基于BIM 技术的装配式建筑装修一体化设计及措施探讨

王 林 陈孟鸿 钟 伟 谭 超 周 伟

装配式建筑作为新型建筑之一，具有节能环保、建造速度快和生产成本低等优势，得到社会各界的广泛关注，我国逐渐加大了对装配式建筑的推广力度。与国外相比，我国装配式建筑行业起步较晚。早期的装配式建筑样式呆板、内容单一，后来在建筑工业技术的推动下逐渐变得灵活多样，实现了业主的个性化需求。建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）作为一种先进的建造技术，是建筑工业进步的产物。在装配式建筑装修设计中，科学、合理的运用BIM技术，有利于提高装配式装修一体化设计的效率，为装配式部品准确安装奠定良好基础，推动装配式建筑向着精益化方向发展。

1 基于BIM 技术装配式建筑装修一体化的设计目标及流程

1.1 一体化设计目标

在装配式建筑装修设计过程中，方案设计对后期的物料运输、部品构件生产以及成本造价控制具有直接影响。因此，在方案设计阶段就需要引入BIM 技术，根据装配式建筑的装修特点构建基础信息模型，有利于实现BIM 信息的全周期应用，促进项目效益的最大化[1]。BIM 技术在装配式建筑装修一体化设计中的应用，需要实现以下目标：

1）参数化设计。通过参数化平台快速生成设计方案，并通过方案比选确定最佳方案，围绕现场结构空间数据快速搭建BIM 模型。

2）可视化设计。立体、直观的展现设计内容，对方案进行优化设计，提升设计品质。

3）性能化分析。分别从光学、热工和声学角度优化室内空间格局、室内照明和部门材料。

1.2 一体化设计流程

在装配式建筑装修设计过程中运用BIM 技术，将Revit 作为核心设计工具，而BIM 模型主要作为承载每一个部品构件详细信息参数的载体，贯穿于装配式建筑装修整个设计周期。基于BIM 的装配式装修设计工作流程如下：根据装配式建筑装修概念方案，结合二维图纸和实体模型等资料设计初步方案；利用BIM 数据资源库及参数技术，快速搭建BIM 模型，并通过BIM 软件和其他软件检测BIM 模型，便于修改方案[2]。

2 基于BIM 技术装配式建筑装修一体化的前期方案设计

2.1 数字化数据采集与分析

现场精确的数据采集是实现装配式建筑装修设计的基础。传统建筑装修数据的采集主要依赖测距仪、经纬仪以及卷尺等工具，此类信息采集方式精确度不足，且采集效率较低，难以满足装配式建筑装修设计需求。三维激光扫描技术作为点云立体扫描技术，具有全自动、高精度的特点。

在装配式建筑装修设计中，运用三维激光扫描技术进行测量时，首先在被测房间确定三维激光扫描仪放置的位置和数量，确保能够实现360°全方位的数据采集，具体包括房间开间、净高、进深、墙面平直度及地面平整度等。其次，将采集的数据导入计算机，通过配套软件的各类功能（降噪、拼接、渲染等）将数据处理成完整、清晰的三维点云，再将点云数据导入BIM 模型，形成点云模型。最后，设计人员根据原有图纸创建内装原始结构的BIM 模型，与三维点云模型叠加并进行精度对比，然后科学、合理的调整模型[3]。

2.2 装配式建筑装修初步方案设计

装配式建筑装修初步方案设计要根据项目设计条件，从方案需求和功能出发，利用BIM 建模软件，发挥其可视化程度高和协同性强的特点，创建装配式建筑装修初步方案模型，以此充分展现设计意图，实现多样化功能。具体操作如下：在基本套型或者基本单元设计完成后，运用GH Python能够快速组合平面，并筛选出最佳的组合模型；在获得户型总面积及其他功能区面积（客厅、餐厅、卧室等）后，能够快速获得标准户型轮廓；根据房间面积及长宽比，能够快速获得功能分区。

