第9章 BIM与装配式

第9章装配式建筑中的BIM技术应用2091目录1234BIM技术理论应用与概述装配式建筑中建筑设计BIM技术应用装配式建筑中结构设计BIM技术应用预制装配式建筑施工阶段的BIM技术应用本章要点与学习目标本章要点通过本章的学习要求能够了解装配式建筑、结构设计方面与BIM结合应用的技术特点；能够将BIM信息与装配式建筑全生命周期的理念相关联，熟悉基于BIM技术的装配式建筑设计、建造和运维管理方法；重点掌握基于BIM的预制构件库创建与建模方法，装配式建筑BIM模型的分析与优化方法以及BIM技术在装配式建筑施工模拟过程中的应用等关键技术。第10章装配式建筑中的BIM技术应用学习目标（1）学习使用BIM软件构建装配式建筑模型，并导出模型信息；（2）练习使用数据库技术建立装配式建筑预制构件库与BIM模型族库；（3）总结BIM技术在装配式建筑全生命周期中使用的关键技术性问题。1、BIM技术理论与应用概述建筑行业发展至今，其产值已在国民生产总值中占有相当大的比例。在注重绿色、经济、环保等理念的今天，对传统的建造方式进行彻底的变革势在必行，建筑工业化的概念应运而生。建筑工业化的建造方式和传统建造方式有诸多不同，建筑工业化是通过整合设计、生产、运输和施工各个过程，探索工业化和信息化的深度融合，实现可持续发展的建筑生产模式。比较项目传统建造方式建筑工业化能源消耗耗能、耗水、耗地、耗材节能、节水、节地、循环经济劳动效率现场湿作业多、机械化程度低劳动力需求少、工期缩短、机械化程度高、劳动生产率高环境影响现场产生大量建筑垃圾、噪音、扬尘构件工厂化生产、现场安装、噪声和扬尘少、建筑垃圾回收率高劳动力使用情况需要大量劳动力、劳动强度大、劳动效率低下采用工厂化生产、机械化施工、缓解用工荒、对工人素质要求高表10-1传统建造方式与建筑工业化对比第10章装配式建筑中的BIM技术应用1.1BIM技术基本理论《美国国家BIM标准》定义BIM(BuildingInformationModeling,建筑信息模型)：数字化地表达了建筑项目的物理特性和功能特征，是建筑项目全生命周期可靠的知识共享及决策基础，是构建建筑虚拟模型的行为。BIM技术是虚拟建模技术、可视化技术和数字化技术的综合，其提供了信息交流共享的计算机平台，可对建设项目全生命周期的全部信息进行高效管理，具有信息完备性、对象参数化、可视化3D模型、导出成果的多元化等优势。BIM技术的目标是可视化分析工程和冲突、检查标准规范、进行工程造价等。BIM技术最关键的应用是实现信息的表达、交流和共享。BIM软件种类繁多，品牌、专业、功能不同的软件具有不同的数据格式，信息不能进行直接交流。国际上定义了规范化的数据表达和交流标准来解决这个问题，主要依靠IFC、IFD、IDM三项技术支撑。图10-1BIM规范化表达标准第10章装配式建筑中的BIM技术应用1.2BIM技术软件工具与应用BIM软件是信息共享的工具，建筑项目从投资到规划、设计、施工、运营维护，过程周期长，参与涉及的专业众多，不可能由一个BIM软件解决所有的问题，需要众多的BIM软件参与其中。BIM软件分为两类：BIM核心建模软件和基于BIM模型的分析类软件。BIM核心建模软件是BIM应用的基础，主要有Revit、Bentley、ArchiCAD、CATIA四类，国内BIM核心建模软件起步较晚，并且依据一定的专业需求和国内应用特点进行开发，因此，适用范围有限。基于BIM模型的分析类软件，以BIM模型为基础，进行性能、环境、功能等的优化，达到相应的目标。BIM的概念不等同于BIM软件，但软件是BIM应用的主要形式。通过一系列BIM相关软件可实现对建设项目的全生命周期的控制，包括建筑设计、结构设计、可持续分析、造价管理、模型检查管理、维护管理、可视化分析等。将BIM软件根据应用的专业或方向来分类，如图10-2所示。BIM软件主要有以下技术特点：第一，模型的基本元素是建筑构件，构件都由数字化的形式表示和保存，以实现数据共享；第二，数据传输接口多样，支持IFC和XML等语言；第三，支持多样化的模型成果输出，可实现3D甚至动画展示，简单直观。图10-2BIM软件分类第10章装配式建筑中的BIM技术应用产品名称厂家名称可行性研究核心

