沈 立 森

(石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系，河北 石家莊 050081)

裝配式建筑的工程成本一直是生產(chǎn)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn).預(yù)制構(gòu)件作為裝配式建筑的基本單元，其工程量與工程成本有直接關(guān)系.因此，準(zhǔn)確計(jì)算預(yù)制構(gòu)件的工程量便成為裝配式建筑工程成本控制的關(guān)鍵.隨著國家對裝配式建筑的大力推廣，特別是BIM(建筑信息模型)技術(shù)的出現(xiàn)，極大地促進(jìn)了裝配式建筑行業(yè)的發(fā)展，研究人員對裝配式建筑的工程量進(jìn)行了研究，如文獻(xiàn)[1]對輕型裝配式建筑的建模規(guī)則進(jìn)行了研究，利用自主研發(fā)的外部模塊導(dǎo)出了構(gòu)件的工程量信息；文獻(xiàn)[2]通過BIM軟件，對裝配式建筑的自動(dòng)化算量進(jìn)行了研究；文獻(xiàn)[3]通過建立BIM模型，基于Revit的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件工程量的自動(dòng)提??；文獻(xiàn)[4]通過BIM技術(shù)對節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)體系、協(xié)同設(shè)計(jì)、工程量統(tǒng)計(jì)、施工模擬等進(jìn)行了設(shè)計(jì)與優(yōu)化.利用BIM技術(shù)，通過相關(guān)軟件進(jìn)行裝配式建筑工程量的統(tǒng)計(jì)具有一定的可行性，雖然這比人工手算方法具有明顯的優(yōu)勢，但仍存在很多缺點(diǎn)，比如鋼筋模型的繪制不僅工作量大，建模過程復(fù)雜，效率低，而且對計(jì)算機(jī)的配置要求較高，在大體量的BIM建模過程中經(jīng)常出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象；建立模型需要專業(yè)人員參與，而工程量統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性在很大程度上依賴于建模的精度.因此，研究一種簡單、實(shí)用、精確的裝配式建筑構(gòu)件工程量統(tǒng)計(jì)方法尤為必要.本文以石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院與河北麗建麗筑集成房屋有限公司合作研發(fā)的全裝配預(yù)制混凝土模塊建筑體系(以下簡稱“LZPC建筑體系”)為基礎(chǔ)，闡述該體系的構(gòu)件分類和特點(diǎn)，介紹工程量統(tǒng)計(jì)軟件的總體設(shè)計(jì)方案、構(gòu)件布置原理和工程量統(tǒng)計(jì)方法，從而避開BIM模型建立的復(fù)雜過程，減小模型繪制的工作量，為裝配式建筑的成本控制提供數(shù)據(jù)支持.

1 LZPC建筑體系簡介

LZPC建筑體系具有模數(shù)化特點(diǎn)，通過不同種類構(gòu)件的自由組合，可形成多樣化、個(gè)性化的裝配式建筑戶型.由該體系建造而成的“鹿港壹號院”(河北雪龍機(jī)械制造有限公司投資，清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院規(guī)劃設(shè)計(jì)，河北麗建麗筑集成房屋有限公司生產(chǎn)、建造、運(yùn)營的綠色建筑園區(qū)，由6種國內(nèi)領(lǐng)先的建筑體系建造而成的5棟新中式別墅和雨水花園節(jié)能體系構(gòu)成，采用全裝配預(yù)制混凝土、裝配式混凝土復(fù)合墻、輕鋼結(jié)構(gòu)、預(yù)制混凝土空心模剪力墻、預(yù)制輕混凝土承重凹槽大板等不同的新型建筑結(jié)構(gòu)體系技術(shù)建設(shè)而成，并配備了完善的地源熱泵及新風(fēng)系統(tǒng))6#樓首層模型見圖1.

圖1 “鹿港壹號院”6#樓首層模型

LZPC建筑體系的構(gòu)件共分4類，分別為梁、樓板、墻體和構(gòu)造柱，各類構(gòu)件均包含多種尺寸規(guī)格，具體情況見表1.

表1 LZPC建筑體系的構(gòu)件分類

2 工程量統(tǒng)計(jì)軟件總體設(shè)計(jì)

進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，以LZPC建筑體系為基礎(chǔ)，以梁施工布置圖為依據(jù)，提取梁線的起止坐標(biāo)，利用AutoCAD繪圖工具和VB(Visual Basic的簡寫)編程設(shè)計(jì)語言，結(jié)合構(gòu)件的模數(shù)化特點(diǎn)與數(shù)量關(guān)系，完成各類構(gòu)件的布置和工程量的統(tǒng)計(jì).

