姜瀚淇 戰(zhàn)美秋 崔新杰 許偉業(yè) 彭基娜
【摘? 要】從裝配式建筑正向設(shè)計的出發(fā)使用BIM技術(shù),可使BIM技術(shù)及正向設(shè)計優(yōu)勢得到更好的發(fā)揮。構(gòu)建并推廣裝配式建筑正向設(shè)計軟件平臺可顯著推動BIM正向設(shè)計的全過程應(yīng)用,更好的將正向設(shè)計理念與裝配式建筑相結(jié)合,促進建筑綠色建造的快速發(fā)展。
【關(guān)鍵詞】裝配式建筑;正向設(shè)計;軟件平臺研發(fā)
引言
目前的BIM設(shè)計流程為CAD二維施工圖紙設(shè)計完成后,由BIM建模人員將二維施工圖轉(zhuǎn)換為三維BIM模型,稱為“BIM逆向設(shè)計”,目前絕大多數(shù)設(shè)計過程都采用“逆向設(shè)計”?!罢蛟O(shè)計”是基于BIM技術(shù)的“先建模,后出圖“的設(shè)計方法”,直接從三維BIM模型入手,減少設(shè)計過程中的工作反復(fù),大大提高設(shè)計與構(gòu)件生產(chǎn)效率。
1.正向設(shè)計優(yōu)勢特點
1.1發(fā)揮設(shè)計師的創(chuàng)造力提高設(shè)計效率
傳統(tǒng)的正向設(shè)計中,設(shè)計師的大部分精力都在二維圖的繪制與修改上,而正向設(shè)計可讓設(shè)計師更多地精力用于設(shè)計本身,專注于設(shè)計優(yōu)化與創(chuàng)作,給設(shè)計師更廣闊的發(fā)揮空間。
1.2各專業(yè)實施協(xié)同設(shè)計與全過程管理
BIM模型中將包含各方面的設(shè)計相關(guān)信息,主要以信息載體,信息量遠大于圖形的信息量,利用BIM模型可進行信息的實時共享,提高溝通效率。
1.3設(shè)計問題前置化預(yù)判后期施工風(fēng)險
利用BIM技術(shù)可視化模擬后期建造過程,將設(shè)計在施工時會遇到的問題前置,預(yù)先模擬施工,提前預(yù)判風(fēng)險并解決,更好的服務(wù)于施工過程,保證施工的質(zhì)量與安全。
1.4信息存儲深度提高
BIM正向設(shè)計的工程量信息可根據(jù)時空維度、構(gòu)建類型等匯總、拆分、對比分析等快速提取與篩選,也可以在不同的時間節(jié)點增多信息,相比傳統(tǒng)設(shè)計流程,其信息的完整性大大提高。
2.裝配式建筑正向設(shè)計軟件平臺研發(fā)意義
建筑工業(yè)化已經(jīng)成為我國建筑行業(yè)發(fā)展的重要目標(biāo),更是綠色建造發(fā)展和建筑產(chǎn)業(yè)升級的必經(jīng)之路。目前,BIM技術(shù)設(shè)計普遍采用“翻模”思路為主,導(dǎo)致了BIM技術(shù)在裝配式建筑的應(yīng)用優(yōu)勢并不突出。從正向設(shè)計出發(fā)應(yīng)用BIM技術(shù),研發(fā)裝配式建筑正向設(shè)計軟件平臺,使基于BIM技術(shù)的正向設(shè)計在裝配式建筑工程當(dāng)中得以廣泛的應(yīng)用,對我國建筑工業(yè)化的快速發(fā)展意義重大。
3.軟件平臺設(shè)計要點與技術(shù)手段
3.1建筑結(jié)構(gòu)建模
利用Revit軟件分析建筑結(jié)構(gòu)計算模型BIM數(shù)據(jù),并將其在管理結(jié)構(gòu)當(dāng)中運用。部分非幾何信息內(nèi)容比較廣泛,需結(jié)合實際情況調(diào)整設(shè)計信息,為設(shè)計人員實踐操作提供便利。為了提高Revit軟件BIM模型的兼容性,需使用Revit內(nèi)部自帶的建模邏輯開展操作。針對建筑結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)墻與板等因素,則可以選用Revit中的墻、板系統(tǒng)族。
Revit軟件內(nèi)部結(jié)構(gòu)非幾何信息表達的內(nèi)容較少,故非幾何信息必須要在開發(fā)過程中輸入到系統(tǒng)。Revit軟件可利用對話框形式將得到的結(jié)構(gòu)設(shè)計總信息輸入,同時,為了提高人員操作的熟練度,界面設(shè)計和GSSAP要盡量保持相同。
Revit軟件內(nèi)部包括軸網(wǎng)輸入模塊輸入軸網(wǎng)信息,為了提高建模速度,Revit軟件要以結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的傳統(tǒng)方式輸入為基礎(chǔ),進行墻、柱、梁等相關(guān)輸入模塊的開發(fā),在模塊輸入構(gòu)件截面尺寸信息即可完成結(jié)構(gòu)構(gòu)件模型的構(gòu)建,不考慮Revit軟件規(guī)定的族定義等內(nèi)容。
3.2建筑模型結(jié)構(gòu)計算
運用有限元分析軟件ABAQUS采用分離式建模方法,對水平荷載作用下的受力性能進行有限元數(shù)值計算,結(jié)合實驗結(jié)果分析結(jié)構(gòu)邊緣構(gòu)件配筋率、墻體配筋率、連接節(jié)點參數(shù)對整個體系抗震性能影響。為后續(xù)設(shè)計環(huán)節(jié)提供參考。
