裝配式建筑設計的BIM方法-BIAD樊則森.pdf
下載文檔
上傳人:地**
編號:1184304
2024-09-20
9頁
1.67MB
1、68 樊則森北京市建筑設計研究院有限公司副總建筑師,第十設計所副所長,建筑產業化工程技術研究中心主任。李新偉北京市建筑設計研究院有限公司第十設計所,建筑師。BIM ProPosal of Precast BuIldIng desIgn裝配式建筑設計的BIM方法撰文 樊則森 李新偉 北京市建筑設計研究院有限公司新型裝配式建筑通過BIM方法進行技術集成,貫穿包括設計、生產、施工、裝修和管理的建筑全生命周期,最終目的是整合建筑全產業鏈,實現建筑產業鏈全過程、全方位的信息化集成。裝配式建筑 BIM 信息化摘 要關鍵詞新型裝配式建筑是設計、生產、施工、裝修和管理“五位一體”的體系化和集成化的建筑,不是“2、傳統生產方式+裝配化”的建筑,它應該具備新型建筑工業化的五大特點:“標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修和信息化管理”,用傳統的設計、施工和管理模式進行裝配化施工不是建筑工業化。裝配式建筑核心是“集成”,BIM方法是“集成”的主線。這條主線串聯起設計、生產、施工、裝修和管理的全過程,服務于設計、建設、運維、拆除的全生命周期,可以數字化虛擬,信息化描述各種系統要素,實現信息化協同設計、可視化裝配,工程量信息的交互和節點連接模擬及檢驗等全新運用,整合建筑全產業鏈,實現全過程、全方位的信息化集成。下文將結合我們今年來完成的裝配式混凝土結構建筑工程的BIM實踐,與同行分享交流。1 BIM與標3、準化設計1.1 標準化BIM構件庫的建立裝配式建筑的典型特征是標準化的預制構件或部品在工廠生產,然后運輸到施工現場裝配、組裝成整體。裝配式建筑設計要適應其特點,在傳統的設計方法中是通過預制構件加工圖來表達預制構件的設計,其平立剖面圖紙還是傳統的二維表達形式。在裝配式建筑BIM應用中,應模擬工廠加工的方式,以“預制構件模型”的方式來進行系統集成和表達,這就需要建立裝配式建筑的BIM構件庫。通過裝配式建筑BIM構件庫的建立,可以不斷增加BIM虛擬構件的數量、種類和規格,逐步構建標準化預制構件庫(圖14)。1.2 可視化設計與傳統建筑方式采用BIM類似,裝配式建筑的BIM應用有利于通過可視化的設計實4、現人機友好協同和更為精細化的設計(圖5)。1.3 BIM構件拆分及優化設計在裝配式建筑中要做好預制構件的“拆分設計”,俗稱“構件拆分”。傳統方式下大多是在施工圖完成以后,再由構件廠進行“構件拆分”。實際上,正確的做法是在前期策劃階段就專業介入,確定好裝配式建筑的技術路線和產業化目標,在方案設計階段根據既定目標依據構件拆分原則進行方案創作,這樣才能避免方案性的不合理導致后期技術經濟性的不合理,避免由于前后脫節造成的設計失誤。BIM信息化有助于建立上述工作機制,單個外墻構件的幾何屬性經過可視化分析,可以對預制外墻板的類型數量進行優化,減少預制構件的類型和數量(圖6,7)。裝配式建筑技術 Preca5、st Building Technique 69圖1 外墻板BIM構件庫圖2 內墻板BIM構件庫圖3 疊合樓板BIM構件庫圖4 樓梯BIM構件庫圖5 外墻板可視化設計圖6 外墻板數量優化圖7 構件加工圖70 1.4 BIM協同設計BIM模型以三維信息模型作為集成平臺,在技術層面上適合各專業的協同工作,各專業可以基于同一模型進行工作(圖8)。