装配式建筑正向设计软件平台研发及应用

姜瀚淇 战美秋 崔新杰 许伟业 彭基娜

【摘  要】从装配式建筑正向设计的出发使用BIM技术，可使BIM技术及正向设计优势得到更好的发挥。构建并推广装配式建筑正向设计软件平台可显著推动BIM正向设计的全过程应用，更好的将正向设计理念与装配式建筑相结合，促进建筑绿色建造的快速发展。

【关键词】装配式建筑;正向设计;软件平台研发

引言

目前的BIM设计流程为CAD二维施工图纸设计完成后，由BIM建模人员将二维施工图转换为三维BIM模型，称为“BIM逆向设计”，目前绝大多数设计过程都采用“逆向设计”。“正向设计”是基于BIM技术的“先建模，后出图“的设计方法”，直接从三维BIM模型入手，减少设计过程中的工作反复，大大提高设计与构件生产效率。

1.正向设计优势特点

1.1发挥设计师的创造力提高设计效率

传统的正向设计中，设计师的大部分精力都在二维图的绘制与修改上，而正向设计可让设计师更多地精力用于设计本身，专注于设计优化与创作，给设计师更广阔的发挥空间。

1.2各专业实施协同设计与全过程管理

BIM模型中将包含各方面的设计相关信息，主要以信息载体，信息量远大于图形的信息量，利用BIM模型可进行信息的实时共享，提高沟通效率。

1.3设计问题前置化预判后期施工风险

利用BIM技术可视化模拟后期建造过程，将设计在施工时会遇到的问题前置，预先模拟施工，提前预判风险并解决，更好的服务于施工过程，保证施工的质量与安全。

1.4信息存储深度提高

BIM正向设计的工程量信息可根据时空维度、构建类型等汇总、拆分、对比分析等快速提取与筛选，也可以在不同的时间节点增多信息，相比传统设计流程，其信息的完整性大大提高。

2.装配式建筑正向设计软件平台研发意义

建筑工业化已经成为我国建筑行业发展的重要目标，更是绿色建造发展和建筑产业升级的必经之路。目前，BIM技术设计普遍采用“翻模”思路为主，导致了BIM技术在装配式建筑的应用优势并不突出。从正向设计出发应用BIM技术，研发装配式建筑正向设计软件平台，使基于BIM技术的正向设计在装配式建筑工程当中得以广泛的应用，对我国建筑工业化的快速发展意义重大。

3.软件平台设计要点与技术手段

3.1建筑结构建模

利用Revit软件分析建筑结构计算模型BIM数据，并将其在管理结构当中运用。部分非几何信息内容比较广泛，需结合实际情况调整设计信息，为设计人员实践操作提供便利。为了提高Revit软件BIM模型的兼容性，需使用Revit内部自带的建模逻辑开展操作。针对建筑结构中的结构墙与板等因素，则可以选用Revit中的墙、板系统族。

Revit软件内部结构非几何信息表达的内容较少，故非几何信息必须要在开发过程中输入到系统。Revit软件可利用对话框形式将得到的结构设计总信息输入，同时，为了提高人员操作的熟练度，界面设计和GSSAP要尽量保持相同。

Revit软件内部包括轴网输入模块输入轴网信息，为了提高建模速度，Revit软件要以结构设计软件的传统方式输入为基础，进行墙、柱、梁等相关输入模块的开发，在模块输入构件截面尺寸信息即可完成结构构件模型的构建，不考虑Revit软件规定的族定义等内容。

3.2建筑模型结构计算

运用有限元分析软件ABAQUS采用分离式建模方法，对水平荷载作用下的受力性能进行有限元数值计算，结合实验结果分析结构边缘构件配筋率、墙体配筋率、连接节点参数对整个体系抗震性能影响。为后续设计环节提供参考。

3.3结构设计

由于Revit软件在结构设计方面比较弱，为保证设计的效率与效果，可在Revit主菜单中增设模型导入、结构数据、构件布置、荷载导入等子菜单，达到结构BIM正向设计的基本目的。利用GSRevit将构件的几何数据、结构总体数据以及荷载数据等全部输入其中，确保在结构计算用到的信息可在BIM模型中得到应用，再利用BIM模型计算信息与建筑结构分析与设计软件GSSAP结合展开结构计算，最后取出GSSAP给出的数据以及有限元分析软件SATWE等结构设计软件的计算结果，利用Revit软件获得建筑结构施工图纸，应用在BIM模型扩展當中。

3.4施工图的生成

由于绘制施工图的过程不统一，GSRevit软件专门开发以墙柱梁板钢筋为主体的标记族、大样族，用于施工图的绘制。通过族参数可选择绘图习惯，提高软件的适用性。绘制施工图主要采用平面表示法，针对不同设计单位所使用的绘制方式存在差异，可将所了解的绘图方法输入到自动成图软件。设计人员在开发GSRevit软件的过程中，按照需求开发出不同部件的施工图族，得到完善的施工图纸。利用GSRevit将结构计算软件所得出的结果读取，再通过Revit的自动生成功能得到墙柱梁板模板与钢筋施工的图纸。生成GSRevit施工图纸的过程中，配筋信息自动输入结构构件，为后期结构信息修改提供便利。

3.5预制构件的生成

可在Navisworks Manage中定义操作过程先后顺序，关联各个部件节点，进行动态、静态碰撞检查后施工模拟仿真。传输构件生产信息模型至预制构件厂，依据进度安排预制构件制作及运输计划。

4.正向设计平台在方案设计、施工阶段应用?

（1）BIM正向设计软件平台以BIM正向设计全套集成技术为基础，具备建筑设计可视化、数据信息传递等功能，可把建筑形体与环境有效地紧密地结合在一起，对建筑功能进行更加深入可视化分析与优化。

（2）直接利用可视化平台进行装配施工方案装配细部节点模拟、进度模拟等，降低各专业在后期的设计变更，保证设计精细化，降低项目管理风险，并同时联动实现从构件设计、制作、运输、装配全阶段的造价控制。

（3）除满足机电专业本身出图、碰撞检查、管线排布优化和机房布置等常规设计外，更可直观的设计阶段优化预制构件上的穿管、开洞、点位、预埋线管等，在三维模型中一目了然，解决了传统CAD设计过程中二维图纸传递信息不直观、信息不及时等弊病。

5.结语

本文叙述了装配式正向设计平台的研发流程与应用优势。正向设计平台的研发是装配式建筑建造过程的应用必然趋势，其对突破装配式建筑发展瓶颈，发挥装配式建筑高效建造的优势，促进自主知识产权底层平台软件研发，驱动装配式建筑创新发展具有重要的现实意义。

参考文献

[1]王辉. 建筑工程BIM正向设计研究[A]. 全国高等学校建筑学专业教育指导分委员会建筑数字技术教学工作委员会.共享·协同——2019全国建筑院系建筑数字技术教学与研究学术研讨会论文集[C].全国高等学校建筑学专业教育指导分委员会建筑数字技术教学工作委员会：全国高校建筑学学科专业指导委员会建筑数字技术教学工作委员会，2019：6.

[2]杨发霞.分析基于Revit的建筑结构BIM正向设计及软件实现的方法[J].建材与装饰，2019（26）：104-105.

[3]顾浩声，王光辉.装配式建筑BIM正向设计应用研究[J].建筑结构，2020，50（S1）：645-648.

项目基金：2020年度吉林省大学生创新创业项目《装配式混凝土剪力墙结构可视化正向设计与施工》（项目编号：202010191074）。