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装配式建筑BIM技术的正向一体化设计

装配式建筑BIM技术的正向一体化设计

打印 0条评论来源:同圆装配式建筑研究院(id:zpsjz-tydg)

全程5G直播、10天时间、3.39万平方米、7500余名建设者,不舍昼夜,全力抗疫,建成武汉火神山医院。让世界见证了中国速度和中国力量,奇迹的背后是中国人民的勤劳与智慧,同时也得益于装配式建筑和BIM技术运用。那就让我们一起来看看,装配式建筑与BIM技术的结合能碰撞出怎样的火花吧!


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装配式建筑BIM正向一体化设计的必要性


随着经济的快速发展,建筑技术日新月异,建筑变得更加复杂和多样。我国建筑业体量大但信息化水平低,信息化的关键在于打通各行业、各专业、各技术工种在体制、标准上的壁垒。其中设计行业作为龙头专业成为了打通壁垒的关键。BIM(建筑信息模型)技术作为一种全行业通用的管理手段,是实现建筑业精细化、信息化管理的重要工具。


此外装配式建筑设计与常规建筑设计相比,主要有以下不同之处,一是对图纸精度要求高,设计时需要提前考虑构件厂生产工艺水平以及当地施工技术水平。二是图纸数量极多,出图工作量大,为满足工厂生产加工要求,针对每一种构件需要单独出具深化设计图纸。三是要解决钢筋以及预埋件等多种碰撞问题,容错率低。这就需要设计人员通盘考虑设计、生产加工、施工安装项目全过程。为解决因为设计原因导致的装配式建筑构件生产和现场施工问题,我们在装配式建筑设计过程中积极引进BIM技术,从装配式建筑方案策划到构件深化设计,采用BIM正向一体化设计模式,实现项目的全专业协同设计、可视化设计、精细化设计及全程信息化管控,提高设计效率的同时,极大的降低了设计错误。


为响应国家产业政策调整和建筑业转型升级的需求,同圆装配式建筑研究院积极探索研究BIM技术在装配式建筑设计、生产、施工、装修及管理全产业链整合和全专业协同的一体化实现方案。形成了一套基于BIM的全过程正向一体化设计技术,取得了较好的应用效果。


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BIM正向设计一体化应用总流程:


BIM技术在预制装配式的设计、深化设计、构件生产、物流运输、现场施工、后期运维6个阶段均能运用。



03

设计阶段:


1.建筑性能分析:


伴随着建筑产业的不断发展,对建筑的性能要求越来越高,建筑性能分析软件也越来越多,由于缺乏统一的数据标准,各分析软件之间数据并不互通,建筑师需要创建不同的数据模型,以满足建筑性能分析的需求,BIM在很大程度上改进了这方面的工作,由于BIM模型是一个集成的、含有丰富建筑信息的构建模型,大量的应用可以直接建立在BIM模型本身上而无需在做许多额外的工作。并且基于BIM模型数据接口的开放性,可实现一模多用,避免了重复创建数据模型的问题,极大的降低了设计师的工作量,方案阶段创建的BIM模型可用于以下建筑性能分析,主要包括:

1) 自然采光模拟

2) 室外风环境模拟

3) 建筑环境噪声模拟分析 

4) 小区热环境模拟分析 

5) 室内自然通风模拟



2.全专业全过程协同设计:


采用BIM正向一体化设计工作模式,主要有以下几个特点,一是各专业设计师在平台共同建模,共同修改,共享信息,协同设计。任何一个专业出现设计误差或者设计修改,其他专业均可以及时获取信息,并进行处理,提高了设计阶段各专业之间的沟通递效率。二是不同专业设计师可以在同一平台上分工合作,按照一定的标准和原则进行设计,提高了设计成果的标准化程度。三是一旦出现设计方案与工厂制造、现场施工冲突,即可在同一参数化信息模型上进行优化设计。提前解决构件生产、现场施工可能会出现的问题,达到构件设计、工厂生产制造和现场安装的高效协调,保障项目按计划的工期、造价、质量顺利完成。



3.标准化构件库设计:


预制构件是装配式建筑的基础,装配式建筑的建造是基于预制构件进行系统集成实现建筑功能的过程。通过打破传统的先专业拆分设计后施工的模式,构建以设计牵头,进行建筑系统集成、建筑产品化的设计工作模式。可以在更高层次上实现装配式建筑全流程全专业全产业的一体化集成,提高建筑工业化技术集成水平。预制构件 BIM 数据库的构建是装配式建筑实现集成设计、智能制造、虚拟建造的重要基础,通过装配式建筑BIM构件库的建立,可以不断增加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,最终实现基于BIM的装配式建筑标准化设计。



4.构件拆分设计:


传统方式下大多是在施工图完成以后,再由构件厂进行构件拆分。实际上,正确的做法是在前期策划阶段就专业介入,确定好装配式建筑的技术路线和产业化目标,在方案设计阶段根据既定目标依据构件拆分原则进行方案创作。 


BIM技术有助于建立上述工作机制,单个外墙的几何属性经过可视化分析,可以对预制外墙的类型数量进行优化,减少预制构件的类型和数量。


【标准层拆分模型】


5.工程量提取:


随着在BIM软件中直接映射算量的造价软件的发展,准确率和效率都在提升,更有利于成本控制贯穿于整个建筑生命期。全过程BIM一体化正向设计在方案、初步设计及施工图阶段便为工程算量提供相应的模型,为全生命周期控制建筑造价提供了基础。预算工程量清单编制可以在BIM设计模型基础上,按照工程量计算原则,深化设计模型,形成预算模型,再利用算量软件进行“一键工程量计算”编制工程量清单,并与设计模型实现联动修改,提高施工图预算工程量清单编制的效率和准确性。这样的算量方式在信息化时代更有利于设计与算量一体化,从而促进项目造价管理更高效、更准确。


04

深化设计阶段:


通过BIM模型对建筑构件的信息化表达,在BIM模型上可快速生成构件加工图,基于BIM的构件加工图,不仅能清楚表达传统图纸的二维关系,而且对于复杂空间剖面关系也可以清楚表达,较二维设计方式,设计更加精准、出图更加快速。通过BIM软件进行构件建模,更直观的对构造外形及预留预埋进行设计,分析各种预埋预留位置的准确性及生产施工可行性,将所有后续工作中可能出现的问题解决在设计阶段。同时还能将离散的二维图纸信息集中到一个模型当中,这种图纸与模型一体化的成果更有利于同预制工厂的协同和对接。


【深化设计图纸】


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设计成果集成交付:


采用BIM正向一体化设计模式,以BIM模型为载体可实现施工图、构件深化设计图、工程量清单、BOM(物料清单)等设计成果的集成交付。改变了传统设计方式数据在项目工程各阶段碎片化的状态,实现了基于BIM模型的信息集成及数据在装配式建筑全生命周期的无缝传递。为后续装配式构件智能制造,装配式建筑智慧工地,装配式建筑智慧运营提供精准、开放、可拓展的基础数据。


06

构件生产:


在生产加工过程中,BIM信息化技术可以直观的表达构件空间关系和各项参数,能自动生成构件下料单、派工单、模具规格参数等,并且通过可视化的直观表达帮助工人更好的理解设计意图,可以形成BIM生产模拟动画、流程图、说明图等辅助材料,有助于提高工人生产的准确性和质量效率将BIM模型构件的信息数据输入设备,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,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指日可待。 



【构件加工示意图】


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构件运输 :


基于互联网的预制装配式建筑施工管理平台通过RFID技术、GIS技术实现预制构件出厂、运输、进场和安装的信息采集和跟踪,并通过互联网与云平台上的BIM模型进行实时信息传递,项目参与各方可以通过基于互联网的施工管理平台直观地掌握预制构件的物流和安装进度信息。互联网与BIM相结合的优点在于信息准确丰富,传递速度快,减少人工录入信息可能造成的错误。 


【构件运输示意图】


08

 施工阶段:


随着建设工程设计施工总承包的推进和装配式建筑的推广,通过施工单位设计阶段便介入设计,通过统一标准的模型和平台,控制项目的造价、工法和材料,从而提高项目质量的同时降低造价。在全过程BIM正向一体化设计的基础上,加快基于BIM技术的建设全过程生命期管理、招投标供应链管理系统的推广应用,促进规划、设计、制造、施工、业务、财务等关键环节集成,可以更好地实现建筑工程全过程数字化的智能管控。


在5G时代,将会实现对工地的远程自动化操控,通过5G网络对工程机械设备的远程操控,切实解决工程机械领域人员安全难以保障、企业成本居高不下的难题。


【施工BIM运用示意图】


09

装配式装修:


装配式装修作为工业化的生产方式可以促进全过程的生产效率提高,装修阶段的标准化设计可形成装修的BIM构件库,提高设计效率,指导方案设计。并基于构件库形成真实供应商的产品模型库,为装饰装修商业模式创新提供新的可能。BIM在装饰装修阶段主要有以下几点应用。


1)可视化装修设计:

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。


2)产品信息集成:

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。


【户型精装BIM模型】


10

运营维护模型:


BIM运维的通俗理解为运用BIM技术与运营维护管理系统相结合,对建筑的空间、设备资产等进行科学管理,对可能发生的灾害进行预防,降低运营维护成本。具体实施中通常将物联网、云计算技术等将BIM模型、运维系统与移动终端等结合起来应用,最终实现如设备运行管理、能源管理、安保系统、租户管理等。


交付是运维管理的重要工作,除了进行实体工程验收外,还需要将包括工程质量文档、安全资料文档、设计图纸和模型、施工图纸、BIM模型等资料-并进行提交。基于全过程BIM一体化正向设计的竣工模型的提交,可以确保模型的准确性外,运维团队还可以通过早期介入设计,使得设计能够结合BIM运维应用,满足运维需求。


总结


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,“集成”是装配式建筑的核心,而BIM是实现“集成”的有效方法。BIM技术与装配式建筑的完美结合更是对建筑产业转型升级,创新发展新模式带来新的机遇。BIM+装配式建造模式也将引领建筑业走向更高、更快、更好的建造新世界。



(编辑:奚雅青)


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