基于BIM模型的建筑装配率计算方法研究.pdf

Zhejiang Construction,Vol.40,No.5,Oct.20230引言建筑产业现代化是以绿色发展为理念，以新型建筑工业化为核心，充分运用现代科学技术和现代化管理模式，将房屋建造全过程连接为完整的一体化产业链，实现开发建设、设计研发、生产加工、施工装配、咨询服务等全产业链协同发展，从而全面提升建筑工程的效率、效益和质量 1。装配式建筑可实现项目开发过程中的质量可控、成本可控、进度可控三大目标 2。在政策的引导下，国内装配式建筑的普及率越来越高，大部分地区新建项目均增加了装配率的要求，在项目开发的过程中，需要充分考虑当地的装配式构件生产情况和项目特点，制定满足要求的建筑装配式方案。建筑信息模型（简称BIM）指建设工程的物理特征和功能特性等信息的数字化集成。BIM技术是指基于BIM的数字化承载和可视化表达等的成套技术。Revit 是 Autodesk公司开发的一款当前较为普及的BIM软件。Dynamo是可在Revit上运行的可视化编程工具，设计师可以完善数据处理，提高几何模型和信息模型之间的契合度。Revit二次开发技术 3 是基于Revit API类库，通过C#、VB.NET等语言，扩展和增强Revit功能和应用，能够加快建模速度，辅助三维出图，满足项目的特殊需求。WPF是微软推出的基于Windows 的用户界面框架 4，它提供了统一的编程模型、语言和框架，真正做到了分离界面设计人员与开发人员的工作。装配率是评价装配式建筑的重要指标之一，也是政府制定装配式建筑扶持政策的主要依据 5。建筑的装配式方案制作中有大量装配率计算工作，并且由于方案在优化的过程中，经常需要根据优化的版本编制计算表，绘制平面示意图。本文提出的方法基于BIM模型参数化的特点，结合Revit二次开发和Dynamo程序，能够提高装配率计算过程准确度和效率。1装配率计算流程装配率计算整体流程见图1。首先对项目模型进行整理，便于模型归类，模型归类界面通过Revit二次开发完成，修改完模型摘要装配式建筑方案编制中存在大量装配率计算工作，为了提高现阶段装配率计算的效率和准确性，提出了一种基于 BIM 软件的装配式建筑装配率计算方法，并将该方法运用于某产业平台项目。通过该方法可以准确高效地实现模型中装配率的计算、装配式构件的编号、计算表制作、平面示意图生成等，可提高装配式建筑BIM应用率，推动装配式建筑更好地发展。关键词装配式建筑；BIM技术；装配率中图分类号：TU741.3文献标志码：A文章编号：1008-3707(2023)05-0037-04AbstractWith the increasing application of prefabricated buildings,here is a growingneed for calculating assembly rates when preparing prefabrication plans.Toimprove the efficiency and accuracy of the calculation of assembly rate in thecurrent stage,a method for calculating the assembly rate of prefabricatedbuildings based on BIM software is proposed and applied to an industrialplatform project.This method has proven effective in accurately and efficientlyperforming calculations within the model,numbering prefabricated components,generating calculation tables,and producing plan diagrams.Keywordsprefabricated building;BIM technology;assembly rate基于BIM模型的建筑装配率计算方法研究Research on a Calculation Method of Building Assembly Rate based on BIM Model任伟，张顺进REN Wei,ZHANG Shunjin浙江大学建筑设计研究院有限公司，浙江 杭州 31002837浙江建筑第40卷第5期2023年10月后通过装配率计算功能可导出项目模型的装配率情况。若结果达不到装配率要求，则再次调整方案修改模型。在模型核查完成后，创建各类装配式构件的平面示意图和明细表，通过运行Dynamo编号程序和标记程序，完成平面示意图的构件标记，添加标注后生成装配式构件平面示意图，在明细表中添加计算参数，生成装配率计算表格。2装配率计算方法2.1BIM模型处理本 文 采 用 装 配 式 建 筑 评 价 标 准（DB33/T 11652019）的装配率计算规则，计算单体建筑0.000 m以上的主体结构、围护墙和内隔墙、装修和设备管线等采用预制部品部件的综合比例。