基于Revit 的建筑施工時(shí)空變化研究

王素真

（合肥財(cái)經(jīng)職業(yè)學(xué)院，安徽 合肥 230601）

建筑施工過程時(shí)空變化模擬一直以來都是國內(nèi)外建筑業(yè)信息技術(shù)研究熱點(diǎn)［1］。隨著建模技術(shù)的不斷應(yīng)用，對建筑施工過程的相關(guān)分析在不斷深入，研究的方法越來越多樣化、智能化［2］。但是，現(xiàn)有研究仍然存在一些問題［3，4］：（1）目前大多數(shù)學(xué)者對于建筑施工過程的時(shí)空變化模擬研究較少，可以提供的研究成果較少。對于建筑的施工過程過于復(fù)雜，包含施工工序多。（2）由于Revit軟件自身的局限性，難以覆蓋整個(gè)建筑建造的全生命周期，實(shí)際建造中的一些現(xiàn)實(shí)因素也無法在模型構(gòu)建中得以考慮。由于Revit 建模軟件自身的功能不夠全面，使得施工過程的階段變化與狀態(tài)遷移難以準(zhǔn)確記錄，這就要求對使用Revit 建模時(shí)盡可能對建筑施工過程進(jìn)行完整體現(xiàn)，以達(dá)到對建筑施工過程時(shí)空變化模擬的目的［5，6］。本文基于Revit 軟件模擬了建筑施工過程的時(shí)空變換，其意義在于利用構(gòu)建建筑物模型時(shí)能夠優(yōu)化建筑資源配置，避免建筑資源的浪費(fèi)，可以模擬建筑物施工過程和施工的進(jìn)度，加強(qiáng)對施工的管理。通過使用Revit 建模軟件構(gòu)建建筑施工過程時(shí)空變化模擬更好體現(xiàn)支持建筑對象演化過程的動(dòng)態(tài)表達(dá)，更好地分析建筑全生命周期中的演化過程特點(diǎn)。在分析的基礎(chǔ)上用建筑模型的構(gòu)造過程來表達(dá)這些建筑施工過程的相關(guān)特性，使得建筑施工階段更好地展現(xiàn)出來，從而達(dá)到對建筑施工過程時(shí)空變化的模擬。

1 建筑施工過程建模與特性分析

1.1 基于Revit 的三維建模

通過使用Autodesk Revit 2018 軟件進(jìn)行三維建模，如圖1 所示。建模過程主要包括了基坑挖土、樁基階段、地下結(jié)構(gòu)階段、地上主體結(jié)構(gòu)階段、地下建筑階段、地上主體建筑階段、地上主體裝飾裝修階段等過程。根據(jù)對建筑施工過程的特性分析，模型構(gòu)建過程要實(shí)現(xiàn)建筑演化過程中的階段性、層次性、關(guān)聯(lián)性。

圖1 主體裝飾裝修成果圖

在地基構(gòu)造階段，主要表達(dá)了樁基的建造過程；在主體建造階段表達(dá)了建筑物各樓層的建造過程以及腳手架的拆建過程；在裝飾裝修階段，則描述了相關(guān)建筑構(gòu)件的裝飾裝修過程。

1.1.1 地基構(gòu)造

在建筑地基基礎(chǔ)建造階段，主要表達(dá)樁基的建造過程。利用revit 軟件繪制的樁基階段，主要表現(xiàn)工程在特定標(biāo)高處的筏板、承臺(tái)、集水坑等。接著在樁基階段的基礎(chǔ)上構(gòu)造筏板基礎(chǔ)墊層，形成筏板基礎(chǔ)，再以筏板為承重結(jié)構(gòu)向上引出墻柱，開始澆筑捆扎的鋼筋柱，搭建地下室連續(xù)墻和柱，在承重墻和承重柱上構(gòu)造地梁，完成地下室梁的建造，最后澆筑地下室頂板，完成地基基礎(chǔ)部分。

1.1.2 主體工程

主體工程的建造分為地上主體施工階段和地上主體建筑施工階段，包括構(gòu)建房屋的梁、板、柱、剪力墻、砌塊墻體。主體實(shí)際上就是從基礎(chǔ)圈梁開始，綁筋、支模、澆筑，一直到建筑物封頂。從地基基礎(chǔ)上引出鋼筋捆扎柱，做一樓空間。在柱子上搭設(shè)一樓的梁，需要支模，也是鋼筋捆扎，然后混凝土澆筑，再澆筑一樓天花板，此時(shí)的天花板就是二樓的承重結(jié)構(gòu)。然后同一樓工序一樣建造二層樓，一層一層翻上去，完成主體框架。做完框架主體后進(jìn)行每層砌墻。