建模绿色结构机电综合预制

加工施工

管理造价

管理工期

管理协同

共享可视化表达SketchupTrimble●

Rhino+GHRobertMcNeel●●

●

RevitAutodesk●●

●

DigitalProjectGehryTechnologies●●

●

CATIADassaultSystem●●

●

TeklaStructuresTekla●

●

BentleyBentley●

VasariAutodesk

●

GreenBuildingStudioAutodesk

●

EcotectAutodesk

●

SimulationCFDAutodesk

●

PKPM中国建筑科学研究院

●

●

EnergyPlusUS

DeparmentofEnergy

●

IESIES

●

SAPCSI

●

ETABSCSI

●

鸿业鸿业

●

表10-2常用的BIM软件及用途汇总第10章装配式建筑中的BIM技术应用表10-2（续）常用的BIM软件及用途汇总产品名称厂家名称可行性研究核心

建模绿色结构机电综合预制

加工施工

管理造价

管理工期

管理协同

共享可视化表达博超博超

●

ANSYSANSYS

●

InventorAutodesk

●

NavisworkAutodesk

●

●●●ProjectWiseBentley

●

●●

SolibriModelCheckSolibri

●

RIBitwoRIB

●

ProjectMicrosoft

●

PrimaveraProjectPlanner上海普华科技

发展有限公司

●

VaultAutodesk

●

SharePointMicrosoft

●

ENOVIADassaultSystem

●

3DsMAXAutodesk

●第10章装配式建筑中的BIM技术应用1.3BIM技术应用BIM技术贯穿工程项目的全生命周期，尤其是在建设复杂工程，要求工程质量高，施工时间短，建设成本低时，BIM技术更能凸显其优势。美国斯坦福大学的工程设施整合中心曾研究过32个利用BIM技术的工程，提出BIM技术在具体应用中的五项收益：使工程变量的数量降低2/5左右；将工程造价的精度控制在3%以下；工程造价所需的时间只占原来的1/5；工程预算能降低1/10；将设计和施工时间缩短7%以上。设计阶段(设计单位)设计投标施工图设计节能设计性能分析可视化招投标阶段(业主)4D展示(3D+时间)BIM顾问咨询法规要求系统协调施工阶段(施工企业)施工计划碰撞检查成本预算工业化进度模拟运营阶段(物业)设施管理运营评估社区互动项目改造图10-3项目全生命周期内BIM技术的应用第10章装配式建筑中的BIM技术应用BIM技术发源于美国，而后得到英国、芬兰、瑞典、日本、澳大利亚、中国等国家的认可和应用。BIM技术在国外有广泛的应用，一些具体的应用项目有：爱尔兰都柏林的Aviva体育馆、波兰的Marriott饭店、美国加州的Sutter医疗中心、美国加利福利亚科学研究院、丹佛艺术博物馆、Camino医药办公大楼等。我国从2003年开始正式展开对BIM技术的相关研究，虽然仍处于初始阶段，但国家对BIM技术高度重视，倡导社会各界广泛研究BIM技术，并在建设实践中积极引进应用BIM技术。BIM技术在我国建筑行业的位置如图10-4所示。目前国内应用BIM技术的工程项目有：中国世博会国家电网馆、中交南方总部大厦、北京水立方、天津港国际邮轮码头、徐州奥体中心、江苏大剧院、南京国际禄口机场、北京政务服务中心等。图10-4BIM技术在我国建筑行业的地位第10章装配式建筑中的BIM技术应用1.4BIM工程项目信息集成管理模式与选择由于不同的项目采购模式对应于不同的信息交付需求，所以项目信息集成管理模式与选择的第一步就是确定理想的BIM工程项目中的最佳工程采购模式。现如今BIM工程项目有四种主要的采购模式：设计-招标-建造（Design-Bid-Build）、设计建造（Design-Build）、风险式建造管理（ConstructionManagementatRisk）以及整合专案交付法（IntegratedProjectDelivery）。(1)设计-招标-建造（Design-Bid-Build，DBB）DBB模式是一种在国际上比较通用的模式，是专业化分工的产物。在DBB模式中，业主分别与设计和施工承包商签订合同，在设计全部完成后，进行招投标，然后进入施工。这种模式有两个主要的好处：较具招标竞争性，可为业主尽可能争取到最低的价格；较少选择特定承包商的政治权力。然而，在该模式中，设计的可施工性差，监理工程师控制项目目标能力不强，工期长，不利于工程事故的责任划分，还可能因为图纸问题产生争端等。(2)设计建造（Design-Build，DB）在DB模式中，业主直接与设计建造团队（通常具备设计能力的承包商，或是与建筑师合作的承包商）制定合同，发展满足业主需求且具有明确定义的建筑规则和方案设计，然后DB承包商再估算总成本和建筑物设计与建造所需的时间。在完成所有业主要求的修正后，设计便得到认可并同时建立了专案最终的预算。这种模式的优点是可以缩短整体项目周期，实现设计与施工的信息交流和协作，责任明确，减少项目延期的可能，降低造价。缺点是工程成本不明晰，业主对于项目的决策权与参与权都甚微，可能出现设计屈服于施工成本的压力，从而降低工程的整体质量和性能。第10章装配式建筑中的BIM技术应用(3)风险式建造管理（ConstructionManagementatRisk，CM@R）风险式建设专案管理（CM@R）是一种从施工准备期到施工阶段，由业主雇用设计师提供设计服务，并雇用工程管理单位提供整个专案施工管理服务的一种专案交付方式。这些服务可能包括准备和协调投标计划、调度、成本控制、价值工程分析及施工管理。不同于DBB，CM@R在设计过程阶段就引入建造者，让他们在具有决定性的阶段发声。此模式的优势在于尽早让承包商参与，并降低业主因成本超支带来的法律责任。(4)整合专案交付法（IntegratedProjectDelivery，IPD）IPD又称作项目集成（整体）交付，是将人、各系统、业务结构以及实践经验集成为一个过程的项目交付方式，在这个集成的过程中，项目的各参与方可以充分利用各自的才能和洞察力，通过在项目实施的各阶段的合作，使项目效率最大化，创造更大价值。整合专案的所有案例都是业主、主要（或次要）设计师群、主要（或次要）包商们之间的有效合作，这一种合作是从早期的设计开始，并持续到专案移交。在这种模式中，业主将是最大的受益者。