BIM模型還包含了建筑的材料信息、工藝設備信息、成本信息等,這些信息可以用來進行數據分析,從而使各專業的協同達到更高層次。1.5 BIM性能化分析運用CFD軟件分析模擬出建筑物周圍行人區1.5m處的風速小于5m/s,冬季建筑物前后壓差不大于5Pa,夏季建筑前6、后壓差保持在2Pa左右。此外,通過對項目日照、投影的分析模擬,可以幫助設計師調整設計策略,實現綠色目標,提高建筑性能(圖911)。2 BIM與工廠化生產2.1 構件加工圖設計通過BIM模型對建筑構件的信息化表達,圖8 協同設計碰撞檢查圖9 基地氣候基礎條件圖10 CFD流場模擬圖11 Ecotect日照模擬 71構件加工圖在BIM模型上直接完成和生成,不僅能清楚地傳達傳統圖紙的二維關系,而且對于復雜的空間剖面關系也可以清楚表達,同時還能夠將離散的二維圖紙信息集中到一個模型當中,這樣的模型能夠更加緊密地實現與預制工廠的協同和對接(圖12)。2.2 構件生產指導BIM建模是對建筑的真實反映,在生產7、加工過程中,BIM信息化技術可以直觀地表達出配筋的空間關系和各種參數情況,能自動生成構件下料單、派工單、模具規格參數等生產表單,并且能通過可視化的直觀表達幫助工人更好地理解設計意圖,可以形成BIM生產模擬動畫、流程圖、說明圖等輔助培訓的材料,有助于提高工人生產的準確性和質量效率(圖13,14)。2.3 通過CAM實現預制構件的數字化制造借助工廠化、機械化的生產方式,采用集中、大型的生產設備,只需要將BIM信息數據輸入設備,就可以實現機械的自動化生產,這種數字化建造的方式可以大大提高工作效率和生產質量。比如現在已經實現了鋼筋網片的商品化生產,符合設計要求的鋼筋在工廠自動下料、自動成形、自動焊接(8、綁扎),形成標準化的鋼筋網片。如果能打通設計信息模型和工廠自動化生產線之間的協同瓶頸,實現CAM將指日可待。3 BIM與裝配化施工3.1 施工現場組織及工序模擬將施工進度計劃寫入BIM信息模型,將空間信息與時間信息整合在一個可視的4D模型中,就可以直觀、精確地反映整個建筑的施工圖12 構件加工圖圖13 構件加工指導圖14 構件生產模擬72 圖15 施工過程模擬 73過程(圖15)。提前預知本項目主要施工的控制方法、施工安排是否均衡,總體計劃、場地布置是否合理,工序是否正確,并可以進行及時優化。3.2 施工安裝培訓通過虛擬建造,安裝和施工管理人員可以非常清晰地獲知裝配式建筑的組裝構成,避免二維圖9、紙造成的理解偏差,保證項目的如期進行(圖16)。3.3 施工模擬碰撞檢測通過碰撞檢測分析,可以對傳統二維模式下不易察覺的“錯漏碰缺”進行收集更正(圖17)。如預制構件內部各組成部分的碰撞檢測,地暖管與電器管線潛在的交錯碰撞問題。3.4 復雜節點的施工模擬通過施工模擬對復雜部位和關鍵施工節點進行提前預演,增加工人對施工環境和施工措施的熟悉度,提高施工效率(圖18)。4 BIM與一體化裝修4.1 裝修部品產品庫的建設土建裝修一體化作為工業化的生產方式可以促進全過程的生產效率提高,將裝修階段的標準化設計集成到方案設計階段可以有效地對生產資源進行合理配置(圖19)。4.2 可視化設計通過可視化的便利進10、行室內渲染,可以圖16 施工模擬圖17 碰撞檢測圖18 關鍵節點施工模擬圖19 精裝產品庫建設74 保證室內的空間品質,幫助設計師進行精細化和優化設計(圖20)。整體衛浴等統一部品的BIM設計、模擬安裝,可以實現設計優化、成本統計、安裝指導。