周 明，譚偉健，陳東華，劉 晨

（廣東省建科建筑設(shè)計院有限公司 廣州 510500）

0 引言

在建筑信息模型（BIM）技術(shù)的推動下，建筑行業(yè)正在經(jīng)歷一場深度的技術(shù)革新。尤其是在裝配式建筑設(shè)計領(lǐng)域，BIM 技術(shù)以其強大的數(shù)據(jù)集成和可視化能力，為設(shè)計人員提供了前所未有的便利。本文著重探討B(tài)IM 技術(shù)在預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計階段程序開發(fā)與應(yīng)用的相關(guān)問題，以便為相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供有益的參考。伴隨著建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，裝配式建筑的應(yīng)用越來越廣泛。預(yù)制構(gòu)件不僅具有節(jié)約材料、減少工期的優(yōu)勢，而且能夠提高建筑的整體性能。然而，預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計過程往往對設(shè)計精度要求較高，這對設(shè)計人員提出了更高的要求。傳統(tǒng)的二維設(shè)計方法已經(jīng)無法滿足這些需求，因此，尋求一種更為高效、精確的設(shè)計方式對于我們當(dāng)前的需求顯得尤為關(guān)鍵。

疊合板近年在裝配式建筑中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在住宅項目中，為了滿足裝配率的要求，疊合板的使用幾乎成為了一種常態(tài)。因此，疊合板的深化設(shè)計對于裝配式建筑具有重要意義。BIM 技術(shù)的出現(xiàn)為預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計提供了新的思路和方向。BIM技術(shù)能夠?qū)⒔ㄖ?、結(jié)構(gòu)、機電等各個專業(yè)的數(shù)據(jù)整合在一個平臺上，使項目各方可共享和使用信息。

在BIM 技術(shù)的幫助下，設(shè)計人員可以更加直觀地查看預(yù)制構(gòu)件的布局和受力情況，從而更好地進行設(shè)計和優(yōu)化。此外，BIM 技術(shù)還能提供精確的尺寸控制和材料用量計算，大大提高了設(shè)計效率和準(zhǔn)確性。然而，目前BIM 技術(shù)在裝配式建筑上的應(yīng)用還處于初級階段，需要進一步開發(fā)和研究。本研究將針對這一現(xiàn)狀，提出一種基于BIM 技術(shù)的預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計程序開發(fā)方案。該方案將包括程序的功能模塊、數(shù)據(jù)交互方式、用戶界面設(shè)計等方面，以解決傳統(tǒng)設(shè)計模式中的效率、精度等問題。

此外，本研究還將對BIM 技術(shù)在疊合板深化設(shè)計中的應(yīng)用進行深入探討，分析其優(yōu)勢和局限性，提出相應(yīng)的解決方案和應(yīng)用建議。本研究將為BIM 技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用提供新的思路和方法，采用數(shù)字技術(shù)來改善建筑行業(yè)的效率、質(zhì)量和可持續(xù)性。

BIM 技術(shù)以其可視化、數(shù)據(jù)化、協(xié)調(diào)性、模擬性和可出圖性的特點，為建筑行業(yè)帶來了革新性的信息化工具，通過將整個建筑的數(shù)據(jù)和信息整合為模型，BIM技術(shù)在項目全生命周期內(nèi)發(fā)揮著重要作用［1］，有助于實現(xiàn)各參與方之間的信息協(xié)同，進而提高生產(chǎn)效率，降低成本，并有效縮短項目周期［2］。

通過將BIM 技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑的構(gòu)件深化階段，并利用BIM 技術(shù)開發(fā)相應(yīng)的設(shè)計程序，能夠顯著提高裝配式建筑的構(gòu)件深化設(shè)計效率。本文以疊合板為研究對象，詳細(xì)研究BIM 技術(shù)在裝配式構(gòu)件深化設(shè)計中的應(yīng)用方法。結(jié)合我國裝配式建筑的規(guī)范和特點，介紹了BIM 技術(shù)應(yīng)用于裝配式構(gòu)件的設(shè)計方法以及程序各個功能模塊的設(shè)計思路?；赗evit 軟件平臺，利用Revit二次開發(fā)技術(shù)結(jié)合C#編程語言，詳細(xì)闡述了疊合板深化設(shè)計程序的二次開發(fā)過程［3］，包括開發(fā)過程中所需的技術(shù)和方法，以及如何將該程序應(yīng)用于公共建筑項目的預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計中。

