基于BIM技术的装配式构件设计流程优化探究

陈宏力

摘  要：装配式建筑相较于传统的建筑方式拥有高效率、节能环保等优点，在现代建筑行业广泛运用。但作为装配式建筑的核心的装配式构件在生产设计环节中一直存在成本高、标准化程度低、构件设计生产安装施工协调机制不完善等问题。鉴于此，本文基于BIM技术，结合物联网、VR/AR等先进信息技术对装配式构件生产设计流程优化进行探究，满足装配式构件精细化要求，推动装配式建筑产业不断发展。

关键词：BIM;装配式构件;VR/AR;设计流程;优化

建筑信息模型（Building Information Modeling），是以数字化建筑模型为主体，从建筑的设计、施工、运维一直到建筑的寿命周期终结帮助各建设方实现建筑数据集成，对工程施工项目的设计、施工、运营等全过程进行管理、优化的过程的技术[1]。BIM具有可视化、协调性、模拟性等技术特点，能够有效利用于装配式构件设计生产流程各方面，分析和模拟装配式构件在设计、生产、安装、经济与安全层面的问题，为装配式建筑的整体优化提供动力。

1 装配式构件设计生产中存在的问题

1.1  设计问题

装配式构件的设计需要由具备专业设计水准的专业设计人员，依据生产管理的要求进行设计。这就需要在构件整体设计流程中做好监管工作。但在实际过程中，通常会发生监管不到位的情况，影响构件整体的设计水平。如构件电气与给排水工程的预留空间设计，需要更具管道及线路的走向布置、管径、根数等物理信息来预留合适的开口及通路。但在实际的设计过程中，由于设计人员之间的能力、分工及交流问题，影响了开口和通路的标定位置及不同构件之间开口接合性差，导致电气及给排水工程工期延长，影响整体的建设工期，造成经济损失。

1.2  成本问题

现阶段装配式构件设计的总体思路为“等同现浇”，与传统的现浇方式不同，装配式构件需要在构件厂进行生产，涉及到模具设计、钢筋下料、混凝土浇筑、预留预埋、养护、脱模起吊和场地堆放等一系列的工序[2]，各道工序之间的联系紧密相关。从模具设计方面来说，通常需要设计多样化及合理化的构件模具。但在实际过程中，由于定制构件的尺寸和外形差异，模具的刚度和强度难以得到保证，导致模具的使用和制造成本的上升，模具的使用价值降低。此外，由于构件厂商生产批次的差异，上一批用于生产的模具往往不能用于下一批构件的生产，模具不能合理的循环利用，导致了构建的模具生产成本一直居高不下。

1.3  生产计划问题

定制装配式构件往往都是非标准型构件，同一生产批次的构件在种类及尺寸方面存在差异。因此构件的生产时间一般都不固定，难以确定一个统一的生产节奏;由于构建种类差异，所需要的模具也有差异，不利于开展大规模的流水作业形式及对生产质量的控制;此外，由于构件厂地理位置的限制，生产构建所需的原材料成本也有差异，若构件原材料不易购买或运输，则会导致生产进度延缓，从而影响整个的施工进度和质量。

2 基于BIM的装配式构件设计流程优化

2.1  对装配式构件信息处理优化

基于Revit平台创建装配式构件构件库。构建构件准确尺寸的三位模型是构件库的关键，特别是复杂构件的细部尺寸及精细模型，要重点建立。在构建好构件族文件后，在Revit中的项目属性中完善构件的信息。完成构件模型的构建后，要对其进行分类，装配式结构在分类上和传统结构类似，总体上可分为装配式框架结构、剪力墙结构和框架-剪力墙结构[3]，根据构件位置、作用、尺寸及钢筋布置的不同将构件模型分配给不同的构件库。

为了保证在后续的调用及布置过程中方便使用，鉴于工程量清单中的项目编码，对应于构件来说也可以采用统一编码来加以区分。与项目编码类似，构建编码必须保持唯一、合理、简明的原则。

利用RevitAPI功能采集与编辑构件模型中的信息，通过利用SQL语言将这些信息储存到专属的MySQL数据库中。

2.2  对装配式构件设计处理优化

BIM三维模型具有可视化的特点。基于这一特点，利用相关软件对构件模型的钢筋布置，细部构造进行设计优化。利用BIM的碰撞检查功能，能够以较便捷的方式查找出组装构件之间发生冲突的节点、接口错位及碰撞位置，如构件模型中连接钢筋的咬合程度、预留洞口的位置偏离程度、构件拼接偏移程度及尺寸错误等问题并进行修复优化处理。

通过BIM相关软件，还可以对构件吊装、施工荷载、结构的整体性强度进行演算优化，保证构件的强度达到标准。利用Revit算量插件可对构件进行钢筋、混凝土及其他材料的算量及造价整合，能有效优化构件的成本，提高生产力。

在专属MySQL数据库中的schemata表中有所有提前录入的构件的信息，可以使用MySQL的show命令查看，通过不同权限的账户去查看表并获得相关权限下的数据（即不同类型的构件的信息），使不同的管理人员负责不同类型的构件模型的设计与进一步生产，提高构件模型设计生产的效率。

2.3  装配式构件的虚拟仿真安装

BIM具有虚拟仿真漫游功能。基于这一功能，结合VR/AR技术与设备，实现对构件模型的动态漫游，使对构件模型有更加真实的体验，技术人员对构件进行虚拟仿真安装实验，直观检查构件的尺寸、细部构件并快速找出其中存在的错误，同时能测试装配式建筑整体强度，减少构件二次生产的次数，降低制造成本。

虚幻引擎4，是由Epic Game 公司研发的一款游戏引擎软件。从 2015 年 3 月开始对使用者免费开放使用。其具备强大的互动性、自然逼真的画面效果等优势，与建筑三维展示要求相符合[4]。利用虚幻引擎的像素流送功能，通过云端服务器搭建构件渲染数据库。不同技术人员可以通过设备终端如PC、平板电脑或手机在线查看构件信息及渲染数据，实现远程的动态交互式体验。

3 结语

综上所述，BIM技术及VR/AR等先进信息技术为装配式构件设计生产流程提供了所需要的一系列的技术支持，从而保证了构件在设计生产中的完整性、准确性及合理性，为装配式建筑行业的发展提供了动力。所以，在将来对构件设计和生产过程中，需要相关的设计人员和生产人员对BIM技术保持重视并加以高效的利用，在装配式构件设计生产流程优化方面进行进一步的深入探究与摸索，全面的提高在装配式建筑领域的应用水平。

参考文献

[1]李昊，胡慧，宋婷婷.BIM技术在装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和物联网技术的装配式构件协同管理方法研究[D].广东工业大学，2018.

[3]胡希冀.基于BIM的装配式结构构件库创建研究[J].四川水泥，2018（4）：312-312.

[4]冯骋凌.基于UE4虚拟现实交互技术应用的室内感知觉研究[D].山西大学，2020.

作者简介：

陳宏力（2000—）男，汉族，安徽宣城人，单位：安徽财经大学管理科学与工程学院，本科，工程造价专业。

本文系安徽财经大学大学生创新创业训练计划资助（项目编号：S202110378563）项目研究成果所有权归属安徽财经大学。