BIM土建計(jì)量在裝配式建筑圖紙智能識(shí)別中的應(yīng)用

摘要：隨著現(xiàn)代工業(yè)和建筑科技不斷發(fā)展，人們的環(huán)保節(jié)能意識(shí)逐漸增強(qiáng)。建造工期短、施工精度高、氣候適應(yīng)性強(qiáng)、節(jié)省勞動(dòng)力的裝配式建筑受到極大青睞。各地也出臺(tái)了多項(xiàng)相關(guān)技術(shù)扶持政策。隨著裝配式設(shè)計(jì)流程精細(xì)化及構(gòu)件模塊種類、數(shù)量增多，施工工藝復(fù)雜化，裝配式建筑設(shè)計(jì)的精確度要求和數(shù)量化、可視化需求也越發(fā)強(qiáng)烈。為實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)化、便捷的裝配式建筑數(shù)字化成本管控的目標(biāo)，本文以江蘇某裝配式高中教學(xué)樓項(xiàng)目為例，利用BIM技術(shù)的土建計(jì)量的方法，研究BIM土建計(jì)量平臺(tái)軟件在預(yù)制裝配式建筑圖紙智能識(shí)別中的應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)了裝配式建筑從二維到三維的工程信息建模和土建計(jì)算。

關(guān)鍵詞：BIM；土建算量；裝配式建筑；建模；圖紙智能識(shí)別；高中教學(xué)樓

中圖分類號(hào)：TU17" "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" "文章編號(hào)：２０９６-2118（2024）04-0055-06

The Application of BIM Civil Engineering Measurement in Intelligent Recognition of Prefabricated Building Drawings：Taking a Prefabricated High School Teaching Building Project in Jiangsu Province as an Example

WANG Xi，XU Liyang，GAO Junmei

（Jinan Lixia Urban Development Group Co.，Ltd.，Jinan Shandong 250013，China）

Abstract：With the continuous development of modern industry and construction technology，people’s awareness of environmental protection and energy conservation is gradually increasing.Prefabricated buildings with short construction periods，high construction accuracy，strong climate adaptability，and labor saving are highly favored.Various localities have also introduced a number of relevant technical support policies.With the refinement of the prefabricated design process and the increase in the types and quantities of component modules，as well as the complexity of construction processes，the precision requirements，quantification，and visualization requirements of prefabricated building design have become increasingly strong.In order to achieve a more refined and convenient digital cost control of prefabricated buildings，taking a prefabricated high school teaching building project in Jiangsu as an example，this study uses the civil engineering measurement method of BIM technology to study the application of BIM civil engineering measurement platform software in intelligent recognition of prefabricated building drawings，finally，achieves engineering information modeling and civil engineering calculation from 2D to 3D for prefabricated buildings.

Keywords：BIM；civil engineering calculation；prefabricated buildings；modeling；intelligent recognition of drawings；high school teaching buildings

裝配式建筑的構(gòu)建過(guò)程涉及預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)和裝配，即將原本需要現(xiàn)澆成型的梁、板、柱等構(gòu)配件，運(yùn)至工廠進(jìn)行預(yù)制生產(chǎn)。在工廠完成制造后，這些預(yù)制構(gòu)件被運(yùn)送到建筑工地，隨后通過(guò)精細(xì)化裝配過(guò)程組裝在一起。為了確保整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和完整性，部分裝配完成的構(gòu)件之間會(huì)采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑的方式進(jìn)行連接，最終形成完整的裝配式建筑。工廠組裝構(gòu)件數(shù)，即現(xiàn)場(chǎng)的濕作業(yè)量減少額，可通過(guò)裝配率這一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行衡量[1]。

基于裝配式建筑建造房屋具有可批量化生產(chǎn)、預(yù)制件拆卸方便、可重復(fù)利用、可按不同需求進(jìn)行模塊化組合、適應(yīng)不同的場(chǎng)地和功能需求等特點(diǎn)，且現(xiàn)階段裝配式建筑工程量變大、圖紙更加復(fù)雜、構(gòu)件變多及設(shè)計(jì)方案變更等因素，裝配式建筑在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)構(gòu)件模塊的精確度和數(shù)量化、可視化需求也愈發(fā)迫切，需要相應(yīng)的數(shù)字化建筑信息（BIM）技術(shù)進(jìn)行支撐，以確定各種預(yù)制構(gòu)件的工程量，在統(tǒng)計(jì)和計(jì)量裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件時(shí)，需細(xì)致考慮多方面因素，如構(gòu)件量、相關(guān)參數(shù)、所需混凝土等級(jí)等。這些信息都需要根據(jù)土建工程量計(jì)算的統(tǒng)一規(guī)范進(jìn)行詳細(xì)記錄，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和工程的順利進(jìn)行[2]。