1 裝配式疊合板構(gòu)件深化設(shè)計方法概述

本文主要探討B(tài)IM技術(shù)在疊合板深化設(shè)計階段的開發(fā)與應(yīng)用。通過BIM技術(shù)，將建筑信息參數(shù)化，并在構(gòu)件深化階段實現(xiàn)以下功能：①構(gòu)件拆分；②構(gòu)件模型配筋；③構(gòu)件出圖。這為疊合板深化設(shè)計提供了有力的工具和手段［4］。設(shè)計方法流程如圖1所示。

圖1 裝配式構(gòu)件設(shè)計流程Fig.1 Prefabricated Component Design Flow Chart

1.1 疊合板構(gòu)件拆分

疊合板構(gòu)件拆分深化設(shè)計是一個復(fù)雜的過程，需要綜合考慮多個因素，如構(gòu)件尺寸、形狀、配筋等。在傳統(tǒng)的設(shè)計方法中，往往采用手工繪制或計算的方式進行拆分設(shè)計，這種方法不僅效率低下，而且出錯率極高。因此，開發(fā)一種高效的程序，對疊合板構(gòu)件拆分深化設(shè)計進行管理就顯得尤為重要。

疊合板拆分的過程中，應(yīng)同時考慮構(gòu)件的運輸和安裝問題，確保構(gòu)件的尺寸和重量符合施工要求。針對不同部位的構(gòu)件，可以采用不同的拆分方式，如連續(xù)梁的短跨方向上的疊合板可以一次澆筑完成，而在長跨方向上的疊合板則可以按照不同澆筑層進行拆分。利用Revit 的二次開發(fā)設(shè)計的程序可以減少大量人工操作，只需要輸入拆分參數(shù)便可將全部同種類型的構(gòu)件一次拆分完畢，大幅提升設(shè)計效率。

1.2 疊合板構(gòu)件配筋

在完成了構(gòu)件的拆分后，針對項目的構(gòu)件拆分方案，將在Revit 軟件中對所需的構(gòu)件模型進行配筋設(shè)計。通過Revit 軟件的參數(shù)化建模功能，可以快速調(diào)用鋼筋的規(guī)格種類、位置以及數(shù)量等參數(shù)，以確保項目所需構(gòu)件的準(zhǔn)確組裝。對于常用尺寸構(gòu)件可將其配筋參數(shù)保存形成構(gòu)件配筋參數(shù)信息庫，供隨時調(diào)用。利用Revit 的二次開發(fā)可簡化建模過程，提高工作效率，同時也能更準(zhǔn)確地模擬實際建筑方案中的鋼筋結(jié)構(gòu)，對疊合板構(gòu)件在節(jié)點的碰撞檢査可快速找出節(jié)點設(shè)計問題，便于修改。

1.3 疊合板構(gòu)件出圖

在裝配式預(yù)制構(gòu)件的出圖過程中，存在大量數(shù)據(jù)需人工計算及整理，包括疊合板的尺寸、形狀、重量、體積、配筋等信息，傳統(tǒng)的二維設(shè)計需人工繪制構(gòu)件的平立剖及大樣圖等，計算整理構(gòu)件各項數(shù)據(jù)以制作構(gòu)件參數(shù)表，效率低下且錯誤較多。為了優(yōu)化設(shè)計流程，減少人工干預(yù)可能出現(xiàn)的問題，通過Revit 二次開發(fā)手段對構(gòu)件的參數(shù)數(shù)據(jù)加以利用，應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)整合功能對構(gòu)件參數(shù)進行分析計算，并自動生成相應(yīng)的構(gòu)件參數(shù)表［5］，這一過程有助于提升設(shè)計工作的效率和質(zhì)量（見圖2）。并按照預(yù)先設(shè)定的圖紙布置原則，將各視圖及構(gòu)件參數(shù)表規(guī)則排布，批量生成能滿足各方要求的構(gòu)件圖紙。