(5)BIM最佳采购模式选择DBB模式下各个阶段的参与方之间缺乏沟通与交流，每开始一个新的阶段的任务时大量信息需要重新生成或复制，故这种高度分离的工作模式给BIM的应用带来了重重阻碍。相比DBB模式，DB模式由一方完成设计与建造任务，加强了信息的交流与共享，为BIM的应用提供了便利。CM@R模式允许建造者在设计过程的初期参与，增加了使用BIM和其他协作工具的好处。IPD模式下各参与方之间的协同工作需要进行频繁的信息交流，BIM是其支持工具，利用BIM技术，可协同完成IPD设计施工任务，进行IPD项目的成本和进度控制，对IPD项目进行运营和维护。所以，理想情况下，BIM最佳采购模式是IPD。第10章装配式建筑中的BIM技术应用2、装配式建筑BIM技术应用——建筑设计阶段2.1BIM技术对装配式建筑设计的必要性在预制装配式建筑中一般具有以下要求：（1）装配式建筑设计的各专业之间以及设计、生产和拼装部门之间的信息需要高度集成和共享；（2）装配式建筑构件采用工厂化的生产方式，因此对设计图纸的精细度和准确度的要求较高；（3）装配式建筑及其构配件的设计需要满足规定的标准尺度体系，实现建筑部件的通用性及互换性，使规格化、通用化的部件适用于不同建筑。总结起来就是装配式建筑要求“标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修和信息化管理”。传统的建筑设计方式无法满足上述要求，而BIM技术具有建筑模型精确设计、各设计专业以及生产过程信息集成、建筑构配件标准化设计等特点，可以更好的服务于预制装配式建筑设计、生产、施工、管理的全过程，进一步推动建筑工业化进程。第10章装配式建筑中的BIM技术应用2.2BIM设计工具预制装配式建筑设计包括方案设计、技术设计、构件加工图设计与施工图设计等。在传统的建筑设计领域，设计师利用二维CAD设计软件辅助制图，而随着信息技术飞速发展，基于BIM的三维设计软件正逐渐成为建筑设计的主要工具。（1）建筑设计BIM工具建筑设计主要解决建筑物内部使用功能和使用空间的安排，建筑物与周围环境和外部条件的协调配合，内部和外表的艺术效果，以及各个细部的构造方式。建筑设计BIM工具主要用于辅助设计师将设计意图转换为三维参数化建筑模型。常见的BIM建筑设计工具包括：AutodeskRevitArchitecture、Bentley、ArchiCAD等。以RevitArchitecture构建建筑BIM模型的工作流程如图10-5所示。图10-5建筑BIM模型构建工作流程图第10章装配式建筑中的BIM技术应用（2）结构设计BIM工具建筑结构是指建筑物中若干基本构件按照一定的组成规则，通过符合规定的连接方式所组成的能够承受并传递各种作用的空间受力体系。建筑结构设计是对建筑结构的形象化表达，其内容包括结构选型、结构布置、主要构件尺寸设计和结构分析等。常用的建筑结构设计BIM工具包括：RevitStructure软件、BentleyStructure软件、TeklaStructure软件等，以及被用于结构分析的AutodeskRobotStructuralAnalysis软件、SAP2000软件、PKPM软件、ETABS软件等。以RevitStructure软件为主的结构BIM设计流程如图10-6所示。结构设计师需要参照建筑设计模型建立结构设计与分析模型，一方面，结构设计模型中的几何模型可以从建筑模型中提取，另一方面，将从建筑模型中获得的结构约束、荷载等信息输入结构分析计算中，调整优化结构设计。在Revit软件中，将建筑模型通过导入或链接的方式加载到新建的结构样板中，作为结构设计的参照。RevitStructure中结构构件的建模方法与RevitArchitecture中建筑构件的建模方法类似。图10-6结构BIM模型构建工作流程图第10章装配式建筑中的BIM技术应用（3）建筑MEP模型设计建筑MEP是暖通、电气和给排水专业的简称，合理的MEP设计是实现建筑物给排水、暖通、电器设备正常运转的前提。建筑师完成项目的初步设计方案后，MEP设计人员根据设计规范，以建筑图纸为参照，结合业主要求选取技术指标和系统形式，进行负荷计算，确定设备型号，并进行管线系统设计，最后将水暖电设备连接成为一个或多个完整的系统。传统的二维MEP设计图纸存在管线碰撞难以发现、图纸无法关联修改、图纸难以读懂等缺点。利用BIM技术为MEP各专业设计提供集中的工作协作平台，及时发现设计冲突，提高设计的工作效率。常见的MEP设计BIM工具包括：AutoCADMEP、RevitMEP、BentleyBuildingMechanical等。以RevitMEP软件为主的建筑MEP的BIM设计流程如图10-7所示。首先，打开Revit软件，选择机械样板文件，将建筑基础模型链接到项目文件中作为创建MEP模型的参照，并且在主体项目中定义标高。其次，MEP各专业设计人员分别建立设备和管线三维模型，选择合适的管线模型进行深化设计，同时利用Revit分析功能检查修改MEP的各项属性。待各专业模型构建完成后，将MEP模型与建筑、结构模型链接，或导入Navisworks软件，进行碰撞检查。针对碰撞检查出现的问题，建筑师、结构设计师和MEP设计师进行交流、协调，进一步完善设备和管线布置。最后，由MEP模型自动生成施工平面图、立面图、剖面图、明细表等，供施工方参考。图10-7建筑MEP的BIM模型构建工作流程图第10章装配式建筑中的BIM技术应用2.3预制装配式建筑与BIM技术预制装配式建筑主要分为砌块建筑、大板建筑、模块建筑、框架轻板建筑以及升板和升层建筑等五类。无论哪种类型的预制装配式建筑，如何合理设计和运用预制构件是发挥预制装配式建筑优势的关键问题，而建筑模数化和标准化是装配式建筑设计的关键技术。（1）模数化建筑模数是指建筑物及其构配件（或组合件）选定的标准尺寸单位，并作为建筑物、建筑构配件以及相关设备尺寸相互协调的基础。建筑模数包括基本模数、扩大模数和分模数。基本模数（用M表示）是建筑模数中统一协调的基本单位，扩大模数和分模数统称为导出模数。由基本模数与导出模数派生出来的一系列尺寸就构成模数数列，模数数列根据具体情况拥有自己的使用范围，如表10-3所示。数列名称模数幅度进级（mm）数列（mm）使用范围水平基本模数数列1M1M~20M100100~20000门窗构配件截面竖向基本模数数列1M1M~36M100100~3600建筑物的层高、门窗和构配件截面水平扩大模数数列3M3M~75M300300~7500开间、进深；柱距、跨度；构配件尺寸、门窗洞口6M6M~96M600600~960012M12M~120M12001200~1200015M15M~120M15001500~1200030M30M~360M30003000~3600060M60M~360M60006000~36000竖向扩大模数数列3M不限