1.1.3 裝飾裝修

主體裝飾裝修部分是為了保護(hù)建筑的主體結(jié)構(gòu)、完善建筑的使用功能和美化建筑物，采用裝飾裝修材料或飾物，對建筑物的內(nèi)外表面及空間進(jìn)行的各種處理過程。在Revit 中主要使用門窗，墻體建模工具，進(jìn)行門窗的安裝和墻體修飾完成對主體的裝飾裝修。

1.2 建筑施工的特性分析

1.2.1 建筑對象演化過程具有階段性

建筑對象的演化包含了若干規(guī)律性的時(shí)空過程，這些時(shí)間的規(guī)律性首先體現(xiàn)在建筑施工過程的階段性，具體表現(xiàn)在：

（1）分階段，一個(gè)施工過程會(huì)在時(shí)間軸上劃分為若干個(gè)較大的時(shí)間階段。如圖2 所示，建筑物的施工階段由基礎(chǔ)、主體、裝飾裝修、屋面等施工階段所組成；而裝飾裝修階段又由地面、抹灰、門窗、吊頂、飾面板、輕質(zhì)隔墻、涂飾、細(xì)部等施工階段所組成。

圖2 建筑施工過程階段性工程

（2）小周期循環(huán)，在一定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行重復(fù)若干規(guī)律性的周期。例如在裝飾裝修的抹灰階段，施工人員在各個(gè)房間內(nèi)重復(fù)著抹灰的操作，直到該工作完成。

（3）每個(gè)階段具有開始與結(jié)束時(shí)間。在建筑施工設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師會(huì)對每個(gè)階段的開始與結(jié)束時(shí)間進(jìn)行限定，形成建筑施工的計(jì)劃時(shí)間；而在實(shí)際施工時(shí)，也會(huì)有各個(gè)階段實(shí)際的完成時(shí)間，形成建筑施工的實(shí)際完成時(shí)間。

1.2.2 建筑對象具有層次性

建筑對象的演化過程具有一定的層次性。如一個(gè)建筑施工工程可分為基礎(chǔ)、主體、裝飾、驗(yàn)收等分部工程；主體施工又由各個(gè)樓層和屋面的結(jié)構(gòu)施工所組成；而每個(gè)樓層的結(jié)構(gòu)施工，又可由鋼筋、混凝土以及相應(yīng)的基礎(chǔ)構(gòu)件的施工所組成。建筑對象的施工過程中，相同對象在不同施工層次具有不同的語義信息。如鋼筋混凝土建筑工程施工時(shí)，如以建筑構(gòu)件為基本粒度來考慮，每一樓層的施工包括樓板的柱、梁等建筑構(gòu)件的架設(shè)。而在更細(xì)的層面上，建筑構(gòu)件的施工又可以進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分。同樣是樓板，在更細(xì)的粒度下，則又可代表著水泥預(yù)制板和鋼筋拼接的整個(gè)過程。此時(shí)，樓板已經(jīng)被分化成了鋼筋和預(yù)制板等內(nèi)容。因此，同樣的對象，在不同的施工層次下，語義信息可能發(fā)生變化。

1.2.3 建筑對象演化過程各環(huán)節(jié)之間具有關(guān)聯(lián)性

建筑對象演化過程的各個(gè)環(huán)節(jié)之間具有一定的關(guān)聯(lián)。一個(gè)或多個(gè)個(gè)體的演化發(fā)生會(huì)同時(shí)引起或者需要為其它個(gè)體演化行，進(jìn)而形成范圍更廣或者時(shí)間更長的演化。演化層主要描述建筑物的施工過程各個(gè)階段的演化過程，包括不同時(shí)空分辨率下建筑對象的演化。從總體工程到分部工程到子分部工程的層次結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了建筑施工過程所存在的層次性，而每一個(gè)施工層次中，各項(xiàng)施工工程又是由各個(gè)施工階段所構(gòu)成，體現(xiàn)了施工過程的階段性。為完成每個(gè)施工工程或分部工程，管理者對施工任務(wù)進(jìn)行了進(jìn)一步細(xì)分，規(guī)定了各項(xiàng)施工活動(dòng)的關(guān)系，體現(xiàn)在施工任務(wù)的串行、并行等相互關(guān)系上，體現(xiàn)了施工過程各環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)性。

2 建筑施工過程時(shí)空變化模擬的實(shí)現(xiàn)

2.1 階段性的實(shí)現(xiàn)

