Revit 軟件在裝配式住宅設(shè)計中的應(yīng)用研究

孟祥良，王江飛，郭越洋，徐文超，張曉頔（天津大學(xué)建筑設(shè)計研究院，天津 300072）

Revit 軟件在裝配式住宅設(shè)計中的應(yīng)用研究

Research on Application of Revit in Pre-fabricated Residential Building Design

孟祥良，王江飛，郭越洋，徐文超，張曉頔（天津大學(xué)建筑設(shè)計研究院，天津 300072）

提出了Revit軟件應(yīng)用于裝配式住宅中的方法。其可以準(zhǔn)確地反映裝配式預(yù)制構(gòu)件外觀尺寸、細(xì)部構(gòu)造尺寸、鋼筋定位、預(yù)埋件定位等信息，并可進(jìn)行模擬裝配，提高施工效率，方便進(jìn)行構(gòu)件數(shù)量、種類、重量等統(tǒng)計。以天津地區(qū)某住宅為例，分析BIM用于裝配式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用過程和價值。

BIM；裝配式住宅；預(yù)制構(gòu)件；模擬裝配

裝配式建筑是根據(jù)施工圖紙在工廠進(jìn)行構(gòu)件預(yù)先生產(chǎn)，隨后運送至施工現(xiàn)場，通過裝配、鏈接、現(xiàn)澆部位澆筑等工序建造而成的建筑。裝配式建筑不僅僅是“傳統(tǒng)生產(chǎn)方式+裝配化”的建筑，而是具備“設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、施工標(biāo)準(zhǔn)化、一體化裝修和信息化管理”[1]5 大特點的新型建筑工業(yè)化建筑，并具有節(jié)能環(huán)保、建筑質(zhì)量高等優(yōu)點。

建筑工業(yè)化設(shè)計中的核心是“標(biāo)準(zhǔn)化集成”。采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，容易產(chǎn)生設(shè)計效率低、現(xiàn)場出現(xiàn)錯漏碰缺等現(xiàn)象。由于裝配式建筑制作拼裝的精度要求高于傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑，如果在拼裝過程中出現(xiàn)圖紙中的錯漏碰缺，將會導(dǎo)致構(gòu)件無法安裝而需要重新生產(chǎn)和運輸，結(jié)果容易造成經(jīng)濟(jì)和工期的巨大浪費。以 10 萬 m2中等小區(qū)為例，8 棟 33 層高層住宅，如果某一外墻板由于設(shè)計或生產(chǎn)原因?qū)е聼o法順利安裝而需要回工廠重新預(yù)制的情況，則共需回廠生產(chǎn) 528片墻體，所耗費的經(jīng)濟(jì)和時間的成本是巨大的。

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是以建筑工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。它具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點[2]。BIM 概念的興起，是繼 CAD 后的又一次革命。BIM 技術(shù)的 Revit 軟件實現(xiàn)了三維結(jié)構(gòu)模型的精確建立和細(xì)致管理及標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。裝配式建筑在施工圖設(shè)計完成后可以進(jìn)行模擬現(xiàn)場裝配，實時根據(jù)安裝要求調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計，并可自動生成相關(guān)構(gòu)件信息圖表，方便了工廠預(yù)制，避免了實際裝配中的勞動返工，提高了工程效率。Revit 的興起將結(jié)構(gòu)設(shè)計從二維引入到三維中，將 CAD 中二維的塊轉(zhuǎn)化成了 Revit 中三維的族，使結(jié)構(gòu)設(shè)計一目了然。

1 BIM技術(shù)在裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 提高裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計效率

裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計在預(yù)制過程中，需要對預(yù)制構(gòu)件的各類管線、電盒等進(jìn)行預(yù)埋[3]，各專業(yè)間配合比傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)更加密切。利用 Revit 創(chuàng)建設(shè)計平臺，各專業(yè)設(shè)計人員能夠及時傳遞各自專業(yè)的設(shè)計信息，對設(shè)計圖紙進(jìn)行實時修改，提高設(shè)計的協(xié)同性及結(jié)構(gòu)設(shè)計的效率和精度。

