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BIM方法助力装配式建筑设计的技术集成

2021-03-23

        装配式建筑通过BIM方法进行技术集成,贯穿包括设计、生产、施工、装修和管理的建筑全生命周期,最终目的是整合建筑全产业链,实现建筑产业链全过程、全方位的信息化集成。

前     言

       装配式建筑是设计、生产、施工、装修和管理“五位一体”的体系化和集成化的建筑,而不是“传统生产方式+装配化”的建筑,用传统的设计、施工和管理模式进行装配化施工不是建筑工业化。

       装配式建筑的核心是“集成”,BIM方法是“集成”的主线。这条主线串联起设计、生产、施工、装修和管理的全过程,服务于设计、建设、运维、拆除的全生命周期,可以数字化虚拟,信息化描述各种系统要素,实现信息化协同设计、可视化装配,工程量信息的交互和节点连接模拟及检验等全新运用,整合建筑全产业链,实现全过程、全方位的信息化集成。BIM与标准化设计█ 标准化BIM构件库的建立装配式建筑的典型特征是采用标准化的预制构件或部品部件。装配式建筑设计要适应其特点,通过装配式建筑BIM构件库的建立,不断增加BIM虚拟构件的数量、种类和规格,逐步构建标准化预制构件库。

▲ 叠合楼板BIM构件库

▲ 内墙板BIM构件库█ 可视化设计BIM应用有利于通过可视化的设计实现人机友好协同和更为精细化的设计。

▲ 外墙板可视化设计█ BIM构件拆分及优化设计在装配式建筑中要做好预制构件的“拆分设计”。避免方案性的不合理导致后期技术经济性的不合理。BIM信息化有助于完成上述工作,单个外墙构件的几何属性经过可视化分析,可以对预制外墙板的类型数量进行优化,减少预制构件的类型和数量。

▲ 外墙板数量优化

▲ 构件加工图█ BIM协同设计BIM模型以三维信息模型作为集成平台,在技术层面上适合各专业的协同工作,各专业可以基于同一模型进行工作。BIM模型还包含了建筑的材料信息、工艺设备信息、成本信息等,这些信息可以用来进行数据分析,从而使各专业的协同达到更高层次。

▲ 协同设计—碰撞检查█ BIM性能化分析通过对项目日照、投影的分析模拟,可以帮助设计师调整设计策略,实现绿色目标,提高建筑性能。

▲ CFD流场模拟

▲ Ecotect日照模拟BIM与工厂化生产█ 构件加工图设计通过BIM模型对建筑构件的信息化表达,构件加工图在BIM模型上直接完成和生成,不仅能清楚地传达传统图纸的二维关系,而且对于复杂的空间剖面关系也可以清楚表达,同时还能够将离散的二维图纸信息集中到一个模型当中,这样的模型能够更加紧密地实现与预制工厂的协同和对接。

▲ 构件加工图█ 构件生产指导BIM建模是对建筑的真实反映,在生产加工过程中,BIM信息化技术能自动生成构件下料单、派工单、模具规格参数等生产表单,并且能通过可视化的直观表达帮助工人更好地理解设计意图,可以形成BIM生产模拟动画、流程图、说明图等辅助培训的材料,有助于提高工人生产的准确性和质量效率。

▲ 构件生产模拟█ 通过CAM实现预制构件的数字化制造借助工厂化、机械化的生产方式,采用集中、大型的生产设备,只需要将BIM信息数据输入设备,就可以实现机械的自动化生产,这种数字化建造的方式可以大大提高工作效率和生产质量。比如现在已经实现了钢筋网片的商品化生产,符合设计要求的钢筋在工厂自动下料、自动成形、自动焊接(绑扎),形成标准化的钢筋网片。如果能打通设计信息模型和工厂自动化生产线之间的协同瓶颈,实现CAM将指日可待。BIM与装配化施工█ 施工现场组织及工序模拟将施工进度计划写入BIM信息模型,将空间信息与时间信息整合在一个可视的4D模型中,就可以直观、精确地反映整个建筑的施工过程。提前预知本项目主要施工的控制方法、施工安排是否均衡,总体计划、场地布置是否合理,工序是否正确,并可以进行及时优化。