圖2 程序設(shè)計流程Fig.2 Programming Flow Chart

2 基于BIM技術(shù)的疊合板深化設(shè)計程序開發(fā)

在第一節(jié)提出的疊合板構(gòu)件深化設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，本研究設(shè)計并開發(fā)出一套基于BIM 的裝配式疊合板構(gòu)件深化設(shè)計程序，本節(jié)將重點探討其架構(gòu)設(shè)計和功能模塊的設(shè)計思路。

2.1 BIM-疊合板深化設(shè)計程序架構(gòu)

本程序選用Visual Studio 和.NET 框架作為開發(fā)環(huán)境，通過應(yīng)用C#語言調(diào)用Revit API 內(nèi)的函數(shù)和接口，實現(xiàn)對Revit 軟件功能的擴展。程序設(shè)計流程如圖2所示，整體的技術(shù)方案如表1所示。

表1 整體技術(shù)方案Tab.1 Overall Technical Solution

2.2 程序功能模塊

基于此前提出的程序開發(fā)需求，此程序的開發(fā)將通過IextemalApplication 和IexternalCommand 作為實現(xiàn)顯示程序的功能模塊菜單及編譯具體任務(wù)的接口，利用人工編寫代碼程序，可以在Revit 中添加功能面板按鈕，以實現(xiàn)程序功能需求。功能界面包括構(gòu)件拆分模塊、構(gòu)件深化模塊、構(gòu)件出圖模塊。功能面板界面如圖3所示。

圖3 功能面板界面Fig.3 Function Panel Interface

2.2.1 構(gòu)件拆分模塊

本模塊設(shè)計的目的是為了簡化構(gòu)件拆分的操作流程，根據(jù)需求和revitAPI，設(shè)計合理的開發(fā)架構(gòu)。其關(guān)鍵的代碼開發(fā)思路如下：①將構(gòu)件拆分模塊劃分為多個子模塊，每個子模塊具有獨立的功能和接口，便于維護和擴展；②設(shè)計合理的拆分算法，用于將樓板構(gòu)件拆分成單個疊合板，算法基于板的各種要素，如板的厚度、長度、寬度，以及自定義的拆分方式（如輸入詳細(xì)數(shù)據(jù)拆分等）；③設(shè)計合理數(shù)據(jù)庫交互，Revit模型的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，需要編寫代碼來與數(shù)據(jù)庫進行交互，以讀取和寫入數(shù)據(jù)；④對于拆分過程中的大量計算或耗時操作，可以使用異步處理方式，提高插件的性能和響應(yīng)速度；⑤設(shè)計合理的異常處理機制，對開發(fā)過程中可能出現(xiàn)的問題進行捕獲和處理。構(gòu)件拆分模塊功能界面如圖4所示。

圖4 構(gòu)件拆分模塊功能界面Fig.4 Component Split Module Function Interface

2.2.2 構(gòu)件配筋模塊

本模塊包括分布鋼筋及桁架鋼筋的布置，根據(jù)需求和RevitAPI，設(shè)計合理的開發(fā)架構(gòu)，包括數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、界面展示等方面。構(gòu)件配筋的設(shè)計思路是：①建立一個配筋庫，包含不同類型和規(guī)格的鋼筋元素；②設(shè)計合理的配筋算法，用于將鋼筋元素分配到疊合板構(gòu)件中，算法基于疊合板中預(yù)制層鋼筋布置要求，如鋼筋的類型、直徑、間距，以及設(shè)計的強度要求、保護層厚度等；③設(shè)計合理的交互方式，如對話框、菜單、快捷鍵等，方便用戶使用和操作，根據(jù)裝配式構(gòu)件的特點，實現(xiàn)鋼筋的拆分和布局功能，以便于用戶手動調(diào)整和優(yōu)化配筋方案；④對編寫的代碼進行測試和調(diào)試，確保功能正確性和穩(wěn)定性?？梢允褂媚M數(shù)據(jù)和測試工具來驗證代碼的正確性和性能；⑤將開發(fā)好的功能集成到Revit 軟件中，并進行部署和發(fā)布。在集成過程中，需要注意與Revit 軟件的兼容性和穩(wěn)定性，確保不會對現(xiàn)有功能產(chǎn)生影響。同時，需要考慮數(shù)據(jù)安全和版本控制等方面的問題。構(gòu)件配筋模塊功能界面如圖5所示。