建筑物的高度、层高、门窗洞口3M不限

分模数数列1/10M1/10M~2M1010~200缝隙、节点构造、构配件截面1/5M1/5M~4M2020~4001/2M1/2M~10M5050~1000表10-3模数数列第10章装配式建筑中的BIM技术应用具体来说，建筑模数的特性通过以下建筑相关载体发挥。①模数网格模数网格是方格或斜线相交的格子。网格的尺寸单位是基本模数或扩大模数。基本模数网格是10cm×10cm，扩大模数网格是30cm×30cm。模数网格被分为结构网格和装修网格两类，两类网格之间有连带关系。不同网格还可以叠加、中断和组合。模数网格制定之后，空间大小、设备安装、隔墙位置等按照模数网格来设计。构配件安装有两种方式：中线定位法和界面定位法。中线定位是用构配件的中线对准网格线，如，内墙顶层墙身的中线一般与定位网格线重合。界面定位法用构配件的表面来定位，如，带承重壁柱外墙壁的墙身内缘与定位网格线的距离一般为半砖和半砖的倍数。②柱距、跨度、开间、进深、层高建筑中柱子一般布置成网状，纵向柱子间距被称为跨度，横向间距为柱距。跨度和柱距要对应一定的模数。开间是住宅的宽度，是一间房间内一面墙的定位轴线到另一面墙的定位轴线之间的实际距离；进深是指一幢建筑从前墙皮到后墙壁之间的实际长度。开间和进深尺度的确定需要综合各种因素并结合模数进行设计。③门窗洞口门窗洞口尺寸系统是确定门窗洞口宽、高的一系列尺寸和由它们组成的指定规格，除了高、宽等参数外还包含了间距的参数，这些都需要和模数结合。一些外形为非矩形的门窗可能包含着更复杂的模数体系。第10章装配式建筑中的BIM技术应用图10-8模数化设计④构配件、构造节点构配件是由建筑材料制造成的独立部件，有三个方向的规定尺寸。构件如柱、梁、楼板等，配件如门、窗、壁柜等。与模数结合的构配件又被称为模数化构配件。构配件的尺寸、定位和组合方式收到模数网格的约束。模数化设计就是在进行建筑设计时使建筑尺寸满足模数数列的要求。在建筑工业化中，为实现大规模生产，必须使不同材料、结构和形式的构件等具有一定的通用性，实行模数化设计，统一协调建筑的尺寸。图10-8是模数化设计的示例。第10章装配式建筑中的BIM技术应用（2）标准化建筑标准化设计是预制装配式建筑的核心基础，也是建筑工业化的重要课题。标准化设计能够对建筑建设进行控制，包括对预制构配件的生产、流通、组合、装配的控制。预制装配式建筑使用工厂生产的构配件，通过有序的组合装配，从而完成建筑设计建造过程，如图10-9所示。标准化设计有效提高建筑设计建造速度、降低成本。图10-9预制构件标准化设计第10章装配式建筑中的BIM技术应用预制构件的标准化设计过程是通过对构件参数的控制，工业流水线式的生产基本构件。预制构件主要分为：外墙、预制楼板、预制梁柱、预制楼梯。①外墙预制外墙在防渗漏、保温隔热、耐久性等方面有很大帮。外墙标准化需要注意：尽量采用二维外墙构件；设置统一的建筑外圈构件梁高；形状及其宽度相近的外墙，应选用统一的窗户大小；合理使用端头外墙构件等。②预制楼板预制楼板的制作可以提高施工水平以及节约施工材料。预制楼板的设计方法有：根据工程的需要选取合适的预制楼板式样，如，跨度相等的住宅适宜大规模使用预制叠合楼板；根据结构的特点，利用统一的尺寸设计房间开间以及进深；尽量把降板的功能区集中布置；楼板等构件形状布置尽量方正等。③预制梁柱梁、柱等属于结构受力构件，设计在满足受力情况的条件下统一柱截面尺寸大小，在平面结构柱网布置中尽量均匀，相似跨度的梁界面设计需要统一，尽量减少次梁数据。④预制楼梯预制装配式钢筋混凝土楼梯分为梁承式、墙承式和墙悬臂式等类型。预制楼梯还需要考虑预制栏杆、栏板和扶手的设计，以及栏杆与梯段、扶手等构件的连接。预制构件的标准化设计产生了符合建造需求的基本构件，在此基础上，通过组合形成多样化的结构体系、维护体系和装饰装修体系。第10章装配式建筑中的BIM技术应用2.4Revit族和预制装配式建筑相关族(1)Revit族的基本概念Revit模型包括了建筑的楼板、墙体、屋面、楼梯、坡道、门、窗、家具等构配件的三维信息模型，而装配式建筑中，同样以预制梁、板、柱、墙体等为设计对象，这为BIM技术在装配式建筑设计及标准化构配件库管理提供了基础。Revit族分为三类：系统族、标准构件族和内建族。系统族包含了基础建筑构件，如墙、楼板、楼梯等；标准构件族是根据族样板创建的新的构件族，如门、窗、柱；内建族在当前项目中创建，只用于该项目中。系统族可以被复制和修改，但不能创建新系统族。标准构件族可以根据各种族样板（.rft文件）创建新的构件族。创建内建族时，可以选择族类，Revit定义了28种建筑族，33种结构族，33种MEP族。