通過C#、VB.NET 等語言，擴(kuò)展和增強(qiáng)Revit功能和應(yīng)用，能夠加快建模速度，輔助三維出圖，滿足項(xiàng)目的特殊需求。WPF是微軟推出的基于Windows 的用戶界面框架［4］，它提供了統(tǒng)一的編程模型、語言和框架，真正做到了分離界面設(shè)計(jì)人員與開發(fā)人員的工作。

裝配率是評價(jià)裝配式建筑的重要指標(biāo)之一，也是政府制定裝配式建筑扶持政策的主要依據(jù)［5］。建筑的裝配式方案制作中有大量裝配率計(jì)算工作，并且由于方案在優(yōu)化的過程中，經(jīng)常需要根據(jù)優(yōu)化的版本編制計(jì)算表，繪制平面示意圖。本文提出的方法基于BIM 模型參數(shù)化的特點(diǎn)，結(jié)合Revit二次開發(fā)和Dynamo程序，能夠提高裝配率計(jì)算過程準(zhǔn)確度和效率。

1 裝配率計(jì)算流程

裝配率計(jì)算整體流程見圖1。首先對項(xiàng)目模型進(jìn)行整理，便于模型歸類，模型歸類界面通過Revit二次開發(fā)完成，修改完模型后通過裝配率計(jì)算功能可導(dǎo)出項(xiàng)目模型的裝配率情況。若結(jié)果達(dá)不到裝配率要求，則再次調(diào)整方案修改模型。在模型核查完成后，創(chuàng)建各類裝配式構(gòu)件的平面示意圖和明細(xì)表，通過運(yùn)行Dynamo 編號(hào)程序和標(biāo)記程序，完成平面示意圖的構(gòu)件標(biāo)記，添加標(biāo)注后生成裝配式構(gòu)件平面示意圖，在明細(xì)表中添加計(jì)算參數(shù)，生成裝配率計(jì)算表格。

圖1 裝配率計(jì)算流程

2 裝配率計(jì)算方法

2.1 BIM模型處理

本文采用《裝配式建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（DB33/T 1165—2019）》的裝配率計(jì)算規(guī)則，計(jì)算單體建筑±0.000 m以上的主體結(jié)構(gòu)、圍護(hù)墻和內(nèi)隔墻、裝修和設(shè)備管線等采用預(yù)制部品部件的綜合比例。主體結(jié)構(gòu)包括柱、支撐、承重墻、延性墻板等豎向構(gòu)件和梁、板、陽臺(tái)、樓梯、空調(diào)板等水平構(gòu)件。

裝配率的計(jì)算規(guī)則并不復(fù)雜，本方法通過Revit二次開發(fā)制作了一鍵生成裝配率的功能，可以快速查看計(jì)算結(jié)果，便于及時(shí)調(diào)整裝配式方案模型。Revit 模型中構(gòu)件的分類主要依靠圖元（Revit 模型的最小組成單位）的類型參數(shù)和實(shí)例參數(shù)區(qū)分，直接在圖元中添加分類標(biāo)記的方式容易出現(xiàn)規(guī)則不統(tǒng)一、錯(cuò)標(biāo)、漏標(biāo)，導(dǎo)致結(jié)果的偏差。而通過Revit二次開發(fā)和WPF制作交互式標(biāo)記界面則可以較好地解決這個(gè)問題。

Revit 中大部分的構(gòu)件都可以通過一個(gè)圖元表達(dá)完整，在模型中可以方便地獲取構(gòu)件的體積、面積等數(shù)據(jù)。有的裝配式構(gòu)件在模型中需要通過幾個(gè)圖元整體表達(dá)，比如整體式陽臺(tái)、整體式樓梯等，這類構(gòu)件一般需要提取整體的投影面積，在計(jì)算的過程中如果簡單地把所有圖元的投影面積相加，便有重復(fù)計(jì)算的可能。本方法將這類構(gòu)件成組，以組為單位進(jìn)行模型歸類，一鍵生成裝配率的功能會(huì)以整體的方式提取投影面積，避免重復(fù)計(jì)算，構(gòu)件裝配率計(jì)算公式見表1。