主体结构包括柱、支撑、承重墙、延性墙板等竖向构件和梁、板、阳台、楼梯、空调板等水平构件。装配率的计算规则并不复杂，本方法通过Revit二次开发制作了一键生成装配率的功能，可以快速查看计算结果，便于及时调整装配式方案模型。Revit模型中构件的分类主要依靠图元（Revit模型的最小组成单位）的类型参数和实例参数区分，直接在图元中添加分类标记的方式容易出现规则不统一、错标、漏标，导致结果的偏差。而通过Revit二次开发和WPF制作交互式标记界面则可以较好地解决这个问题。Revit中大部分的构件都可以通过一个图元表达完整，在模型中可以方便地获取构件的体积、面积等数据。有的装配式构件在模型中需要通过几个图元整体表达，比如整体式阳台、整体式楼梯等，这类构件一般需要提取整体的投影面积，在计算的过程中如果简单地把所有图元的投影面积相加，便有重复计算的可能。本方法将这类构件成组，以组为单位进行模型归类，一键生成装配率的功能会以整体的方式提取投影面积，避免重复计算，构件装配率计算公式见表1。2.2装配率计算表格制作确定装配率的方案后，通过BIM模型生成更详细的装配率计算表格，计算表格制作难点在于预制构件的编号，Revit自带的标记功能无法对构件进行分类汇总，添加前缀等功能。本文以内隔墙为例，利用Dynamo编写的程序对预制构件进行编号、标注，利用明细表功能生成计算表格。2.2.1Dynamo编号逻辑详述构件的编号需要将平面示意图中的墙体和计算表中的墙体进行对应，人工进行编号工作量巨大，而且容易出错，故采用Dynamo可视化的编程方式来实现构件编号的属性赋值。构件编号要解决的就是分类汇总的问题，根据墙体实例中存在差别属性进行逐一提取，通过“=”和“List.FilterByBoolMask”图1装配率计算流程评价项应用预制部品部件现场采用高精度模板现场应用成型钢筋梁、板、阳台、楼梯、空调板等构件非承重围护墙非砌筑墙体与保温、隔热、装饰一体化采用保温隔热与装饰一体化采用墙体与保温、隔热一体化内隔墙非砌筑采用墙体与管线、装修一体化采用墙体与管线一体化全装修干式工法楼面集成厨房集成卫生间竖向布置管线与墙体分离水平向布置管线与楼板和湿作业楼面垫层分离计算公式q=V1/Vq=V1/Vq=V1/Vq=A1/Aq=Aw1/Awq=Aw1/Awq=Aw1/Awq=Aw1/Awq=Aw1/Awq=Aw1/Awq=Aw1/Awq=Ak1/Awq=Ak1/Awq=Ak1/Awq=Ak1/Awq=L1/Lq=L1/L统计方式体积体积体积投影面积外表面积外表面积外表面积外表面积外表面积外表面积外表面积投影面积投影面积投影面积投影面积长度长度表1装配率计算方式注：表中公式仅示意构件统计方式，其中V表示体积，A表示面积，L表示长度。38Zhejiang Construction,Vol.40,No.5,Oct.2023节点进行层级分组，这里要特别注意计算结果的数据结构。筛选“非砌筑”的墙体，通过“Element.SetParameterByName”节 点 赋 值“QZ”，将“砌筑”的墙体赋值“YZ”作为编号前缀。在“非砌筑”墙体中，通过“List.Count”节点统计该类别下不同实例的总数，将编号值赋值到不同的组别中（图2），其他类别的同理。2.2.2装配率计算书装配率计算书的编制并不复杂，但由于其统计数量庞大，传统的统计方式耗时，且修改方案后需要重新调整修改部分的编号和数据。BIM模型的优势在于模型和数据始终能保持一致，在修改模型的同时，模型中的数据也随之改变，根据模型导出的计算表也会发生相应变化，同时也能提高结果的准确性。以围护墙为例，在明细表中提取所有围护墙类型，添加“构件编号”“类型”“层高”“梁高”“长度”“无连接高度”“层数”“合计”等字段，添加计算参数“单片墙体外表面积”=“长度”“无连接高度”。经过格式处理，结果见表2。2.3装配式构件平面示意图装配式构件平面示意图需要在平面中表示构件位置、类型、编号、长度等信息，并对构件进行填充、编号，添加适当标注。采用人工进行填充、标记的工作量巨大，容易出现错误注释、漏标等现象。BIM模型中的“编号”“长度”等字段可以通过标记族自动识别墙体内的参数进行注释，相较人工的方式来说，速度快，准确性高。以内隔墙为例，在Revit中载入“墙”类型的标记族，在标签中添加“类型”“编号”“长度”参数，把标签样式改为“类型”-“编号”L=“长度”。为了减少出图时调整标记的工作量，通过Dynamo程序生成，可对标记进行偏移，根据墙体类型替换标记样式，最后在平面上适当标注，生成装配式构件平面示意图，见图3。3工程应用3.1应用情况某先进技术产业创新平台项目位于三亚崖州湾科技城大学城片区内，距离海南环岛高速崖城互通约 3.5 km，总用地面积2.5万m2，总建筑面积6万m2。装配式设计包含水平构件（板等），内隔墙非砌筑，内隔墙与管线、装修一体化，全装修，集成卫生间、管线分离等，项目截图见图4。