建筑對象的演化過程具有階段性，建筑對象的演化包含了若干規(guī)律性的時(shí)空過程，這些時(shí)間的規(guī)律性首先體現(xiàn)在建筑施工過程的階段性。而基于Revit 的建筑模型也有演化過程的階段性，一個(gè)施工過程會(huì)在時(shí)間軸上劃分為若干個(gè)較大的時(shí)間階段，模型構(gòu)建在時(shí)間軸上也有階段性的體現(xiàn)。在模型的構(gòu)造階段的階段性主要有建筑施工的推進(jìn)，建筑在時(shí)間上得對應(yīng)變化。建筑物的施工階段由基礎(chǔ)、主體、裝飾裝修、屋面等施工階段所組成，在Revit 模型上能夠?qū)崿F(xiàn)建筑施工過程在時(shí)間上的階段性。Revit 建筑模型在階段性的實(shí)現(xiàn)如圖2。

2.2 層次性的實(shí)現(xiàn)

建筑對象具有一定的層次性，建筑對象的演化過程具有一定的層次性。如一個(gè)建筑施工工程可分為基礎(chǔ)、主體、裝飾、驗(yàn)收等分部工程；主體施工又由各個(gè)樓層和屋面的結(jié)構(gòu)施工所組成；而每個(gè)樓層的結(jié)構(gòu)施工，又可由鋼筋、混凝土以及相應(yīng)的基礎(chǔ)構(gòu)件的施工所組成。建筑施工過程的層次性在時(shí)空上對應(yīng)著支模的完成，樓層混凝土澆筑，然后開始建造三層結(jié)構(gòu)，建造活動(dòng)都有相應(yīng)的層次，在Revit 模型上能實(shí)現(xiàn)出層次性，如圖3。

圖3 建筑施工過程層次性結(jié)構(gòu)程

2.3 關(guān)聯(lián)性的實(shí)現(xiàn)

建筑對象演化過程的各個(gè)環(huán)節(jié)具有一定的關(guān)聯(lián)性。在Revit 模型中，各個(gè)活動(dòng)之間存在著關(guān)聯(lián)關(guān)系。外架搭設(shè)是后續(xù)各樓層進(jìn)行作業(yè)的前提條件，如果該項(xiàng)工作未完成，則后續(xù)各樓層的建造過程無法開展。在建筑施工過程中，Revit 模型的關(guān)聯(lián)性主要體現(xiàn)在，腳手架的外架搭設(shè)環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)著建筑施工的推進(jìn)和施工環(huán)節(jié)的流轉(zhuǎn)。Revit 建筑模型在關(guān)聯(lián)性的實(shí)現(xiàn)如圖4。

圖4 建筑施工過程關(guān)聯(lián)性流程

根據(jù)上述方法，對建筑物演化過程的特性進(jìn)行了分析，從建筑對象的演化過程包含了若干規(guī)律性的時(shí)空過程出發(fā)，通過Revit 構(gòu)建的模型，以模型的構(gòu)建過程為例體現(xiàn)建筑施工過程三個(gè)特性，也是建筑演化過程的時(shí)空特性，即建筑對象演化過程具有的階段性，建筑對象演化過程具有的層次性，建筑對象演化過程各環(huán)節(jié)之間具有的關(guān)聯(lián)性。從Revit 模型建造過程對象出發(fā)，實(shí)現(xiàn)了對建筑施工過程的時(shí)空變化模擬。

3 結(jié)論

本文面向建筑物的建筑施工過程，分析了其中存在的主要時(shí)空過程特征，構(gòu)建了基于Revit 的建筑建造過程模型。圍繞建筑施工過程的三個(gè)特性，即階段性、層次性和關(guān)聯(lián)性，以模型構(gòu)建過程為例，體現(xiàn)了建筑演化過程中包含時(shí)空過程的特性，并實(shí)現(xiàn)建筑建造過程的時(shí)空變化模擬。結(jié)論如下：

（1）基于Revit 構(gòu)建的建筑物建造過程模型，能夠較為準(zhǔn)確地表達(dá)建筑建造過程中所包含的階段性、層次性、關(guān)聯(lián)性等特征。

（2）模型能夠?qū)崿F(xiàn)建筑對象與建筑建造過程模型的關(guān)聯(lián)，從而有效地對建筑物的建造過程進(jìn)行模擬。

（3）模型的建造過程相關(guān)要素比較完備，能夠與實(shí)體建筑物建造過程中的相關(guān)要素進(jìn)行映射，具有建筑建造過程類似的功能。