軟件由1個(gè)主界面和兩個(gè)附屬界面組成.主界面可通過Show方法調(diào)用附屬界面，主界面包括主窗口、菜單欄和工具欄，見圖2.附屬界面由定義門、定義窗組成，見圖3.

圖2 軟件主界面截圖

圖3 軟件附屬界面截圖

3 工程量統(tǒng)計(jì)軟件功能設(shè)計(jì)

3.1 自由選擇布置

軟件提供自由選擇布置功能，以方便對各種構(gòu)件進(jìn)行自由組合.例如，軟件在生成樓板后，默認(rèn)為橫向布置(這顯然不符合工程實(shí)際)，樓梯間的某些部位無需布置樓板.因此，增加了樓板刪除和方向切換功能，以方便選擇和布置構(gòu)件.

3.2 數(shù)量關(guān)系計(jì)算

對不滿足模數(shù)化特點(diǎn)的構(gòu)件(如角梁、構(gòu)造柱、梁蓋板等)可利用數(shù)量關(guān)系計(jì)算得出其總數(shù)量.例如，兩根直梁交點(diǎn)位置必然存在一根角梁，直梁與角梁連接處又必然存在一對梁蓋板，角梁下方必然存在一根構(gòu)造柱等等.因此，此類構(gòu)件不需要布置，僅通過數(shù)量關(guān)系計(jì)算即可得出結(jié)果.

3.3 區(qū)域識別放置

對于只能在特定區(qū)域放置的構(gòu)件，可通過區(qū)域識別代碼，自動(dòng)判斷是否滿足放置要求，例如，門窗必須依附墻體才能放置，因此，只有當(dāng)門窗位于墻體范圍內(nèi)時(shí)才可放置.

4 模數(shù)化構(gòu)件布置原理

4.1 梁

4.1.1 獲取數(shù)據(jù)

以“鹿港壹號院”6#樓首層為例來進(jìn)行分析.對梁施工圖中的梁線進(jìn)行篩選，利用AutoCAD中“工具”的“數(shù)據(jù)提取”功能，在選擇特性中勾選端點(diǎn)X、端點(diǎn)Y、起點(diǎn)X和起點(diǎn)Y這4個(gè)選項(xiàng)，以Excel形式導(dǎo)出坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，梁線坐標(biāo)數(shù)據(jù)見圖4.

圖4 梁線坐標(biāo)數(shù)據(jù)表截圖

4.1.2 設(shè)置VB環(huán)境

進(jìn)行VB環(huán)境設(shè)置時(shí)，首先，點(diǎn)擊“工程”的“引用”命令，勾選Microsoft Excel 16.0 Object Library選項(xiàng)；其次，在代碼窗口的通用對象中聲明Application對象、Workbook對象和Worksheet對象；再次，使用Set語句連接數(shù)據(jù)表[5].

4.1.3 布置梁

首先，聲明全局變量MaxLXrow，獲取梁線總數(shù)，即數(shù)據(jù)表文件的最大行數(shù)減1，代碼為MaxLXrow =LXapp.ActiveSheet.UsedRange.Rows.Count-1；其次，聲明動(dòng)態(tài)數(shù)組X1(i)，Y1(i)，X2(i)，Y2(i)用于儲(chǔ)存梁線的起止點(diǎn)坐標(biāo)值；再次，在PictureBox控件P1中使用Line方法繪制梁線，設(shè)置前景色為紅色，代碼為P1.Line(X1(i)，Y1(i))-(X2(i)，Y2(i))，RGB(255，0，0)，BF.

繪制完成后的梁線見圖5.

圖5 繪制完成后的梁線分區(qū)截圖

4.2 樓板

4.2.1 設(shè)定分區(qū)

樓板布置方向分為橫向和縱向兩種.為區(qū)分各區(qū)域樓板的布置方向，利用位于梁線交點(diǎn)處的構(gòu)造柱對各樓板布置范圍進(jìn)行分區(qū)設(shè)定，分區(qū)示意圖見圖6.

圖6 繪制完成后的梁線分區(qū)示意圖

使用For…Next循環(huán)語句遍歷梁線起止坐標(biāo)值，將各梁線交點(diǎn)坐標(biāo)值賦予構(gòu)造柱坐標(biāo)數(shù)組GZ(i，j)，則橫向構(gòu)造柱數(shù)量GZNX可表示為UBound(GZ，1)，縱向構(gòu)造柱數(shù)量GZNY可表示為UBound(GZ，2)，根據(jù)分區(qū)設(shè)定方法可知，總分區(qū)數(shù)可表示為(GZNX-1)×(GZNY-1).