采用本文所述方法测算，该项目主体结构部分采用梁板、楼梯、阳台等构件应用比例为73.68%，围护墙和内隔墙部分内隔墙图2Dynamo编号程序节点构件编号1AL-11BL-11BL-21BL-31BL-41BL-51BL-61BL-71BL-81BL-91BL-101BL-111BL-121BL-131BL-141BL-151BL-161BL-17类型ALC蒸压加气混凝土预制板玻璃幕墙层高/mm5 4005 4005 4005 4005 4005 4005 4005 4005 4005 4005 4005 4005 4005 4005 4005 4005 4005 400梁高/mm-7000-700-700-700-7000-700-700-700-700000-700-70000尺寸单片墙水平投影长度/m41.7027.806.208.0549.502.3031.803.859.0056.695.2051.3129.9116.503.017.592.6036.91单片墙高度/m5.45.44.74.74.74.75.44.74.74.74.75.45.45.44.74.75.45.4单片墙外表面面积/m2195.99150.1229.1437.84232.6510.81171.7218.1042.30266.4424.44277.07161.5189.1014.1535.6714.04199.31预制范围及数量楼层111111111111111111层数111111111111111111每层数量111111111111111111外表面总面积/m2195.99151.7429.1437.13233.3510.81170.1017.3940.89266.4424.44277.07159.8989.1014.1535.6714.04200.93表2装配率计算结果39浙江建筑第40卷第5期2023年10月与管线、装修一体化应用比例为86.67%，通过BIM模型生成平面示意图和计算书。本项目的装配率计算得分见表3。3.2存在问题现行装配率计算和等级评价依据主要是装 配 式 建 筑 评 价 标 准（GB/T 511292017），各地在此基础上，结合地方特点出台了不同的装配率计算规则。例如宁波市相较于浙江省的评分项中，楼梯单独作为评价项，浙江省的非承重围护墙非砌筑比例要求80%，宁波市与之相对应的评价项为预制外墙外表面积比例50%。因此在实际应用中需要根据当地执行标准适当调整计算参数。本方法BIM模型要求达到施工图设计阶段模型深度，模型表达正确完整。若在进行装配率计算前未采用BIM技术，则前期的建模会有较大工作量。施工图深度BIM模型一般不要求对电气管线进行表达，因此无法正确统计管线分离的比例。本项目执行海南省装配式建筑装配率计算规则（2021年修订版），其中主体结构与内隔墙部分的评价要求与浙江省是一致的，因此这两部分可以采用本方法统计应用比例，竖向构件和集成卫生间应用比例为100%，没有统计的必要。相较于传统方法，设计师需要掌握Revit和Dynamo等BIM软件。由于每个建筑的装配式方案都存在差异，用本方法计算装配率需要一定的模型修改和Dynamo程序的参数调整。4结语本 文 基 于 装 配 式 建 筑 评 价 标 准（DB33/T 11652019）的装配率计算方法，研究Revit软件平台下建筑模型的数据，通过Revit二次开发、Dynamo可视化编程等方法使设计师从BIM模型中快速得到装配率成为可能。设计师从BIM模型生成装配式构件平面示意图和装配率计算表，实现了“一模多用”，提高了模型的应用价值。根据本文装配率计算方法在工程中的应用，相较于传统方法，装配率计算的准确率及方案调整的效率都有所提高。本文中装配率计算方法可为装配式建筑BIM应用提供思路，提高装配式建筑BIM应用率，推动装配式建筑更好地发展。参考文献1宋兵.建筑工业化全产业链 J.世界建筑，2021（7）：48-51.2赵瑞阳，夏绪勇，李书阳，等.装配式建筑全产业链智能建造平台建设 J.住宅产业，2020（9）：62-65.3杨春蕾，屈红磊，郑慧美.Revit软件二次开发研究 J.工程建设与设计，2017（19）：71-74.4杨帆.WPF控件开发的研究 J.计算机光盘软件与应用，2011（12）：180-181.5本刊编辑部.装配式建筑评价标准2月起实施J.中国建设教育，2018（1）：80.收稿日期：2022-08-16修回日期：2023-02-20基金项目：BIM 技术在建筑工业化和装配式建筑中全生命周期应用。作者简介：任伟（1987），男，工程师，从事BIM设计工作。Email：。图4项目三维轴测图图3Revit绘制装配式构件平面示意图界面评价项采用定型装配式模板施工梁、板、楼梯、阳台、空调板等内隔墙非砌筑内隔墙与管线、装修一体化全装修集成厨房集成卫生间管线分离评价要求70%比例90%70%比例80%比例50%50%比例80%70%比例90%70%比例90%50%比例70%评价分值5810205256363646应用比例/%10073.6886.6786.6710010068.65得分813.7556缺失项64装配率/%50.7表3计算得分40