表1 裝配率計(jì)算方式

2.2 裝配率計(jì)算表格制作

確定裝配率的方案后，通過BIM模型生成更詳細(xì)的裝配率計(jì)算表格，計(jì)算表格制作難點(diǎn)在于預(yù)制構(gòu)件的編號(hào)， Revit自帶的標(biāo)記功能無法對構(gòu)件進(jìn)行分類匯總，添加前綴等功能。本文以內(nèi)隔墻為例，利用Dynamo編寫的程序?qū)︻A(yù)制構(gòu)件進(jìn)行編號(hào)、標(biāo)注，利用明細(xì)表功能生成計(jì)算表格。

2.2.1 Dynamo編號(hào)邏輯詳述

構(gòu)件的編號(hào)需要將平面示意圖中的墻體和計(jì)算表中的墻體進(jìn)行對應(yīng)，人工進(jìn)行編號(hào)工作量巨大，而且容易出錯(cuò)，故采用Dynamo可視化的編程方式來實(shí)現(xiàn)構(gòu)件編號(hào)的屬性賦值。構(gòu)件編號(hào)要解決的就是分類匯總的問題，根據(jù)墻體實(shí)例中存在差別屬性進(jìn)行逐一提取，通過“==”和“List.FilterByBoolMask”節(jié)點(diǎn)進(jìn)行層級(jí)分組，這里要特別注意計(jì)算結(jié)果的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

篩選“非砌筑”的墻體，通過“Element.SetParameterByName”節(jié) 點(diǎn) 賦 值“QZ”，將“砌筑”的墻體賦值“YZ”作為編號(hào)前綴。在“非砌筑”墻體中，通過“List.Count”節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)該類別下不同實(shí)例的總數(shù)，將編號(hào)值賦值到不同的組別中（圖2），其他類別的同理。

圖2 Dynamo編號(hào)程序節(jié)點(diǎn)

2.2.2 裝配率計(jì)算書

裝配率計(jì)算書的編制并不復(fù)雜，但由于其統(tǒng)計(jì)數(shù)量龐大，傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)方式耗時(shí)，且修改方案后需要重新調(diào)整修改部分的編號(hào)和數(shù)據(jù)。BIM模型的優(yōu)勢在于模型和數(shù)據(jù)始終能保持一致，在修改模型的同時(shí)，模型中的數(shù)據(jù)也隨之改變，根據(jù)模型導(dǎo)出的計(jì)算表也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，同時(shí)也能提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。

以圍護(hù)墻為例，在明細(xì)表中提取所有圍護(hù)墻類型，添加“構(gòu)件編號(hào)”“類型”“層高”“梁高”“長度”“無連接高度”“層數(shù)”“合計(jì)”等字段，添加計(jì)算參數(shù)“單片墻體外表面積”=“長度”ד無連接高度”。經(jīng)過格式處理，結(jié)果見表2。

表2 裝配率計(jì)算結(jié)果

2.3 裝配式構(gòu)件平面示意圖

裝配式構(gòu)件平面示意圖需要在平面中表示構(gòu)件位置、類型、編號(hào)、長度等信息，并對構(gòu)件進(jìn)行填充、編號(hào)，添加適當(dāng)標(biāo)注。采用人工進(jìn)行填充、標(biāo)記的工作量巨大，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤注釋、漏標(biāo)等現(xiàn)象。BIM模型中的“編號(hào)”“長度”等字段可以通過標(biāo)記族自動(dòng)識(shí)別墻體內(nèi)的參數(shù)進(jìn)行注釋，相較人工的方式來說，速度快，準(zhǔn)確性高。

以內(nèi)隔墻為例，在Revit 中載入“墻”類型的標(biāo)記族，在標(biāo)簽中添加“類型”“編號(hào)”“長度”參數(shù)，把標(biāo)簽樣式改為“類型” - “編號(hào)”L = “長度”。為了減少出圖時(shí)調(diào)整標(biāo)記的工作量，通過Dynamo程序生成，可對標(biāo)記進(jìn)行偏移，根據(jù)墻體類型替換標(biāo)記樣式，最后在平面上適當(dāng)標(biāo)注，生成裝配式構(gòu)件平面示意圖，見圖3。