(2)预制构配件族Revit族与预制构配件形成对应关系，在Revit的族样板文件.rft中可以建立模数化、标准化的预制构配件，如梁、柱等，保存为.rfa文件。族文件（.rfa文件）可以载入Revit项目文件中（.rvt文件），提高建筑BIM模型的设计效率，同时还可以作为构件详图设计为构件的工厂化生产提供详图图纸。第10章装配式建筑中的BIM技术应用以预制矩形混凝土柱为例，说明Revit族的制作过程。①选择族样板，公制结构柱.rft，对结构柱族进行设置，如，选择族插入点（原点），勾选族类型属性的“可将钢筋附着到主体”；②选择族类别为结构柱，对矩形混凝土结构柱进行命名；③根据族的制作规范，为添加参照平面，进行尺寸标注，带标签的尺寸标注成为族的可修改参数；④将构件的制造商、成本等信息添加进去，以及设置族的显示模式等。至此，结构柱族设计完成，保存为.rfa文件，载入到Revit项目中。然而，该结构柱族并未包含钢筋。由于钢筋族无法嵌套加载到柱族中，因此，如果要实现预制柱的三维参数化设计，需要用到“组”的相关命令，具体步骤如下。①在Revit项目中载入柱族，创建相应的柱实例；②选中柱，选中“钢筋”命令，将钢筋附着到柱上；③选中柱和柱中的所有钢筋，选择“创建组”命令，为该组输入组名；④选中该组，选择“复制到剪贴板”命令，接着打开要用到该柱的Revit项目文件，选择“粘贴”命令。现阶段，Revit没有组文件，也无法用载入命令载入组文件，组被存放在各个Revit项目文件中，使用时通过“复制”和“粘贴”命令完成，这给组的管理造成了不便。可以创建Excel表格，录入族文件和组的分类信息，包括组所在的Revit文件信息等，方便查询使用。第10章装配式建筑中的BIM技术应用(3)建筑户型组研究和开发标准化的预制构配件模型是为了发挥装配式建筑的设计特点，进一步利用各种预制构配件按照设计要求组合成标准化的建筑户型，形成装配式建筑户型组。从建筑户型组集合中抽取标准的建筑户型，进行排列组合得到不同的建筑。这样一来，提高了设计效率，以及BIM模型的构建速度。某预制装配式住宅项目设计两种型号的户型，如图10-10所示。其中，A户型三室两厅，适用与夫妻及老人的四口家庭；B户型两室两厅，主要适用于夫妻带子女的三口或四口家庭。A、B户型组合形成建筑平面图，如图10-11。图10-10某预制装配式住宅A、B户型图图10-11A、B户型组合平面布置图第10章装配式建筑中的BIM技术应用在Revit项目文件中分别构建A、B户型模型，选中模型包括的构配件，生成模型组，利用“复制”和“粘贴”功能，产生“ABBA”形式的某层模型，如图10-12所示。不同楼层的户型组合可能有差别。随着建设项目的累计，逐渐建立日趋成熟的标准化、模数化的建筑户型模型组几何。设计者在创建BIM模型时，可以从户型模型组集合中挑选标准户型，对户型进行拼装。图10-12A、B户型三维模型图第10章装配式建筑中的BIM技术应用3、装配式建筑BIM技术应用——结构设计阶段3.1传统的装配式结构设计方法（1）装配式结构的设计流程装配式建筑的建设过程中，建设方、设计方、生产方和施工方需要紧密配合，协调工作，才能保证建设过程顺利进行。与现浇结构相比，装配式结构的设计工作呈现出了流程精细化、设计模数化、配合一体化、成本精准化等特点，其设计阶段主要分为技术策划阶段、方案设计阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段、构件加工图设计阶段。在技术策划阶段，设计单位可以充分了解项目的建设规模、定位、目标、成本限额等，制定合理的技术策略，与建设单位共同确定相应的技术方案。在方案设计阶段，根据技术策略进行平立面设计，在满足使用功能的前提下实现设计的标准化，实现“少规格、多组合”的目标，并兼顾多样化和个性化。在初步设计阶段，与各专业进行协同设计，优化预制构件的种类，充分考虑各专业的要求，进行成本影响因素分析，制定经济合理的技术措施。在施工图设计阶段，按照制定的技术措施进行设计，在施工图中充分考虑各专业的预留预埋要求。在构件加工图设计阶段，构件加工图图纸由设计单位与构件厂协同完成，建筑专业根据需要提供预制尺寸控制图。第10章装配式建筑中的BIM技术应用图10-13装配式结构设计流程第10章装配式建筑中的BIM技术应用（2）装配式结构设计标准装配式结构在国外的发展较为成熟，相应的技术标准也众多。我国的装配式结构设计标准规范发展较慢，2014年4月，《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1-2014）被批准为行业标准，自10月1日起实施，原《装配式大板居住建筑设计和施工规程》（JGJ1-91）同时废止。