4.2.2 生成樓板

根據(jù)不同的布置方式分別計(jì)算樓板的數(shù)量，在VB環(huán)境中，整形變量BQSX(橫向布置樓板總數(shù))和BQSY(縱向布置樓板總數(shù))可分別按式(1)、式(2)計(jì)算.

BQSX=

(1)

BQSY=

(2)

使用VB中Controls.Add方法動(dòng)態(tài)添加Shape控件數(shù)組，代碼為Set BX(i) = Controls.Add("VB.Shape"，"BX" & i，P1).對各樓板的Left屬性、Top屬性、Width屬性、Height屬性和Visible屬性等全部進(jìn)行賦值，即可生成全部樓板.其中，橫向樓板布置圖見圖7.

圖7 橫向樓板布置截圖

4.2.3 刪除樓板和樓板方向切換

當(dāng)樓板需要?jiǎng)h除時(shí)，只需選中待刪除的樓板，點(diǎn)擊“刪除板”命令，樓板就會(huì)自動(dòng)隱藏；當(dāng)樓板方向需要切換時(shí)，只需選中分區(qū)內(nèi)任意一塊樓板，點(diǎn)擊“切換方向”，原方向的樓板會(huì)隱藏，切換方向后的樓板就會(huì)顯示出來.修改后的樓板布置圖見圖8.

圖8 修改后的樓板布置截圖

4.3 門窗洞口

4.3.1 區(qū)域識別

由于門窗洞口必須依附于墻體構(gòu)件，通過區(qū)域識別，自動(dòng)判別門窗洞口是否超出墻體范圍.當(dāng)超出墻體范圍時(shí)，將無法布置.但此時(shí)尚未布置墻體構(gòu)件，無法通過代碼判定，需對墻體范圍進(jìn)行轉(zhuǎn)化.在該體系中，墻體全部位于梁構(gòu)件的下方，因此，利用梁的范圍來代替墻體的范圍具備邏輯可行性.

4.3.2 布置門窗洞口

門窗洞口的布置方法具有相似性，以布置橫向窗為例，首先，在窗體上布置Shape控件，其名稱屬性為Shp1；將窗寬尺寸賦予Width屬性.其次，在MouseMove事件中獲取光標(biāo)位置，并與Left屬性、Top屬性建立聯(lián)系，確定Shp1控件的位置和尺寸，實(shí)現(xiàn)控件隨光標(biāo)實(shí)時(shí)移動(dòng)，代碼為Shp1.Left=X-Shp1.Width/2，Shp1.Top=Y+Shp1.Height/2.再次，在通用區(qū)聲明NewC()動(dòng)態(tài)Object數(shù)組(待布置的窗洞口)，在MouseDown事件中，使用ReDim Preserve方法重新分配數(shù)組空間，并通過區(qū)域識別方法判斷窗洞口位置是否滿足布置條件.當(dāng)滿足布置條件時(shí)，NewC()控件可見，其Width屬性、Height屬性、Left屬性、Top屬性的布置與Shp1的布置相同.完成后的門窗洞口見圖9.

圖9 門窗洞口布置截圖

4.3.3 刪除門窗洞口

為防止布置出多余的門窗洞口，通過Controls.Remove方法為軟件設(shè)置了刪除功能.點(diǎn)擊門窗洞口對應(yīng)的刪除命令后，將光標(biāo)移至多余的門窗洞口位置，單擊即可刪除.

5 構(gòu)件工程量統(tǒng)計(jì)方法

5.1 梁統(tǒng)計(jì)

5.1.1 直梁

梁構(gòu)件統(tǒng)計(jì)應(yīng)以數(shù)據(jù)表為基礎(chǔ)，梁凈長為起止點(diǎn)的坐標(biāo)差減去120(構(gòu)造柱的寬度).梁凈長是指兩根構(gòu)造柱的邊緣距離,而不是中心間距,因此相當(dāng)于兩根構(gòu)造柱中心間距減去一根構(gòu)造柱的邊長(即2個(gè)構(gòu)造柱的半個(gè)邊長),構(gòu)造柱邊長為120.以L1800梁為例，在VB環(huán)境中，聲明以SL18表示1800 mm梁數(shù)量的全局整形變量，通過遍歷數(shù)據(jù)表，當(dāng)梁凈長等于1800時(shí)，SL18進(jìn)行累加，實(shí)現(xiàn)L1800梁的統(tǒng)計(jì)，代碼如下：

