BIM 在装配式内装工程管理中的有效应用

邓履冰

(贵阳南明城市滨河投资发展有限责任公司)

装配式建筑的墙板、叠合板、梁柱、门窗通常具有统一的设计规格，借助BIM技术建立建筑模型、模拟吊装流程，并且为后续的内装设计与施工创造便捷的条件。在内装工程管理中，BIM 技术具有多方面的应用价值，如设计装饰方案、优化材料选型，故结合真实的工程项目探索其应用方法。

1.装配式建筑与BIM 技术的结合点

从宏观层面来看，装配式建筑与BIM 技术的深度融合，其结合点在于它们共同促进了建筑行业的数字化转型。具体来看，装配式建筑项目在设计和规划阶段，相关工作人员可以运用BIM 技术，创建详细的三维建筑信息模型，并通过BIM 软件内置的keyshot、c6d 等渲染软件，在BIM平台上绘制装配式建筑实景图，方便设计人员以及相关工作人员对装配式建筑风格、外观、与周围环境融合度，形成较为直观的印象。此外，BIM 技术还为建筑行业从业人员提供了一个数字平台，促进设计师、工程师、建筑师以及装配式建筑制造商之间的多方协同工作，这种多方协同的工作机制，与装配式建筑施工流程十分契合，能够显著提高装配式建筑施工效率（详见表1）。

表1 BIM数字化平台与装配式建筑流程结合点

2.工程概况

某别墅群项目采用预制装配式施工方案，其预制构件包括墙板、屋面板、预制梁、预制柱、预制叠合板、门窗、楼梯、阳台等。预制构件在标准化的工厂内进行生产，相应的生产系统涵盖标准台模、布料机、翻转台、磨平机、混凝土给料机、立体蒸养房，能够保证各类钢筋混凝土预制构件的生产质量。以别墅群中的单体别墅为例，共分为三层，第一层高度为3.4m，第二层高度为3.2m。别墅屋面设计为坡顶，檐口的设计标高为9.6m。

3.BIM 技术在内装工程管理中的应用方法

3.1 基于BIM 技术的室内装饰方案设计与建模

3.1.1 主体结构建模

（1）基于Revit 软件的建模流程

运用Revit 软件构建建筑物的三维可视化模型，其建模流程为创建标高→创建网轴→绘制图元→信息标注→渲染。在以上流程中，绘制图元属于核心步骤，要求建模人员在结构平面中绘制墙体、梁柱、基础、屋面，再绘制出门、窗、室内家具[1]。

（2）标高和轴网创建

标高设置在立面视图中，点击软件中的“常用”按钮，再点击“标高”按钮，即可进行标高设置，应按照该别墅的设计图纸确定标高。轴网设置在软件中的“建筑”选项卡下，轴网由若干条横纵交错的线段组成，先确定单条线段的起点，再拖曳鼠标，将线段连接至终点，即可形成一条轴网线段。

（3）绘制墙、梁构件

该项目为预制装配式结构，外墙板、内墙板、结构梁均采用预制钢筋混凝土构件，建模时可创建墙板和结构梁的标准化组件。在汉化的Revit 软件中，点击“结构”选项卡，在其中选择“梁”选项，进而设置梁的属性，使用鼠标点击起点，拖曳至终点，完成梁体绘制。

墙体绘制方法与梁结构类似，先后点击“建筑”→“构建”→“墙”三个选项卡，可在视图中拾取两个点完成墙体绘制，墙体参数的编辑在图元属性对话框中。

（4）绘制门、窗构件

在完成墙体建模之后，在软件的“构建”选项卡下点击“门”或者“窗”。在墙体上确定门窗构件的大致位置，再对其尺寸大小、标高、水平位置进行精确设计。

（5）绘制屋顶

先后点击“建筑”“屋顶”“迹线屋顶”三个选项卡，创建相关的绘图界面，在该界面中确定楼层边界，再绘制出楼板的轮廓，与墙体形成封闭结构[2]。

（6）添加家具族

家具是室内装修的重要组成部分，在Revit 软件中，通过“载入族”的方式引入家具构件，其中包括沙发、床、灯具等各种室内组件。

3.1.2 室内装饰方案设计

（1）基于BIM 的室内装饰设计方法

在建立主体结构模型之后，利用BIM 技术进行多样化的室内装饰方案设计，同时结合VR 技术，展示装饰设计的效果，设计方法的实现流程如图1 所示。

图1 BIM技术结合VR技术展示装饰设计方案的实现流程

（2）基于BIM 技术的多样化装饰风格设计要点

利用Revit 软件进行室内装饰方案设计时，可分为三个基本步骤。

第一步为创建透视图：在软件中打开某个视图界面，使其铺满电脑显示屏；在“视图”选项卡下点击“创建”按钮，再依次选择“三维视图”和“相机”选项卡，放置并调整相机的视点和视口。

第二步为材质替换：室内装修设计需要借助不同材料形成装饰风格，包括瓷砖、涂料、玻璃砖、石块以及其他装饰材质，Revit 软件中设计有专门的材质库，称为Architecture，其中可选择材质，同时设置材质的颜色[3]。