隨著B(niǎo)IM技術(shù)的持續(xù)演化與革新，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了許多BIM土建算量一體化工程計(jì)量軟件，成為現(xiàn)代成本管理的重要工具，不僅可以直接建立土建模型，進(jìn)行精確的工程量計(jì)算，還具備強(qiáng)大的智能識(shí)別功能，能在裝配式建筑圖紙中自動(dòng)捕捉關(guān)鍵信息。軟件能夠識(shí)別并提取圖紙中的預(yù)制墻板、疊合板、預(yù)制柱、預(yù)制梁、門窗洞等構(gòu)件的詳細(xì)數(shù)據(jù)，基于這些數(shù)據(jù)，軟件能夠迅速構(gòu)建出精確的三維模型，從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)、全面和數(shù)字化的成本管控。此外，該軟件涵蓋了從估算、預(yù)算、施工過(guò)程到竣工結(jié)算的全過(guò)程管理。它可以根據(jù)提取的構(gòu)件信息自動(dòng)生成土建報(bào)表，融入工程量計(jì)算、提取、核查等全過(guò)程計(jì)算功能。這些功能大幅提高了工作效率，能更加高效地進(jìn)行成本管理。通過(guò)該軟件，設(shè)計(jì)和施工單位可以更加精準(zhǔn)地掌握成本信息，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化成本管控，從而提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和競(jìng)爭(zhēng)力[3]。

本文通過(guò)BIM土建計(jì)量軟件探討江蘇某裝配式高中教學(xué)樓項(xiàng)目圖紙智能識(shí)別和建模算量技術(shù)，明確圖紙智能識(shí)別和模型建立的策略、步驟和系統(tǒng)化流程，并針對(duì)其中遇到的主要問(wèn)題提出了切實(shí)有效的解決方案，以期實(shí)現(xiàn)更加高效、精確的成本管理和控制[4]。

1 項(xiàng)目裝配式應(yīng)用概況

本項(xiàng)目為江蘇省一所全日制完全中學(xué)高中部改擴(kuò)建教學(xué)樓、宿舍樓中的教學(xué)樓項(xiàng)目。改擴(kuò)建教學(xué)樓的位置位于校園西南門以北，改擴(kuò)建后的校園布局更加合理，教學(xué)樓建筑典雅大方，充滿現(xiàn)代氣息（見(jiàn)圖1）。教學(xué)樓建筑面積6 220 m2，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆梁柱體系，外墻為ALC蒸壓混凝土墻。地上建筑層數(shù)為4層，主要功能為教學(xué)辦公。建筑平面為單廊式布局，普通教室、辦公室、會(huì)議室和1部樓梯位于南側(cè)，學(xué)生和教師衛(wèi)生間、飲水間、2部樓梯位于北側(cè)。地下1層，主要功能為消防水池、配電間、消防和生活水泵房。層高4.0 m，建筑高度17.65 m。

本教學(xué)樓為裝配式工程，內(nèi)墻板和樓板為預(yù)制構(gòu)件，1～4層均為預(yù)制區(qū)域。本教學(xué)樓內(nèi)墻板裝配部分面積1 844.75 m2，對(duì)應(yīng)總面積1844.75 m2；樓板裝配部分面積1 612.98 m2，對(duì)應(yīng)總面積3 739.8 m2；樓梯板未使用預(yù)制裝配構(gòu)件，對(duì)應(yīng)總面積164.10 m2。裝配部門面積總和3 457.73m2，與對(duì)應(yīng)總面積5 748.65 m2的比值60.15%為本工程預(yù)制內(nèi)墻板、預(yù)制樓梯、預(yù)制樓板“三板”使用率，滿足三板預(yù)制率不低于60%的要求。關(guān)于“單體建筑中強(qiáng)制應(yīng)用的‘三板預(yù)制率’總比例不得低于60%”是依據(jù)《江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳蘇建函科〔2017〕43號(hào)》“三板”計(jì)算細(xì)則進(jìn)行計(jì)算。蘇建科〔2017〕43號(hào)文所指預(yù)制內(nèi)外墻板、預(yù)制樓梯板、預(yù)制樓板的構(gòu)件類型，參照《江蘇省裝配式建筑預(yù)制裝配率計(jì)算細(xì)則》的要求，“三板”應(yīng)用比例是指，預(yù)制內(nèi)外墻板、預(yù)制樓梯板、預(yù)制樓板應(yīng)用面積之和與對(duì)應(yīng)項(xiàng)目總面積之比。“三板”應(yīng)用項(xiàng)目實(shí)施范圍嚴(yán)格按蘇建科〔2017〕43號(hào)文的要求執(zhí)行，其中，單體建筑面積是指單體建筑地上部分總建筑面積。