SL18=0

For i=1 To MaxLXrow

ZL(i)=(X1(i)-X2(i))+(Y1(i)-Y2(i))

If ZL(i)-120=1800 Then SL18=SL18+1

Next

5.1.2 角梁

角梁作為連接構(gòu)件，位于直梁的交點(diǎn)位置.統(tǒng)計(jì)前，應(yīng)根據(jù)角梁所連接的直梁的數(shù)量和位置關(guān)系進(jìn)行區(qū)分，對不同類型角梁分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì).角梁類型區(qū)分流程圖見圖10.

圖10 角梁類型區(qū)分流程

5.1.3 梁蓋板

梁蓋板分為梁外蓋板和梁內(nèi)蓋板2種，通常以成對形式布置于直梁兩端，因此，其數(shù)量為直梁數(shù)量的兩倍，可用2×MaxLXrow表示.

5.2 構(gòu)造柱統(tǒng)計(jì)

由表1可知，構(gòu)造柱類型只有1種.從圖1可知，構(gòu)造柱為角梁的豎向支撐構(gòu)件.因此，其總數(shù)量與角梁總數(shù)量相同.

5.3 樓板統(tǒng)計(jì)

樓板構(gòu)件是否需要統(tǒng)計(jì)取決于Visible屬性，該屬性分為True和False兩種，只有當(dāng)Visible屬性為True時(shí)，才需進(jìn)行統(tǒng)計(jì).以B1800樓板為例，先聲明以B1800全局變量表示該類型樓板的數(shù)量，再使用If…Then語句對Visible屬性進(jìn)行判斷，當(dāng)Visible為True時(shí)，其數(shù)目遞加求和.

5.4 墻體統(tǒng)計(jì)

墻體構(gòu)件包括3種：普通墻、帶門墻和帶窗墻，均符合模數(shù)化特點(diǎn)，其墻體寬度總和與梁總長相同.由于墻體數(shù)量較多，布置工作量較大，因此通過梁與墻之間的數(shù)量關(guān)系，對墻體構(gòu)件數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì).首先定義3種類型的墻寬數(shù)組Q(i)，QM(i)和QC(i)，其中Q(i)=900 mm.QM(i)=1800 mm.QC(i)的取值分兩種情況：當(dāng)900 mm≤洞口寬度<1800 mm時(shí)，QC(i)=1800 mm；當(dāng)1800 mm≤洞口寬度<2700 mm時(shí)，QC(i)=2700 mm.因此，梁與墻的數(shù)量關(guān)系可表示為：

(3)

簡化后得：

(4)

公式(4)中，NQ為普通墻的數(shù)量；NQM為帶門墻的數(shù)量，與門的數(shù)量相同；NCM為帶窗墻的數(shù)量，與窗的數(shù)量相同.

梁總長可通過ZL(i)依次求和計(jì)算，由此可知，只有NQ一個(gè)未知量，可表示為：

(5)

5.5 導(dǎo)出統(tǒng)計(jì)結(jié)果

各類型構(gòu)件的工程量統(tǒng)計(jì)采用上述算法后，可通過“統(tǒng)計(jì)”命令，將統(tǒng)計(jì)明細(xì)以Excel文件形式自動(dòng)導(dǎo)出，結(jié)果見表2.

表2 “鹿港壹號院”6號樓首層各構(gòu)件統(tǒng)計(jì)明細(xì)表

6 結(jié)語

本文利用VB編程設(shè)計(jì)語言，以“鹿港壹號院”6#樓項(xiàng)目為例，設(shè)計(jì)了裝配式建筑構(gòu)件工程量統(tǒng)計(jì)軟件，編寫了梁、樓板、墻體和構(gòu)造柱等4類構(gòu)件的工程量算法程序，實(shí)現(xiàn)了裝配式建筑的工程量統(tǒng)計(jì)功能，操作簡便，功能實(shí)用，結(jié)果精確，可為其他類似工程提供參考.但該軟件仍存在不足，例如無法對各類構(gòu)件間連接螺栓的類型和數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，原因在于連接螺栓種類多，極易出現(xiàn)漏算和重算，因此，還需對該算法進(jìn)行優(yōu)化，為該軟件的進(jìn)一步應(yīng)用及推廣提供技術(shù)保障.