第三步为渲染：点击“视图”、“渲染”选项卡，即可根据设计方案形成可视化的装饰效果。

（3）室内装饰初步设计方案

该项目在初步的装饰设计阶段，创建了4 种装饰风格，分别为新古典、新中式、北欧风、极简风，各种设计方案的特点见表2。

表2 四种室内装饰设计初步方案

3.1.3 装饰方案对比及选型

初步设计阶段提出了4 种设计方案，为了确定最佳方案，研究过程从美观性、舒适性、经济性、安全性四个角度出发，对4 种方案进行评价。

（1）指标体系构建

针对美观性设计4 个指标，分别为色彩协调性(C11)、室内物品搭配与陈设(C12)、装饰材料选择(C13)、设计时建议(C14)。

针对舒适性设计3 个指标，分别为人的最佳届时状态(C21)、物品的最佳届时状态(C22)、室内空间布局(C23)。

针对经济性设置6 个指标，分别为空间有效利用率(C31)、工艺和材料价格(C32)、装修时间(C33)、装修公司规模(C34)、施工管理水平(C35)、造型艺术复杂性(C36)。

针对安全性设置4 个指标，分别为采光通风效果(C41)、环保性能(C42)、防尘防火性能(C43)、施工工艺技术(C44)。

（2）专家打分

各个指标对装饰效果的影响存在差异，研究过程邀请8 为专家对指标进行打分。打分标准为1.0(较好)、0.8(好)、0.6(一般)、0.4(较差)、0.2(差)，打分结果见表3。指标C32 和C33 可通过BIM 技术进行估算，4 种方案的C32 预测结果分别为70488 元、69750 元、69012 元、71472 元，装修时间（C33）分别为25 天、23 天、24 天、23 天。

表3 针对评价指标的专家打分均值

（3）指标归一化处理

利用以上指标的取值建立一个矩阵D，由于C32 和C33 的取值较大，与其他指标存在明显的差异。为了统一计算量纲，对指标进行归一化处理，具体方法如式（1）。

式中：xi(k)为第k 类指标中的第i 个取值，yi(k)为该指标归一化处理后的结果；ak为第k 类指标中的最大值；bk为第k 类指标中的最小值。经过处理之后，所有指标的取值均在[0.0,1.0]之间[5]。

（4）计算指标权重

利用灰色关联系数法计算各指标的权重，以便对各种设计方案进行量化打分。该方法的实施关键是构建灰色关联系数矩阵E，其数学表示方法见式（2）。

式中：ζ1(1)～ζm(n)称为灰色关联系数。以ζ1(1)为例，其对应的归一化指标数值为0.5、0.0、0.0、1.0、1.0，ζ1(1)的计算方法见式（3）。

式中：参数λ 为分辨系数，取值为0.5；x0(k)为第k类指标的第1 个取值；xi(k)为第k 类指标的第i 个取值，为第k 类指标两两相减后取绝对值的最小值[5]；为第k 类指标两两相减后取绝对值的最大值，k=1,2,3,...,17。按照以上原理，可得到ζ1(1)=（0+0.5）/（|1-0.5|+0.5）=0.5。再计算出其他模糊关联系数，可得到模糊关联矩阵。求出模糊关联矩阵E 的特征向量，记为W={w1,w2,...,wn}，则该向量中的元素即为对应指标的权重。该项目17 个二级指标的权重计算结果为0.066、0.060、0.045、0.066、0.117、0.111、0.069、0.038、0.046、0.037、0.029、0.025、0.037、0.086、0.088、0.036、0.043。

（5）确定最佳设计方案

根据R=W×ET求出4 个方案的灰色加权关联度，其中T 表示转置操作。结果为R=（0.571,0.645,0.638,0.728），4个数值分别对应方案1～方案4 的评价结果，数值越大，代表设计效果越理想。可见，方案4 对应的评价结果为0.728，为4 个数值中的最大值，为最优设计方案。

4.研究结果结论

根据上文的研究内容，可总结出BIM 技术在内装工程设计阶段的应用场景，并得出以下基本结论。

（1）在制定内装工程的设计方案之前，应该先利用BIM 技术构建装配式建筑的主体结构模型，包括基础、外墙、内墙、结构梁、屋面、门窗以及其他主要构件。

（2）在完成主体建模之后，利用软件设计室内装修方案，确定内装风格、材料选型、颜色搭配。

（3）当产生多个方案时，可利用灰色关联分析法对方案设计效果进行量化评价，进而确定最优设计。相应的评价指标包括舒适性、经济性、美观性以及安全性，每个指标还可进行细分。

5.结语

该项目为装配式建筑，作为别墅工程，其对内装设计效果提出了较高的要求。可借助BIM 技术建立建筑物的主体结构模型，并在其基础上设计内部装饰风格，模拟材料选型、色彩搭配、风格定位。研究过程初步设计了4 种装修风格，包括新中式、新古典、北欧风以及极简风，借助灰色关联分析法确定了最佳的设计方案。总体而言，BIM技术在内装工程管理设计阶段的主要价值体现于制定多样性的方案，在确定最优方案时，可引入量化评价方法，如灰色关联分析法。