本教學(xué)樓工程室內(nèi)隔墻預(yù)制構(gòu)件采用ALC蒸壓輕質(zhì)混凝土（Autoclaved Lightweight Concrete）內(nèi)隔墻板，預(yù)制內(nèi)墻板構(gòu)件按照YNQ進(jìn)行編號(hào)。ALC是高性能蒸壓加氣混凝土的一種，ALC板是以粉煤灰（或硅砂）、水泥、石灰等為主原料，經(jīng)過(guò)高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)而成的多氣孔混凝土成型板材，內(nèi)含經(jīng)過(guò)防銹處理的增強(qiáng)鋼筋。ALC內(nèi)墻板具有輕質(zhì)、防火性能好、隔音性能佳、保溫隔熱、經(jīng)濟(jì)、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，適用于建筑和裝修中隔音、隔熱和防火等領(lǐng)域。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)上，建筑填充墻采用輕質(zhì)墻體材料，有效減輕了結(jié)構(gòu)自重。為扣除多余荷載，詳細(xì)地計(jì)算了填充墻等荷載。

本教學(xué)樓建筑中預(yù)制桁架鋼筋混凝土疊合板按照YSB進(jìn)行編號(hào)，并采用桁架與現(xiàn)澆層結(jié)合。其中預(yù)制桁架鋼筋混凝土疊合樓板底板厚度60 mm，上部后澆筑現(xiàn)澆混凝土疊合層厚度80 mm，預(yù)制板與后澆混凝土疊合層之間的結(jié)合面應(yīng)設(shè)粗糙面，形成整個(gè)樓板。疊合板與梁、墻搭接長(zhǎng)度10 mm。預(yù)制疊合板按主要受力方向布置桁架鋼筋。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)上，預(yù)制樓板的現(xiàn)澆部分在滿足要求的前提下，局部樓板合理減小了板厚，并且合理控制樓板配筋量。

2 裝配式建筑圖紙智能識(shí)別原理

BIM土建算量一體化平臺(tái)軟件基于已有的BIM和大數(shù)據(jù)等高效數(shù)據(jù)管理技術(shù)，以及軟件內(nèi)置的全國(guó)各地區(qū)工程量計(jì)算規(guī)則、模式識(shí)別等將二維圖形進(jìn)行三維轉(zhuǎn)化的人工智能算法和幾何數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的前提，智能識(shí)別一般項(xiàng)目中的二維平面圖紙，通過(guò)提取圖紙構(gòu)件并精確識(shí)別構(gòu)件信息的過(guò)程中，首先識(shí)別并提取圖紙中的邊框線，從而確定構(gòu)件的準(zhǔn)確位置，對(duì)圖紙中的預(yù)制墻板、疊合板、預(yù)制柱、預(yù)制梁、門窗洞等二維構(gòu)件進(jìn)行識(shí)別。完成上述步驟后，將信息整合并轉(zhuǎn)化為三維BIM土建計(jì)量模型，這一模型不僅準(zhǔn)確反映了建筑的結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)，而且提供了進(jìn)行精細(xì)化算量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過(guò)這一方法，能夠?qū)崿F(xiàn)更為精準(zhǔn)和高效的成本管理和控制[5]。

3 智能識(shí)別及算量在裝配式項(xiàng)目中的應(yīng)用

智能識(shí)別的前期準(zhǔn)備流程包括新建工程，選擇地區(qū)及清單規(guī)則（見(jiàn)圖2）；在圖紙管理中添加項(xiàng)目的CAD圖紙，通過(guò)識(shí)別圖紙軸線、數(shù)值信息進(jìn)行軸網(wǎng)自動(dòng)識(shí)別[6]。