4.3 信息化集成產業鏈中各家具生產廠商的商品信息都集成到BIM模型中,為內裝部品的算量統計提供數據支持。對裝修需要定制的部品和家具,可以在方案階段就與生產廠家對接,實現家具的工廠批量化生產,同時預留好土建接口,按照模塊化集成的原則確保其模數協調、機電支撐系統協調及整體協調(圖21)。4.4 裝配式裝修裝修設計工作應在建筑設計時同期開展,將居室空間分解為幾11、個功能區域,每個區域視為一個相對獨立的功能模塊,如廚房模塊、衛生間模塊(圖22)。由裝修方設計幾套模塊化的布局方案,建筑設計時可直接套用方案。裝修方在模塊化設計時,綜合考慮部品的尺寸關系,采用標準模數對空間及部品進行設計,以利于部品的工廠化生產。裝修方在裝配方案設計時,按照工廠下單圖紙的精度標準進行生產,避免現場加工的尺寸誤差,提高現場裝配效率及部品的精確程度(圖2325)。5 BIM與信息化管理5.1 經濟算量分析經濟算量的主要原則是做到“準量、估算”,按照工業化建筑的組成及計價原則分為預制構件部分和現澆構件部分。結合工業化住宅的特點自主開發了裝配式設計插件,通過該插件可以將預制構件與現澆構12、件進行分類統計(圖2629)。通過分類統計可以快速地對設計方案進圖20 家居庫圖21 精裝集成衛浴 75搭設隔墻體系鋪設水電管路鋪設地面系統安裝通用部品圖22 一體化裝修流程圖23 龍骨下料圖圖24 BIM模型模擬圖25 現場實際情況圖26 裝配式設計插件圖27 分項算量數據統計圖28 構件模型分類圖29 算量數據匯總76 行工程量分析,從而進行方案比選,再由確定的工程量結合地區的定額計算出本項目的工程量清單,實現在方案策劃階段對成本的初步控制(圖30)。5.2 RFID等實現裝配式建筑質量管理可追溯實現在同一BIM模型上的建筑信息集成,BIM服務貫穿整個工程全生命周期過程(圖31)。一方面,13、可以實現住宅產業信息化;另一方面,可以將生產、施工及運維階段的實際需求及技術整合到設計階段,在虛擬環境中預演現實,真正實現BIM信息化應用的信息集成優勢。通過在預制構件中預埋芯片等數字化標簽,在生產、運輸、施工、管理的各個重要環節記錄相應的質量管理信息,可以實現建筑質量的責任歸屬,從而提高建筑質量。5.3 利用BIM云平臺實現適時、全球化、數字化的管理BIM信息化技術與云技術相結合,可以有效地將信息在云端進行無縫傳遞,打通各部門之間的橫向聯系,通過借助移動設備設置客戶端,可以實時查看項目所需要的信息,真正實現項目合作的可移動辦公,提高項目的完成精度。6 結語北 京 市 建 筑 設 計 研 究 14、院 有 限 公 司(BIAD)董事長兼總建筑師朱小地先生2012年2月在北京市建筑設計研究院工作報告中指出:“建筑設計行業要依托互聯網,利用BIM和云計算技術,搭建一個開放的建設工程協同服務平臺,將咨詢、規劃、設計、建造和管理各個環節全部整合在平臺上,實現全程協同工作和建筑全壽命周期的管理。”裝配式建筑必將依托BIM信息化技術,開拓出一條依托于虛擬構件庫、BIM信息化集成的BIM云平臺的全產業鏈、全生命周期的創新應用之路(圖32)。裝配式建筑設計如何在行業BIM信息化的背景下,融入信息化大潮,發揮自身研發、設計和集成的優勢,實現產業鏈拓展和過程階段延伸,必將成為建筑產業化新時代的創新趨勢。圍繞這一創新趨勢,設計行業將大有可為。圖30 工程量清單算量明細表圖31 BIM服務于全生命周期過程(來源于Autodesk公司)圖32 BIM云平臺(來源于Autodesk公司)