《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1-2014）的关键技术工作包括预制构件受力钢筋连接搭设设计、预制构件与现浇混凝土结合面的设计、装配式框架结构设计、装配式剪力墙结构设计等内容，自此，装配式混凝土结构的设计有了依据。装配式结构设计施工依据有国家工程建设标准（表10-4）、地方标准（表10-5）、协会标准（表10-6）和图集（表10-7）。类别编号名称国家标准GB50010-2010混凝土结构设计规范GB50666-2011混凝土结构工程施工规范GB50204-2015混凝土结构工程施工质量验收规范GB50009-2012建筑结构荷载规范GB50011-2010建筑抗震设计规范GBJ130-90钢筋混凝土升板结构技术规范GB/T16727-2007叠合板用预应力混凝土底板GB/T14040-2007预应力混凝土空心板行业标准JGJ1-2014装配式混凝土结构技术规程JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程JGJ224-2010预制预应力混凝土装配整体式框架结构技术规程JGJ/T258-2011预制带肋底板混凝土叠合楼板技术规程表10-4装配式结构国家工程建设标准第10章装配式建筑中的BIM技术应用表10-5装配式结构地方标准类别编号名称地方标准香港（2003）装配式混凝土结构应用规范上海DG/TJ08-2071-2010装配整体式混凝土住宅体系设计规程上海DG/TJ08-2069-2010装配整体式住宅混凝土构件制作、施工及质量验收规程北京DB11/T968-2013预制混凝土构件质量检验标准北京DB11/T1030-2013装配式混凝土结构工程施工与质量验收规程北京DB11/1003-2013装配式剪力墙结构设计规程深圳SJG18-2009预制装配整体式钢筋混凝土结构技术规程深圳SJG24-2012预制装配钢筋混凝土外墙技术规程辽宁DB21/T1868-2010装配整体式混凝土结构技术规程（暂行）辽宁DB21/T1872-2011预制混凝土构件制作与验收规程（暂行）黑龙江DB23/T1400-2010预制装配式房屋混凝土剪力墙结构技术规程安徽DB34/T810-2008叠合板式混凝土剪力墙结构技术规程江苏DGJ32/TJ125-2011预制装配整体式剪力墙结构体系技术规程江苏DGJ32/TJ133-2011装配整体式自保温混凝土建筑技术规程四川DBJ51/T008-2012建筑工业化混凝土预制构件制作、安装及质量验收规程四川DBJ51/T024-2014装配整体式混凝土结构设计规程重庆DBJ50-193-2014装配式混凝土住宅建筑结构设计规程重庆DBJ50/T-186-2014装配式住宅建筑设备技术规程重庆DBJ50/T-190-2014装配式混凝土住宅构件生产与验收技术规程重庆DBJ50/T-191-2014装配式混凝土住宅构件生产与安装信息化技术导则重庆DBJ50/T-192-2014装配式混凝土住宅结构施工及质量验收规程山东DB37/T5018-2014装配整体式混凝土结构设计规程山东DB37/T5020-2014装配整体式混凝土结构工程预制构件制作与验收规程第10章装配式建筑中的BIM技术应用表10-6装配式结构CECS协会标准类别编号名称协会标准CECS40-92混凝土及预制混凝土构件质量控制规程CECS43-92钢筋混凝土装配整体式框架节点与连接设计规程CECS52-2010整体预应力装配式板柱结构技术规程CECS273-2010组合楼板设计与施工规范CECS347-2013约束混凝土柱组合梁框架结构技术规程专业图集号图集名称建筑15J939-1装配式混凝土结构住宅建筑设计示例（剪力墙结构）结构15G107-1装配式混凝土结构表示方法及示例（剪力墙结构）结构G310-1~2装配式混凝土结构连接节点构造（2015合订本）结构15G365-1预制混凝土剪力墙外墙板结构15G365-2预制混凝土剪力墙内墙板结构15G366-1桁架钢筋混凝土叠合板（60mm厚底板）结构15G367-1预制钢筋混凝土板式楼梯结构15G368-1预制钢筋混凝土阳台板、空调板及女儿墙表10-7装配式结构图集第10章装配式建筑中的BIM技术应用（2）装配式结构设计方法国外装配式结构采用基于性能的设计方法进行设计，相对于现浇结构而言，它有很好的非线性，国内采用等同于现浇结构的设计方法。装配式结构设计主要包括结构整体计算分析、结构构件的设计、预制构件的拆分与归并设计、预制构件的连接节点设计、预制构件的深化设计。①结构整体计算分析装配式结构采用等同现浇结构的设计方法，故其整体计算分析和现浇结构一样，进行竖向和水平荷载受力分析，并进行中震屈服验算和大震弹塑性验算。