1.2 易于進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

裝配式建筑設(shè)計的核心是 “標(biāo)準(zhǔn)化集成”。為了最大限度地易于工業(yè)化生產(chǎn)和提高經(jīng)濟(jì)性，裝配式結(jié)構(gòu)應(yīng)更多地采用標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件。以無洞口預(yù)制混凝土內(nèi)墻板為例，相同高度的墻體長度有 1.8～3.6 m，共 7 種尺寸。應(yīng)用 BIM 技術(shù)，對預(yù)制構(gòu)件的集合尺寸、內(nèi)部鋼筋、灌漿套筒等進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計、定位；并且將整塊墻體定義為一個族，便于后續(xù)設(shè)計的直接取用。

1.3 建立裝配構(gòu)件細(xì)部模型構(gòu)造

根據(jù)結(jié)構(gòu)施工圖預(yù)制構(gòu)件詳圖。以預(yù)制外墻板為例，BIM 技術(shù)可快速生成外墻板的各向視圖，包括各方向的模板圖和配筋圖，更清晰地表達(dá)預(yù)制構(gòu)件的各項信息。其中包括外葉板、內(nèi)葉板及洞口的尺寸，每根鋼筋的直徑、尺寸和位置等，以及墻板上預(yù)留的吊裝埋件、臨時支撐埋件、接線盒孔等。通過觀察，有效提高了預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)精度和效率，易于廠家進(jìn)行加工制作。

1.4 對裝配構(gòu)件進(jìn)行模擬裝配

BIM 技術(shù)可以直觀、準(zhǔn)確地反映出各預(yù)制構(gòu)件的安裝方向和各預(yù)制構(gòu)件之間的連接方式，尤其是復(fù)雜節(jié)點處各預(yù)制構(gòu)件鋼筋和現(xiàn)澆部分鋼筋的擺放位置；同時也能對鋼筋的位置進(jìn)行碰撞檢查。

1.5 BIM模型的信息化管理

對于工程整體來講，BIM 技術(shù)的應(yīng)用，可以對所采用的預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)一管理，快速統(tǒng)計出每一層預(yù)制構(gòu)件的種類、數(shù)量，所需混凝土的體積、鋼筋的重量以及各種預(yù)埋件的數(shù)量，并計算出結(jié)構(gòu)的裝配率，從而對建筑的造價、裝配化程度進(jìn)行評估。

2 工程實例應(yīng)用分析

本文以天津某高層住宅為例，介紹 BIM 技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用。

2.1 項目概況

本項目為剪力墻結(jié)構(gòu)，地上總建筑面積為：4.9 萬m2。單體結(jié)構(gòu)地下 2 層，地上 24 層，結(jié)構(gòu)高度 72.6 m，符合裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)的最大適用高度。其中地下部分、地上 1～5 層(底部加強(qiáng)區(qū)及過渡層)、全部邊緣構(gòu)件以及屋面板采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，其余各層內(nèi)外墻體、梁、板、陽臺、樓梯、空調(diào)板采用裝配式混凝土結(jié)構(gòu)。預(yù)制率達(dá)到62%。

2.2 BIM模型建立

本項目采用 Revit 軟件進(jìn)行全樓 BIM 模型的建立，墻體分別建立外墻板與現(xiàn)澆段，其余構(gòu)件依次建立。經(jīng)軟件自動統(tǒng)計，本項目標(biāo)準(zhǔn)層每層預(yù)制墻體共 32 塊，預(yù)制梁 28個，預(yù)制陽臺 2 個，預(yù)制樓梯 2 個；內(nèi)外墻板大部分采用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件采用族進(jìn)行設(shè)計。標(biāo)準(zhǔn)層拆分模型如圖1 所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層拆分模型圖

2.3 裝配構(gòu)件細(xì)部模型構(gòu)造

圖2 為結(jié)構(gòu)中某一預(yù)制外墻板。將構(gòu)件詳圖中的外墻板、保溫層、線盒、鋼筋、臨時支撐、灌漿套筒等全部建立在 Revit 模型中，清晰明了，有利于防止錯漏碰缺。