3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計
由于Revit軟件在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面比較弱,為保證設(shè)計的效率與效果,可在Revit主菜單中增設(shè)模型導(dǎo)入、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、構(gòu)件布置、荷載導(dǎo)入等子菜單,達到結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計的基本目的。利用GSRevit將構(gòu)件的幾何數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)總體數(shù)據(jù)以及荷載數(shù)據(jù)等全部輸入其中,確保在結(jié)構(gòu)計算用到的信息可在BIM模型中得到應(yīng)用,再利用BIM模型計算信息與建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件GSSAP結(jié)合展開結(jié)構(gòu)計算,最后取出GSSAP給出的數(shù)據(jù)以及有限元分析軟件SATWE等結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的計算結(jié)果,利用Revit軟件獲得建筑結(jié)構(gòu)施工圖紙,應(yīng)用在BIM模型擴展當(dāng)中。
3.4施工圖的生成
由于繪制施工圖的過程不統(tǒng)一,GSRevit軟件專門開發(fā)以墻柱梁板鋼筋為主體的標(biāo)記族、大樣族,用于施工圖的繪制。通過族參數(shù)可選擇繪圖習(xí)慣,提高軟件的適用性。繪制施工圖主要采用平面表示法,針對不同設(shè)計單位所使用的繪制方式存在差異,可將所了解的繪圖方法輸入到自動成圖軟件。設(shè)計人員在開發(fā)GSRevit軟件的過程中,按照需求開發(fā)出不同部件的施工圖族,得到完善的施工圖紙。利用GSRevit將結(jié)構(gòu)計算軟件所得出的結(jié)果讀取,再通過Revit的自動生成功能得到墻柱梁板模板與鋼筋施工的圖紙。生成GSRevit施工圖紙的過程中,配筋信息自動輸入結(jié)構(gòu)構(gòu)件,為后期結(jié)構(gòu)信息修改提供便利。
3.5預(yù)制構(gòu)件的生成
可在Navisworks Manage中定義操作過程先后順序,關(guān)聯(lián)各個部件節(jié)點,進行動態(tài)、靜態(tài)碰撞檢查后施工模擬仿真。傳輸構(gòu)件生產(chǎn)信息模型至預(yù)制構(gòu)件廠,依據(jù)進度安排預(yù)制構(gòu)件制作及運輸計劃。
4.正向設(shè)計平臺在方案設(shè)計、施工階段應(yīng)用?
(1)BIM正向設(shè)計軟件平臺以BIM正向設(shè)計全套集成技術(shù)為基礎(chǔ),具備建筑設(shè)計可視化、數(shù)據(jù)信息傳遞等功能,可把建筑形體與環(huán)境有效地緊密地結(jié)合在一起,對建筑功能進行更加深入可視化分析與優(yōu)化。
(2)直接利用可視化平臺進行裝配施工方案裝配細部節(jié)點模擬、進度模擬等,降低各專業(yè)在后期的設(shè)計變更,保證設(shè)計精細化,降低項目管理風(fēng)險,并同時聯(lián)動實現(xiàn)從構(gòu)件設(shè)計、制作、運輸、裝配全階段的造價控制。
(3)除滿足機電專業(yè)本身出圖、碰撞檢查、管線排布優(yōu)化和機房布置等常規(guī)設(shè)計外,更可直觀的設(shè)計階段優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件上的穿管、開洞、點位、預(yù)埋線管等,在三維模型中一目了然,解決了傳統(tǒng)CAD設(shè)計過程中二維圖紙傳遞信息不直觀、信息不及時等弊病。
5.結(jié)語
本文敘述了裝配式正向設(shè)計平臺的研發(fā)流程與應(yīng)用優(yōu)勢。正向設(shè)計平臺的研發(fā)是裝配式建筑建造過程的應(yīng)用必然趨勢,其對突破裝配式建筑發(fā)展瓶頸,發(fā)揮裝配式建筑高效建造的優(yōu)勢,促進自主知識產(chǎn)權(quán)底層平臺軟件研發(fā),驅(qū)動裝配式建筑創(chuàng)新發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。
參考文獻
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項目基金:2020年度吉林省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目《裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)可視化正向設(shè)計與施工》(項目編號:202010191074)。