但是考虑到装配式结构与现浇结构的区别，在某些计算参数上会有一些改变，如装配整体式框架梁端负弯矩可取0.7~0.8的调幅系数，叠合梁的刚度增大系数相对现浇结构而言可适当减小。②结构构件的设计当结构整体计算分析得出内力后，需设计预制梁、柱、板、墙等预制构件，可按现行相关规范进行设计。预制构件的设计除了要考虑结构使用阶段的计算，还应包括预制构件预制阶段和吊装阶段的设计，预制阶段需考虑混凝土拆模时的强度，吊装阶段为保证安全，一般采用多点起吊法。③预制构件的拆分与归并设计整体计算分析和构件设计后需对预制构件进行拆分和归并设计。构件拆分前，设计方需与施工方沟通，拆分应考虑施工条件和施工单位施工能力的影响。拆分的构件界面应保持一致，构件的种类应尽量少，从而减少模板的种类。拆分的构件应不影响建筑设计的使用功能，并且满足构件的运输、堆放和安装等要求。第10章装配式建筑中的BIM技术应用④预制构件的连接节点设计装配式结构等同现浇结构的设计是通过节点的可靠连接来保证的，不同结构形式的装配式结构有不同的节点连接，如梁柱连接有牛腿连接、螺栓连接等。梁柱节点设计时首要考虑的是节点的抗剪设计，对叠合楼板设计时楼板表面应设置人工粗糙面。⑤预制构件的深化设计预制构件的深化设计是装配式结构设计中一个重要的环节，须满足建筑、结构、机电设备等专业以及构件运输、安装等的要求。建筑专业应注意砌体墙体的深化设计，满足砌体抗震构造要求，门窗安装的深化设计应保证尺寸精准，并解决与外墙的连接防渗漏问题。设备专业应注意燃气和给排水管道的预留等。深化设计主要分为钢筋组装图、模具图和吊装图设计三部分。钢筋组装图的设计应对预制构件的配筋进行详尽的描述以用于工厂制作。深化设计人员需根据构件的尺寸及配筋等设计构件的模具图，并需对模具的强度、刚度、稳定性进行计算，以保证构件制作时模具不发生肿胀、破坏等现象。吊装图设计应考虑吊具的种类和承载力，设置满足吊装要求的吊环，并考虑构件的运输堆放等要求。第10章装配式建筑中的BIM技术应用3.2传统的装配式结构设计方法（1）基于BIM的装配式结构设计方法的思想现今的装配式结构设计方法是以现浇结构的设计为参照，先结构选型，结构整体分析，然后拆分构件和设计节点，预制构件深化设计后，由工厂预制再运送到施工现场进行装配。这种设计方法会导致预制构件的种类繁多，不利于预制构件的工业化生产，与建筑工业化的理念相冲突。所以，传统的设计思路必须转变，新的设计方法应关注预制构件的通用性，以期利用较少种类的构件设计满足多样性需求的建筑产品。因此，基于BIM的装配式结构设计方法应将标准通用的构件统一在一起，形成预制构件库。在装配式结构设计时，预制构件库中已有预制构件可供选择设计，减少设计过程中的构件设计，从设计人工成本和设计时间成本方面减少造价，而不用详尽考虑每个构件的最优造价，以此达到从总体上降低造价的目的。预制构件库是预制构件生产单位和设计单位所共有的，设计时预制构件的选择可以限定在预制构件厂所提供的范围内，保证了二者的协调性；预制构件厂可以预先生产通用性较强的预制构件，及时提供工程项目需要的预制构件，工程建设的效率得到大大提高。预制构件库是不断完善的，并且应包含一些特殊的预制构件以满足特殊的建筑布局要求。（2）基于BIM的装配式结构设计过程基于BIM的装配式结构设计共分为四个阶段：预制构件库形成与完善、BIM模型构建、BIM模型分析与优化和BIM模型建造应用。第10章装配式建筑中的BIM技术应用①预制构件库形成与完善阶段预制构件库是基于BIM的装配式结构设计的核心，设计时BIM模型的构建及预制构件的生产均以其为基础。预制构件库的关键是实现预制构件的标准化与通用化，标准化便于预制构件厂的流水线施工，通用化则可满足各类建筑的功能需求。预制构件库形成后还应不断完善，设计时无法从库中查询到满足设计要求的预制构件时应定义并设计新构件，并将设计的构件入库，以完善预制构件库。②BIM模型构建阶段预制构件库创建完成后，可根据设计的需求在预制构件库中查询并调用构件，构建装配式结构的BIM模型。③BIM模型分析与优化阶段预设计的装配式结构BIM模型需通过分析复核来保证结构的安全，分析复核满足要求的BIM模型即确定结构的设计方案，并通过碰撞检查等方式对BIM模型进行调整和优化，最终形成合理的设计方案。④BIM模型建造应用阶段上述阶段得到的BIM模型即可交付使用。建造阶段可应用BIM模型模拟施工进度并以此合理规划预制构件的生产和运输以及施工现场的装配施工。预制构件厂依据构件库进行生产。施工阶段可采集施工过程中的进度、质量、安全信息，并上传到BIM模型，实现工程的全寿命周期管理。第10章装配式建筑中的BIM技术应用图10-14基于BIM的装配式结构设计方法第10章装配式建筑中的BIM技术应用3.3传统的设计方法与基于BIM的设计方法对比