本項(xiàng)目的主體結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，以教學(xué)樓標(biāo)準(zhǔn)層平面為例，從結(jié)構(gòu)專業(yè)平面圖中的現(xiàn)澆構(gòu)件梁、柱到裝配式構(gòu)件的預(yù)制內(nèi)墻、預(yù)制疊合板依次進(jìn)行識(shí)別。

3.1 豎向承重構(gòu)件——現(xiàn)澆柱的智能識(shí)別

教學(xué)樓結(jié)構(gòu)平面的標(biāo)準(zhǔn)層柱規(guī)則布置在敞開(kāi)走廊、普通教室、辦公室、會(huì)議室、衛(wèi)生間、飲水間、走道和樓梯間四周。本項(xiàng)目教學(xué)樓長(zhǎng)97.84 m，根據(jù)《混凝土規(guī)范》，框架結(jié)構(gòu)（現(xiàn)澆）超過(guò)55 m的要設(shè)縫的要求，在平面柱網(wǎng)10和11軸之前設(shè)變形縫。在“柱”選項(xiàng)卡中選擇“柱（Z）”，在“建?！辈藛螜谥羞x擇“識(shí)別柱”，依次選擇“提取邊線”“提取標(biāo)注”，“自動(dòng)識(shí)別”，最后校核柱圖元，完成柱的定義。三維視角下紫色立柱即為識(shí)別完成的柱（見(jiàn)圖3）。

3.2 豎向傳力及承重構(gòu)件——現(xiàn)澆梁的智能識(shí)別

本項(xiàng)目現(xiàn)澆梁承受上部縱橫墻和疊合板的荷載，并豎向傳遞給柱。由搭接在柱上主梁和主梁上次梁構(gòu)成整個(gè)體系。在導(dǎo)航欄“梁”選項(xiàng)卡中選擇“梁（L）”，在“建?！辈藛螜谥羞x擇“識(shí)別梁”，按照提示分別選擇“提取邊線”“提取集中標(biāo)注和原位標(biāo)注”，最后實(shí)現(xiàn)全部梁的識(shí)別，梁構(gòu)件即定義完畢，并自動(dòng)完成校核。三維視角下粉色構(gòu)件即為智能識(shí)別完成轉(zhuǎn)換后的梁（見(jiàn)圖4）[7]。同樣方法可完成對(duì)預(yù)制梁、連梁、圈梁的智能識(shí)別。

3.3 豎向非承重構(gòu)件——預(yù)制內(nèi)墻的智能識(shí)別

本項(xiàng)目?jī)?nèi)隔墻預(yù)制構(gòu)件采用ALC蒸壓輕質(zhì)混凝土內(nèi)隔墻板，分為底部坐漿、中間預(yù)制段和頂部后澆段。預(yù)制部分在工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)吊裝，本次直接套用預(yù)制墻安裝定額。本項(xiàng)目的預(yù)制內(nèi)墻屬于較規(guī)則的預(yù)制墻，使用矩形預(yù)制墻，適用于只有平面拆分圖沒(méi)有深化詳圖時(shí)預(yù)制墻工程量模糊測(cè)算的場(chǎng)景，有深化設(shè)計(jì)圖紙的再使用參數(shù)化預(yù)制墻。在導(dǎo)航欄“裝配式”選項(xiàng)卡中選擇“預(yù)制墻（Q）”，在“構(gòu)建列表”中選擇“新建矩形預(yù)制墻”，屬性列表中根據(jù)圖紙上預(yù)制內(nèi)墻圖紙標(biāo)注輸入相應(yīng)名稱，本項(xiàng)目為YNQ1～YNQ14，在“建?！辈藛螜谥羞x擇“識(shí)別預(yù)制墻”，按照提示依次選擇“提取邊線”“提取標(biāo)識(shí)”，最后實(shí)現(xiàn)全部預(yù)制內(nèi)墻的識(shí)別，預(yù)制內(nèi)墻構(gòu)件即定義完畢，并自動(dòng)完成校核（見(jiàn)圖5）。如需單獨(dú)計(jì)算鋼筋含量，可在構(gòu)件屬性中進(jìn)行識(shí)別鋼筋表，也可統(tǒng)計(jì)灌漿套筒及預(yù)埋件的量，還可進(jìn)行預(yù)制墻帶梁、連梁，梁、連梁鋼筋構(gòu)件設(shè)置。