圖3 Revit繪制裝配式構(gòu)件平面示意圖界面

3 工程應(yīng)用

3.1 應(yīng)用情況

某先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新平臺(tái)項(xiàng)目位于三亞崖州灣科技城大學(xué)城片區(qū)內(nèi)，距離海南環(huán)島高速崖城互通約3.5 km，總用地面積2.5萬m2，總建筑面積6萬m2。裝配式設(shè)計(jì)包含水平構(gòu)件（板等），內(nèi)隔墻非砌筑，內(nèi)隔墻與管線、裝修一體化，全裝修，集成衛(wèi)生間、管線分離等，項(xiàng)目截圖見圖4。

圖4 項(xiàng)目三維軸測圖

采用本文所述方法測算，該項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)部分采用梁板、樓梯、陽臺(tái)等構(gòu)件應(yīng)用比例為73.68%，圍護(hù)墻和內(nèi)隔墻部分內(nèi)隔墻與管線、裝修一體化應(yīng)用比例為86.67%，通過BIM模型生成平面示意圖和計(jì)算書。本項(xiàng)目的裝配率計(jì)算得分見表3。

表3 計(jì)算得分

3.2 存在問題

現(xiàn)行裝配率計(jì)算和等級(jí)評價(jià)依據(jù)主要是《裝配式建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 51129—2017）》，各地在此基礎(chǔ)上，結(jié)合地方特點(diǎn)出臺(tái)了不同的裝配率計(jì)算規(guī)則。例如寧波市相較于浙江省的評分項(xiàng)中，樓梯單獨(dú)作為評價(jià)項(xiàng)，浙江省的非承重圍護(hù)墻非砌筑比例要求≥80%，寧波市與之相對應(yīng)的評價(jià)項(xiàng)為預(yù)制外墻外表面積比例≥50%。因此在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)當(dāng)?shù)貓?zhí)行標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)調(diào)整計(jì)算參數(shù)。

本方法BIM模型要求達(dá)到施工圖設(shè)計(jì)階段模型深度，模型表達(dá)正確完整。若在進(jìn)行裝配率計(jì)算前未采用BIM技術(shù)，則前期的建模會(huì)有較大工作量。施工圖深度BIM模型一般不要求對電氣管線進(jìn)行表達(dá)，因此無法正確統(tǒng)計(jì)管線分離的比例。

本項(xiàng)目執(zhí)行海南省裝配式建筑裝配率計(jì)算規(guī)則（2021年修訂版），其中主體結(jié)構(gòu)與內(nèi)隔墻部分的評價(jià)要求與浙江省是一致的，因此這兩部分可以采用本方法統(tǒng)計(jì)應(yīng)用比例，豎向構(gòu)件和集成衛(wèi)生間應(yīng)用比例為100%，沒有統(tǒng)計(jì)的必要。

相較于傳統(tǒng)方法，設(shè)計(jì)師需要掌握Revit和Dynamo 等BIM 軟件。由于每個(gè)建筑的裝配式方案都存在差異，用本方法計(jì)算裝配率需要一定的模型修改和Dynamo程序的參數(shù)調(diào)整。

4 結(jié) 語

本文基于《裝配式建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（DB33/T 1165—2019）》的裝配率計(jì)算方法，研究Revit軟件平臺(tái)下建筑模型的數(shù)據(jù)，通過Revit 二次開發(fā)、Dynamo可視化編程等方法使設(shè)計(jì)師從BIM模型中快速得到裝配率成為可能。設(shè)計(jì)師從BIM模型生成裝配式構(gòu)件平面示意圖和裝配率計(jì)算表，實(shí)現(xiàn)了“一模多用”，提高了模型的應(yīng)用價(jià)值。

根據(jù)本文裝配率計(jì)算方法在工程中的應(yīng)用，相較于傳統(tǒng)方法，裝配率計(jì)算的準(zhǔn)確率及方案調(diào)整的效率都有所提高。本文中裝配率計(jì)算方法可為裝配式建筑BIM應(yīng)用提供思路，提高裝配式建筑BIM應(yīng)用率，推動(dòng)裝配式建筑更好地發(fā)展。