传统设计方法基于BIM的设计方法不同点（1）以二维施工图纸作为信息的传递媒介和交付目标，容易造成设计失误，返工增多，耗费较多的资源；

（2）采用先整体后拆分的设计思路，导致设计的预制构件的种类不可控，使设计的预制构件与现有的预制厂商所能生产的预制构件不一致、发生冲突；

（3）传统装配式结构整体分析是设计前的分析，依据分析结果进行构件设计；

（4）装配式结构设计在经过整体结构分析后需要确定所有构件的截面和配筋设计等。

（1）以BIM模型作为最终交付成果，通过BIM模型传递信息，可以有效避免“信息孤岛”，而且利用BIM模型可以模拟施工情况，提前发现施工中可能出现的问题并将其解决；

（2）以预制构件库为核心进行设计，绝大部分构件都是已经设计好的预制构件，预制构件厂商都有相应的存储，可以直接选用，不需要单独再进行设计；

（3）分析复核是在结构的配筋设计、节点设计完成后对其进行验算，是一种复核手段，与结构设计是相反的过程；

（4）分析复核出现少量的构件不满足要求时，需对其进行替换。联系装配式结构的设计方法现今还是以现浇结构的设计方法为依据，设计时先按现浇结构分析，再拆分构件，通过考虑节点的连接来保证和现浇结构相同的力学性能。基于BIM的装配式结构设计以预制构件库为核心，实现由构件到结构整体的面向对象（预制构件）的设计过程。而构件库的形成是以传统装配式结构设计为依据的。表10-8传统的设计方法与基于BIM的设计方法对比第10章装配式建筑中的BIM技术应用4、装配式建筑BIM技术应用——施工阶段在装配式建筑的施工阶段，BIM技术的作用主要体现在两个方面：构件管理和工程施工过程中的质量与进度控制。构件实体的管理和施工中质量进度控制的结合可以对构件的生产、运输及在施工现场的存储管理和施工进度、质量、成本控制实现完整监控。4.1构件管理（1）装配式建筑构件信息管理中BIM与RFID的应用装配式建筑在建造过程中涉及的预制构件种类繁多，在构件设计、预制、运输、组装等过程中存在信息沟通渠道不畅和信息采集困难等问题，进而影响工程的进度和质量。BIM技术与RFID（RadioFrequencyIdentification，无线射频识别）技术结合可以更好地实现信息收集、传递、反馈控制，对装配式建筑管理产生有益的推动作用。BIM技术与RFID技术的应用过程为：构件经过预制成形后，被贴上RFID标签，该标签上含有构件的唯一标识符及其在运输和组装过程中的状态数据。标签数据由构件制造方、运输方和组装方进行扫描和修改。扫描过程读取标签数据，将之转移到不同的应用程序，记录构件的状态，管理构件相关的活动。最终，构件的全生命期信息被集成到BIM模型中，方便项目参与方查询和管理。第10章装配式建筑中的BIM技术应用RFID标签上的数据随着构件生命期的不同阶段发生变化，不同的应用软件读写不同的数据，可以预先设计和划分RFID标签的数据结构。RFID标签的数据存储空间分为以下区域：①编码字段：每个构件唯一的标识符，与BIM模型的构件标号相对应；②规格字段：构件特殊的信息，比如安全相关信息和有害物质信息的规范等；③状态字段：构件当前的阶段（如预制阶段、安装阶段、运维阶段等）和子阶段（如，预制阶段的各具体生产环节）；④过程数据字段：存储构件当前阶段的相关信息；⑤历史数据字段：构件安装阶段的变更记录以及运维阶段的历史记录；⑥空间数据：构件的空间位置和规格等。值得注意的是，RFID技术由于其成本偏高，使其应用受到限制。在实际应用中，可以考虑用条形码、二维码或者手写标签等代替RFID标签，如图10-15所示。图10-15构件二维码第10章装配式建筑中的BIM技术应用构件运输阶段运用RFID技术可以实时获取构件的位置信息，包括运输过程中的位置，现场存储的位置以及组装的位置。将位置信息加载到BIM模型中，能及时对构件的需求情况做出判断，并合理安排施工顺序、规划构件运输顺序、运输车次和路线等。现场施工阶段构件入场时利用RFID读写器记录构件批次、入场时间、验收人员、存放地点等信息；构件组装领取时利用读写器读入待组装构件，根据构件在BIM模型的位置信息，实现构件现场精确定位，同时可以检查是否与施工计划对应。将RFID采集的信息集成到BIM模型，实现构件的动态管理和质量管理。运营维护阶段构件的运行状态和维修的相关信息，如维修次数，维护时间等可以写入RFID标签中，然后运维人员借助RFID读写器及时便捷地获取和记录构件的状态信息，提高运维工作效率。将RFID标签的信息集成到BIM模型中，进一步提高运维管理效率。图10-16BIM和RFID在装配式建筑中的应用第10章装配式建筑中的BIM技术应用（2）BIM技术与数控技术的应用传统的构件设计、生产及组装过程存在信息分散与割裂的问题，影响了装配式建筑的建造和管理效率。将BIM与数控技术相结合，可实现设计、生产与组装的全过程集成化管理，促进建筑工业化的进一步发展。BIM技术与数控技术的结合主要体现在以下几个方面：①对预制构件加工制作图纸内容的理解与交底；②预制构件生产资料准备，原材料统计和采购，预埋设施的选型；③计划与结果的偏差分析与纠偏；④材料及预制品的堆放和物流；⑤与施工组装现场信息交互。以装配式建筑钢筋加工为例，说明BIM与数控相结合的应用过程。打开装配式建筑的BIM模型，选中预制楼板构件，构件中已配置钢筋；导出钢筋明细表；开发钢筋下料插件或者利用第三方钢筋下料软件，自动计算钢筋配料单，分配钢筋加工工位以及各工位的加工料单；工位上的操作人员将加工料单信息输入数控设备，由数控设备完成钢筋拉直、切割等加工步骤。第10章装配式建筑中的BIM技术应用4.2施工过程中的质量与进度控制(1)BIM技术在施工过程进度控制中的实际应用将BIM技术与施工现场的进度信息结合起来，通过建立4D-BIM施工信息模型，将预制装配式建筑项目包含的构件信息、施工现场信息、施工工艺信息以3D模型的形式与施工进度关联，并与资源配置、质量检测、安全措施、环保措施、现场布置等信息融合一起，实现了基于BIM的施工进度、成本、安全、质量、劳力、机械、材料、设备、和现场布置的4D动态集成管理以及施工过程的可视化模拟。4D模型的建立是BIM技术在进度管理中核心功能发挥的关键，建立4D信息模型可以分为三个步骤：①创建3D构件模型。BIM软件平台一般支持从多种基于IFC标准的3D模拟系统中直接导入项目的3D建筑模型，也可以利用软件平台提供的建模工具直接新建3D建筑模型。②建立构件施工过程模型。施工过程模型就是进度计划的模拟，通过WBS把建筑结构分为整体工程、单项工程