3.4 水平承重構(gòu)件——預(yù)制疊合板的智能識(shí)別

本項(xiàng)目中的水平承重構(gòu)件預(yù)制疊合板需現(xiàn)場(chǎng)吊裝，套用疊合樓板安裝定額，桁架筋、底筋也包含在預(yù)制板成品里，由構(gòu)件廠加工完成；面筋在施工現(xiàn)場(chǎng)綁扎，上部現(xiàn)澆混凝土疊合層為現(xiàn)場(chǎng)后澆，需套用后澆混凝土澆搗定額。在導(dǎo)航欄“裝配式”選項(xiàng)卡中選擇“疊合板（預(yù)制底板）”，在“建?！辈藛螜谥羞x擇“識(shí)別預(yù)制底板”，按照提示依次選擇“提取邊線”“提取標(biāo)識(shí)”，最后實(shí)現(xiàn)全部預(yù)制底板的識(shí)別，預(yù)制底板構(gòu)件即定義完畢，并自動(dòng)完成校核。上部疊合板（整厚）構(gòu)件的定義可由現(xiàn)澆板繪制，厚度為現(xiàn)澆與預(yù)制厚度總和，板縫首選自動(dòng)生成板縫，類型為后澆帶接縫，可實(shí)現(xiàn)板縫快速建模。最后可根據(jù)計(jì)算需要，布置疊合板受力筋、疊合板跨板受力筋、疊合板負(fù)筋，完成預(yù)制疊合板的智能識(shí)別建模。圖6中的紫色部分即為智能識(shí)別完成的疊合板。

3.5 裝配式建筑匯總計(jì)算

對(duì)本項(xiàng)目的軸網(wǎng)、現(xiàn)澆柱、現(xiàn)澆梁、預(yù)制內(nèi)墻、疊合板構(gòu)建三維模型的過(guò)程中，軟件會(huì)按順序智能識(shí)別各個(gè)構(gòu)件，并將詳細(xì)的構(gòu)件信息存儲(chǔ)于新創(chuàng)建的項(xiàng)目工程中。模型構(gòu)建完成后，軟件會(huì)進(jìn)一步執(zhí)行工程量的統(tǒng)計(jì)工作。具體而言，用戶可以在軟件的“工程量”選項(xiàng)卡中找到“匯總”分組，并選擇“匯總計(jì)算”功能來(lái)執(zhí)行計(jì)算。計(jì)算完成后，用戶可以在“報(bào)表”分組中選擇“查看報(bào)表”選項(xiàng)，進(jìn)而在左側(cè)的報(bào)表樹(shù)中選取所需預(yù)覽的“土建報(bào)表量”，以獲取詳細(xì)的工程量數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖7）。以上流程確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和便捷性，為項(xiàng)目管理和成本控制提供了有力支持。在不同的工程項(xiàng)目中，為了更有效地進(jìn)行成本管控，設(shè)計(jì)和施工單位可根據(jù)造價(jià)文件的特定要求，靈活選擇與之匹配的工程量報(bào)表類型，確保成本管理的精細(xì)化與針對(duì)性。這一靈活性有助于項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)根據(jù)項(xiàng)目的具體情況進(jìn)行更精確的決策，從而提升成本管控的效率和效果。

4 結(jié)語(yǔ)

文本以江蘇某中學(xué)高中部裝配式教學(xué)樓項(xiàng)目為例，從柱網(wǎng)規(guī)整、功能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔的平面圖紙入手，探討B(tài)IM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用。利用BIM土建算量軟件的強(qiáng)大功能，自動(dòng)、高效地識(shí)別并提取了圖紙中的關(guān)鍵信息，包括軸網(wǎng)、現(xiàn)澆柱、現(xiàn)澆梁、預(yù)制內(nèi)墻以及疊合板等構(gòu)件的詳細(xì)數(shù)據(jù)，成功構(gòu)建了精確的三維模型，并據(jù)此進(jìn)行了詳盡的工程量計(jì)算。這種技術(shù)不僅能顯著提升工程量計(jì)算的準(zhǔn)確性和效率，還有助于降低項(xiàng)目成本，提高整體工程質(zhì)量，可為各類復(fù)雜裝配式建筑項(xiàng)目的土建計(jì)量工作提供借鑒和參考。

參 考 文 獻(xiàn)

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編輯：楊 洋