2.3 装配式建筑装修可视化设计

在装配式建筑装修设计过程中，BIM 主流软件中的Revit 作为核心工具，可以清晰划分模型层级，创建二维与三维联动模型。同时，还具备丰富的列表工具，可以帮助设计师更好的调整、优化和展示装配式建筑的装修模型[4]。在实际设计过程中，一方面，设计师可以通过相机位置设定，以不同视角推敲方案的各装饰节点，细化方案内容，提升方案品质；另一方面，设计师可以通过渲染软件或插件进行图形渲染，使其更加接近真实图像，便于调整和优化细部造型、饰面材料及色彩。

3 基于BIM 技术装配式建筑装修一体化的设计措施

3.1 参数化平台搭建

在装配式建筑装修设计中，参数化平台是实现具体功能的基础平台。2019 年，Rhino.Inside.Revit（RIR）插件发布，使得原搭载于Rhino 中的参数化平台Grasshopper 可以直接参与到Revit 模型创建中，增加了模型转化效率和准确性。可以将Grasshopper—Rhino.Inside.Revit—Revit 作 为 基 础 工作平台，实现装配式建筑装修一体化设计。在装配式建筑装修BIM 模型创建的过程中，可以运用Grasshopper 平台，利用RIR 插件将运算成果实时传输至Revit 软件界面，并同步至Rhino界面，用户可以利用Revit 软件开发的运算器组调整参数，进而获得合理的模型形态[5]。

运用Grasshopper 创建BIM 模型流程如下：第1，利用RIR 插件中不同层级的模型提取运算，按照类别、族、类型及实例自上而下的结构提取元素和数据，同时按照需求合理筛选提取的数据。第2，根据装配式建筑装修相关规范与标准，结合工程实际情况，明确各部品部件与原始结构间的关联属性，通过运算器及Python 代码创建装配式部品部件的布置规则，并根据布置规则生成模型定位线（点）的初步布置结果。第3，在装配式部品部件模型初步定位线（点）初步布置规则上，利用可视化软件调整输入参数，使得复杂条件下的定位线更加准确、合理。第4，利用RIR 中的运算器根据定位线（点）读取并载入装配式部品部件模型，创建装配式建筑装修Revit 模型。

3.2 墙面系统设计

装配式墙面系统是指由工厂生产装饰面材、基材、功能模板以及构配件，经现场组合安装而成的集成化墙面产品。在装配式内装墙面工程中，装配式墙板挂装经常使用横向轻钢龙骨和连接件组合。装配式墙面系统设计主要包括既有装配式墙面系统和装配式隔墙设计，其中，既有装配式墙面系统使用膨胀螺栓直接将轻钢龙骨固定在原有建筑墙体上，装配式隔墙设计直接固定横向和竖向轻钢龙骨，以此形成装配式隔墙的承重系统。

装配式墙面系统设计过程如下：第1，设计师通过RIR 中的运算器获得墙体、柱子和门窗等信息并进行转化，使其形成几何图形，为装配式墙体结构创建提供各元素的物理坐标。第2，按照标准规范要求，利用Anemone 循环插件设置轻钢龙骨排布间距，通常情况下≤600 mm，以此获得横向轻钢龙骨的定位线。合理调整优化轻钢龙骨初始定位线，在窗洞口上下两侧、门洞上侧增加横向轻钢龙骨，要求超出洞口两边各100 mm，同时生成纵向型材定位线。第3，要充分考虑装配式内装墙面板的出材率，将墙板排布标准宽度设置为900 mm。非标准板布置于洞口两侧和入门的进深处，宽度≥200 mm。定位线基本确定后，要优化开关、插座、电器加固板以及出水口等处的细节。例如，开关、插座的优化，要在其上下新增龙骨进行加固，横向轻钢龙骨需避开开关与插座位置的调整定位线。另外，定位线优化完成后，要根据定位线数据生成装配式墙面饰板，并确定墙板定位坐标。第4，运用RIR 中的运算器载入横向轻钢龙骨、墙板和纵向收口型材等装配式墙体构件族，生成墙面系统Revit 模型，并输出各模型族传输数据，如表1 所示。