圖5 構(gòu)件配筋模塊功能界面Fig.5 Component Reinforcement Module Function Interface

2.2.3 構(gòu)件出圖模塊

該模塊設(shè)計目的是簡化出圖流程，提高構(gòu)件出圖的效率。該模塊包括構(gòu)件視圖布置和構(gòu)件參數(shù)表生成。構(gòu)件配筋的設(shè)計思路是：①出圖數(shù)據(jù)庫：我們需要編寫代碼來與數(shù)據(jù)庫進行交互，以讀取和寫入數(shù)據(jù)。其中包括構(gòu)件型號、重量、規(guī)格以及相應(yīng)的鋼筋及混凝土信息；②圖紙標(biāo)注與注釋：根據(jù)功能需求，模塊中加入圖紙標(biāo)注與注釋的功能，例如自動添加標(biāo)高、尺寸標(biāo)注、材料注釋等；③設(shè)計合理的交互方式，如對話框、菜單、快捷鍵等，使用戶能夠選擇要出圖的疊合板構(gòu)件，并定義出圖的規(guī)則和參數(shù)。這個界面將提供一種直觀的方式來調(diào)整出圖布局。使用Revit API 提供的部品創(chuàng)建工具和API 函數(shù)，結(jié)合預(yù)制構(gòu)件的屬性信息和位置信息，生成所需的構(gòu)件視圖及構(gòu)件參數(shù)表，進行視圖的布置和優(yōu)化。構(gòu)件出圖模塊功能界面如圖6所示。

圖6 構(gòu)件出圖模塊功能界面Fig.6 Component out of the Drawing Module Function Interface

3 工程案例

清遠(yuǎn)某學(xué)校學(xué)生宿舍工程項目，總建筑面積為26 270.35 m2，共10層。整體拆分模型如圖7所示。此項目應(yīng)用了本文開發(fā)的基于Revit 的二次開發(fā)插件程序。項目結(jié)構(gòu)為疊合板和現(xiàn)澆梁柱的混合結(jié)構(gòu)體系，其中樓板使用工廠預(yù)制疊合板，運至現(xiàn)場安裝，梁柱則全部采用現(xiàn)澆混凝土。使用Revit 軟件進行施工圖模型的搭建，并使用本文開發(fā)的深化設(shè)計程序進行疊合板的深化設(shè)計出圖［6］，疊合板深化設(shè)計模型如圖8所示。

圖7 整體拆分模型示意圖Fig.7 Schematic Diagram of the Overall Split Model

圖8 疊合板深化設(shè)計模型Fig.8 Composite Slab Deepening Design Model

依照板的拆分原則，疊合板構(gòu)件拆分時應(yīng)優(yōu)化疊合板的設(shè)計尺寸，盡可能減少種類，以解決模具利用率低、運輸不便和施工困難等問題。根據(jù)圖紙考慮板的單向性或雙向性。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（2015 年版）：GB 50010—2010》中的規(guī)定，當(dāng)長邊/短邊＞3時，宜設(shè)為單向板；當(dāng)長邊/短邊≤3時，宜設(shè)為雙向板［7］。板之間的拼縫方式采用后澆帶的形式。該項目以屋面層疊合板布置為例，進行拆分選擇，相同尺寸板塊設(shè)置同一編號，拆分的板設(shè)置在剪力墻、框架梁等位置，根據(jù)《裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)：廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJT 15-163—2019》［8］中的規(guī)定，后澆帶寬度選取400 mm。拆分疊合板時還需要考慮運載設(shè)備的運輸尺寸和重量，其長度在4 m內(nèi)、寬度在2 m內(nèi)、重量在2 t內(nèi)。疊合板拆分后如圖8所示。