▲ 施工过程模拟█ 施工安装培训通过虚拟建造,安装和施工管理人员可以非常清晰地获知装配式建筑的组装构成,避免二维图纸造成的理解偏差,保证项目的如期进行。█ 施工模拟碰撞检测通过碰撞检测分析,可以对传统二维模式下不易察觉的“错漏碰缺”进行收集更正。如预制构件内部各组成部分的碰撞检测,地暖管与电器管线潜在的交错碰撞问题。

▲ 碰撞检测█ 复杂节点的施工模拟通过施工模拟对复杂部位和关键施工节点进行提前预演,增加工人对施工环境和施工措施的熟悉度,提高施工效率。

▲ 关键节点施工模拟BIM与一体化装修█ 装修部品产品库的建设土建装修一体化作为工业化的生产方式可以促进全过程的生产效率提高,将装修阶段的标准化设计集成到方案设计阶段可以有效地对生产资源进行合理配置。

▲ 精装产品库建设█ 可视化设计通过可视化的便利进行室内渲染,可以保证室内的空间品质,帮助设计师进行精细化和优化设计。整体卫浴等统一部品的BIM设计、模拟安装,可以实现设计优化、成本统计、安装指导。

▲ 家居库█ 信息化集成产业链中各家具生产厂商的商品信息都集成到BIM模型中,为内装部品的算量统计提供数据支持。对装修需要定制的部品和家具,可以在方案阶段就与生产厂家对接,实现家具的工厂批量化生产,同时预留好土建接口,按照模块化集成的原则确保其模数协调、机电支撑系统协调及整体协调。

▲ 精装集成卫浴█ 装配式装修装修设计工作应在建筑设计时同期开展,将居室空间分解为几个功能区域,每个区域视为一个相对独立的功能模块,如厨房模块、卫生间模块。在模块化设计时,综合考虑部品的尺寸关系,采用标准模数对空间及部品进行设计,以利于部品的工厂化生产。

▲ 一体化装修流程BIM与信息化管理█ 经济算量分析经济算量的主要原则是做到“准量、估算”,按照工业化建筑的组成及计价原则分为预制构件部分和现浇构件部分。通过分类统计可以快速地对设计方案进行工程量分析,从而进行方案比选,再由确定的工程量结合地区的定额计算出本项目的工程量清单,实现在方案策划阶段对成本的初步控制。

▲ 工程量清单算量明细表█ RFID等实现装配式建筑质量管理可追溯实现在同一BIM模型上的建筑信息集成,BIM服务贯穿整个工程全生命周期过程。一方面,可以实现住宅产业信息化;另一方面,可以将生产、施工及运维阶段的实际需求及技术整合到设计阶段,在虚拟环境中预演现实,真正实现BIM信息化应用的信息集成优势。通过在预制构件中预埋芯片等数字化标签,在生产、运输、施工、管理的各个重要环节记录相应的质量管理信息,可以实现建筑质量的责任归属,从而提高建筑质量。

▲ BIM服务于全生命周期过程█ 利用BIM云平台实现适时、全球化、数字化的管理BIM信息化技术与云技术相结合,可以有效地将信息在云端进行无缝传递,打通各部门之间的横向联系,通过借助移动设备设置客户端,可以实时查看项目所需要的信息,真正实现项目合作的可移动办公,提高项目的完成精度。

▲ BIM云平台结语装配式建筑必将依托BIM信息化技术,开拓出一条依托于虚拟构件库、BIM信息化集成的BIM云平台的全产业链、全生命周期的创新应用之路。装配式建筑设计如何在行业BIM信息化的背景下,融入信息化大潮,发挥自身研发、设计和集成的优势,实现产业链拓展和过程阶段延伸,必将成为建筑产业化新时代的创新趋势。围绕这一创新趋势,设计行业将大有可为。

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