表1 装配式墙面系统输出参数

3.3 吊顶系统设计

装配式吊顶系统主要由吊筋、龙骨与装饰面板3 部分组成，通过卡口连接主龙骨与副龙骨、龙骨与装饰面板。装配式吊顶设计过程中，经常采用模块化设计方案，因此吊顶中可以集成安装照明模板、取暖模板以及换气模块。建筑居室空间、卫生间、厨房和阳台等通常采用装配式吊顶，主要类型包括轻钢龙骨铝扣板吊顶、集成吊顶以及轻钢龙骨矿面板吊顶。

装配式吊顶系统设计过程如下：首先，设计师提取原始房间的轮廓线，吊顶标高可以作为装配式吊顶系统生成的初始基线。其次，获取吊顶饰面板尺寸，以此为依据设置龙骨间距，生成主次龙骨定位线。通过Anemone循环插件判断边缘饰面板尺寸是否适宜，合理调整龙骨定位线。然后，根据吊顶结构定位线生成饰面板，包括标准饰面板和非标准饰面板，并准确输出其定位坐标。同时，选择合适的位置，合理置入新风模块、照明模块和取暖模块等。最后，运用RIR 中的运算器载入主龙骨、次龙骨、规则及不规则吊顶饰面、吊筋、边缘收口型材以及吊顶功能模块等装配式吊顶构件族，生成吊顶系统Revit 模型，并输出各模型族传输数据，如表2 所示。

表2 装配式吊顶系统输出参数

3.4 地面系统设计

装配式架空地面系统主要由地面支撑器、结构层与面层3 部分组成。安装装配式架空地面系统时，利用支撑器调节架空地面的高度，达到统一高度后，在其上部安装刨花板、硅酸钙板等结构受力板，然后铺设饰面材料。对于采暖、排水及电气等管线设备，可以设置在架空空腔内。按照支撑方式分类，装配式装修地面系统可以分为龙骨架空式地面、模块架空式地面和支撑架空式地面。按照饰面材料分类，装配式装修地面系统可以分为瓷砖架空地面、地毯架空地面和木地板架空地面。按照是否集成采暖模板分类，装配式装修地面系统可以分为采暖架空地面和非采暖架空地面。

装配式架空地面系统设计过程如下：第1，设计师首先提取原始房间的轮廓线，作为装配式地面系统生成的初始基线。第2，根据房间轮廓线确定房间的最长边，将其作为初始线，按照400 mm间距生成支撑器定位点，并优化房间边界线上的支撑器定位点，判断定位点阵中最外侧的点与房间轮廓线的最短距离。若超过200 mm，则需要新增一排定位点，将其设置在该行（列）支撑器定位点的外侧。第3，在调平层铺设欧松板，平面尺寸为1200 mm×2400 mm、厚度为18 mm，上方设置平衡板，若有地暖模块，应将其设置在欧松板与平衡板之间。饰面层尺寸通常为600 mm×600 mm、300 mm×300 mm，铺设过程与调平层类似。此外，还要充分考虑基层板、饰面板材等的加工效率和利用效率，保证调平层与饰面层摆布方案最为经济，进而生成调平层与饰面层材料铺设定位点。第4，运用RIR 中的运算器载入地面系统构件族，生成地面系统Revit 模型，并输出各模型族传输数据，如表3 所示。

表3 装配式地面系统输出参数

4 结语

BIM 技术在装配式建筑装修一体化设计中具有至关重要的作用。在装配式建筑装修一体化设计过程中，要充分发挥BIM 技术模块化及可视化功能，明确装配式装修建筑一体化设计目标和流程，做好装配式建筑装修一体化前期方案设计，采取有效的设计措施，不断提高装配式建筑装修设计水平，推动我国装配式建筑装修行业不断发展。