在對疊合板進行深化設(shè)計時，桁架規(guī)格采用B80，上弦鋼筋直徑為10 mm，下弦鋼筋直徑為8 mm，腹桿鋼筋直徑6 mm［9］。以預(yù)制板尺寸3 400 mm×1 400 mm為例，根據(jù)圖紙要求，用BIM 技術(shù)直觀展示鋼筋排布方式，分別對板的底筋間距及伸出板邊距離、桁架筋間距、鋼筋的彎鉤形式等進行深化設(shè)計。疊合板三維布置如圖8所示。

通過在裝配式建筑疊合板中應(yīng)用BIM 技術(shù)，對預(yù)制構(gòu)件進行精細(xì)化設(shè)計，包括對疊合板拆分布置、配筋深化、自動輸出構(gòu)件詳圖等深化設(shè)計，使原有設(shè)計方案得到合理的優(yōu)化，從而使疊合板更符合工廠及施工現(xiàn)場的需求。將BIM 技術(shù)與裝配式疊合板深化設(shè)計相結(jié)合，提前發(fā)現(xiàn)施工過程中可能出現(xiàn)的問題，避免構(gòu)件設(shè)計誤差帶來的額外成本［10］。模型輸出的構(gòu)件詳圖如圖9所示。

圖9 模型輸出構(gòu)件詳圖Fig.9 Model Output Details of Components （mm）

在設(shè)計過程中，設(shè)計人員借助開發(fā)的深化設(shè)計程序進行構(gòu)件深化設(shè)計操作，該平臺的使用使得設(shè)計人員能夠更高效地處理復(fù)雜的構(gòu)件細(xì)節(jié)，通過自動化和智能化的工具，他們能夠更快地完成設(shè)計任務(wù)，減少了重復(fù)性和繁瑣的工作。此外，該平臺還提供了豐富的數(shù)據(jù)分析和可視化工具，使設(shè)計人員能夠更好地理解設(shè)計結(jié)果，從而做出更明智的決策［11］。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，與傳統(tǒng)裝配式建筑設(shè)計相比，運用此深化設(shè)計程序在深化設(shè)計階段提升了約20%的設(shè)計效率。

4 結(jié)論

該深化設(shè)計方法引入了BIM 技術(shù)，對裝配式疊合板構(gòu)件的深化設(shè)計進行了全面的分析。通過快速拆分疊合板，實現(xiàn)各構(gòu)件模型配筋設(shè)計的自動化，并且可以根據(jù)實際模型和國家相關(guān)規(guī)范自動生成疊合板構(gòu)件詳圖。這種設(shè)計方法不僅能夠提高設(shè)計效率，還能有效保證設(shè)計質(zhì)量，實現(xiàn)了設(shè)計過程的信息共享和管理［12］。同時，通過開發(fā)配套的深化設(shè)計程序，對這一方法進行了實現(xiàn)和推廣。該程序包括了3 個模塊，可以實現(xiàn)模型的可視化、參數(shù)化的深化設(shè)計和出圖的便捷性等功能。這一程序的實現(xiàn)，不僅提高了設(shè)計的效率和質(zhì)量，也使得裝配式建筑的設(shè)計過程更加智能化和信息化。

在實際項目中，成功應(yīng)用了這一基于BIM 的裝配式深化設(shè)計方法和程序。通過實際項目的驗證，發(fā)現(xiàn)這種方法和程序能夠顯著提高設(shè)計的效率，實現(xiàn)各階段的信息共享，同時也為裝配式建筑設(shè)計領(lǐng)域提供了新的設(shè)計思路和技術(shù)參考。

本文研究的裝配式建筑對象為裝配式混凝土建筑，研究的重點為疊合板的深化設(shè)計，具有一定的局限性，諸如預(yù)制柱、預(yù)制剪力墻等其他構(gòu)件，異型的疊合板構(gòu)件，不同構(gòu)件間的連接節(jié)點，以及其他體系的裝配式建筑等方面的設(shè)計問題，本文并沒有提供很好的解決方法，下一步應(yīng)針對以上問題，進行開發(fā)研究。