圖2 某一預(yù)制外墻板圖

2.4 裝配構(gòu)件進(jìn)行模擬裝配

圖3 為兩個墻體在現(xiàn)澆段范圍內(nèi)的鋼筋錨固。此范圍內(nèi)鋼筋密集交錯，并需要滿足錨固要求，在現(xiàn)場裝配過程中容易發(fā)生鋼筋碰撞。Revit 自帶碰撞檢查功能，可以方便地查看鋼筋碰撞位置，通過三維建模逐一進(jìn)行裝配，提高了圖紙的準(zhǔn)確性，也顯著提高了裝配式建筑的生產(chǎn)效率和工程質(zhì)量。

圖3 兩個墻體在現(xiàn)澆段的鋼筋錨固

2.5 構(gòu)建模型的管理

對于工程整體來講，BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以對所采用的預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)一管理，快速統(tǒng)計出每一層預(yù)制構(gòu)件的種類、數(shù)量，所需混凝土的體積、鋼筋的重量以及各種預(yù)埋件的數(shù)量，并計算出結(jié)構(gòu)的裝配率，從而對建筑的造價、裝配化程度進(jìn)行評估。

3 Revit 在裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計中的展望

結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點在于計算分析，Revit 最大的不足就是結(jié)構(gòu)模型與物理模型的銜接問題。在搭建 BIM 模型時，可任意定義族。這個族可以是任意形狀的，截面大小也可以是變化多樣的。這個結(jié)構(gòu)在 Revit 模型中是一個相對獨立的單元，但在現(xiàn)在大多數(shù)的分析軟件中，無法同時創(chuàng)建與之對等的物理分析模型。主流的物理分析模型仍是桿單元、梁單元、殼單元等。對于幾何模型到物理模型的轉(zhuǎn)化尚需人工干預(yù)、剖分。

BIM 用于裝配式結(jié)構(gòu)最主要的還是協(xié)同設(shè)計與模擬裝配。通過 BIM 的數(shù)據(jù)庫，將建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備聯(lián)系起來，并做到與模型上的信息相關(guān)聯(lián)，做到一改俱改。BIM 軟件的發(fā)展，不僅與軟件的操作習(xí)慣相關(guān)，更與設(shè)計院的盈利模式和國家政策息息相關(guān)。在結(jié)構(gòu)中，加強(qiáng)與計算軟件的參數(shù)化雙向聯(lián)系；使用過程中，對甲方、設(shè)計院以和構(gòu)件廠都應(yīng)一并使用統(tǒng)一體系的 BIM 模型。

4 結(jié) 語

目前裝配式住宅在我國發(fā)展迅速，BIM 技術(shù)有利于住宅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的推廣。采用 BIM 技術(shù)進(jìn)行裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計減少了設(shè)計問題，提高了出圖效率，易于廠家進(jìn)行加工。目前的 BIM 技術(shù)更多地偏重于結(jié)構(gòu)設(shè)計出圖方面。對于結(jié)構(gòu)計算以及后續(xù)圍繞構(gòu)件制造、運輸、裝配的全周期過程有待進(jìn)一步研究。

[1] 樊則森, 李新偉. 裝配式建筑設(shè)計的BIM方法[J]. 建筑技藝, 2014(6): 68-76.

[2] 管梽瑜, 張德海. BIM使住宅產(chǎn)業(yè)化再發(fā)展[J]. 城市建設(shè)理論研究(電子版), 2013(23): 23-36.

[3] 白庶, 張艷坤,韓鳳,等. BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用價值分析[J]. 建筑經(jīng)濟(jì). 2015 (11): 106-109.

TU50

A

1674-814X(2017)01-0013-03

2016-09-12

孟祥良，現(xiàn)供職于天津大學(xué)建筑設(shè)計研究院。作者通信地址：天津市南開區(qū)鞍山西道192號。郵編：300073。