CN109408903A - 基于bim技术的装配式建筑设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开基于BIM技术的装配式建筑设计方法，包括以下步骤：建立BIM数据库、拟定方案、建立模型、模拟建筑单元、标准层设计、整体协同、构件拆分及优化、模拟施工、实地装修；本发明通过基于BIM技术的数据库的创建，可以利用多种风格的建筑模型进行选择，在外形上比较多样化，使住户有更多的选择空间，且本发明利用BIM应用的技术保障，增加了灵活性和多样性，实现设计三维表达，减少图纸量，有效解决专业间、预制构件间可能出现的碰撞问题，并能模拟施工过程，找出错漏碰缺，对具体施工有保障，缩短工期，同时，本发明不但能对单体建筑作出设计和改进，还能将建筑标准层设计，模拟单元整体，实现建筑结构各部位的分散和组装。
Description
技术领域
本发明涉及建筑设计领域，尤其涉及基于BIM技术的装配式建筑设计方法。
背景技术
由预制部品部件在工地装配而成的建筑，称为装配式建筑，按预制构件的形式和施工方法分为砌块建筑、板材建筑、盒式建筑、骨架板材建筑及升板升层建筑等五种类型，随着现代工业技术的发展，建造房屋可以像机器生产那样，成批成套地制造，只要把预制好的房屋构件，运到工地装配起来就成了。
现有的装配式建筑设计方案对装配式建筑外形、风格等设计比较呆板，千篇一律，且现有的装配式设计方案不够灵活和多样，传统的二维设计容易出现问题，不能解决预制构件之间可能存在的碰撞问题，不能模拟施工时可能出现的意外情况，对具体施工没有保证，工期漫长，同时，现有的装配式建筑设计方法一般是对单体建筑设计的设计和改进，难以很好地实现多层建筑的组合设计和分散组装，并难以完成装配式建筑的全过程设计，因此，本发明提出基于BIM技术的装配式建筑设计方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出基于BIM技术的装配式建筑设计方法，该基于BIM技术的装配式建筑设计方法通过。
为了解决上述问题，本发明提出基于BIM技术的装配式建筑设计方法，包括以下步骤：
步骤一：建立BIM数据库
在BIM应用中，采集现实中的建筑设计风格和方向，构建一个建筑库，再模拟工厂加工的方式，以预制构件模型的方式来进行系统集成和表达，建立装配式建筑的BIM构件库，然后收集现实中建筑构件的型号，增加BIM虚拟构件的数量、种类和规格，逐步构件标准化预制构件库，再将多个构件组合，结合现实结构方案，将多个构件组合成不同的组件，将不同的组件组合成不同的结构，构建结构库，再模拟建筑中需要的设备，根据功能将各种设备分类建立设备库；
步骤二：拟定方案
采集选定区域的外部环境及相关地理信息数据，制作成图文数据，并根据户主的需求，拟定设计图纸和设计参数，收集户主对户型的功能要求；
步骤三：建立模型
根据步骤二中对户型的功能要求在BIM建筑库中，选择相应风格、尺寸的户型，并根据功能的差异作修改，从而来构建户型模型，再确定好装配式建筑的技术路线和产业化目标，拟定户型的功能和结构，制成设计方案，然后根据设计方案，在步骤一中的结构库中选择合适的结构，将结构组合入户型模型中，并将结构具体化为相应的构件，再对户型模型中的功能区进行划分，协调受力构件的布置，完成户型内设计；
步骤四：模拟建筑单元
将步骤三中的户型模型通过能够传递户型功能的结构接口组合成建筑单元，将内部结构中的构件经过有机整合构成一个有序的整体，并利用共享的构件通过结构接口使各个户型相对独立又相互联系，完成户型间设计，组合成为一个完整的建筑模型；
步骤五：标准层设计
将户型之间功能进行完善，包括楼梯间、电梯间、前室、走廊、空调板和水暖井，然后在步骤一中的设备库中选择建筑中需要的设备，包括电梯、空调外机，加入建筑模型之中，并计算相应承重构件的各种荷载能力，其次，相对的结构构件之间对称设计，添加连接构件，并计算受力平衡性，完成标准层设计，同时，通过可视化的技术实现更为精细化的设计；
步骤六：整体协同
在步骤五标准层的基础上，积木式组合成建筑整体，并将标准层与户型内结构、户型间结构及内部设备通过添加连接各层的构件及其他附属构件组成完整的建筑系统设计体系，然后将每个标准层和内部结构功能分为相对独立、能够单独存在的个体，并将标准层中设备通过精细化设计与标准层相结合为一体，构建建筑整体模型；
步骤七：构件拆分及优化
输出步骤六中的建筑整体模型，通过虚拟成像化技术将建筑整体模型呈现出来，对模型中组合的构件进行拆分，模拟相应配件的功能，择优选择替换方案，标注构件编号，然后对构件进行检查，包括参数合理性检查，规范构造检查、短暂工况验算，并且对装配式算量进行统计，包括构件分类统计和钢筋算量统计，生成全套的构件加工详图，并拟出施工进度计划；
步骤八：模拟施工
应用BIM模拟建造技术，将步骤七中的施工进度计划写入BIM信息模型，将空间信息与时间信息整合在一个可视的4D模型中，进行施工过程模拟，再用用BIM技术对构件内部、构件之间进行碰撞检查，找出传统二维设计中不易察觉的“错漏碰缺”，对复杂部位和关键施工节点进行论证，保证施工的可行性，模拟建造完成后，在步骤一的设备库中选择设备，具体到建筑室内设备，加入建筑模型内部，对内部空间资源进行整合，并通过可视化设计对室内进行渲染，并统计成本制成表格，优化室内空间品质；
步骤九：实地装修
将所有信息、加工详图、施工计划和表格相结合，制成总方案，然后开展实地装配式装修。
进一步改进在于：所述步骤一中建筑库中，各种户型和建筑体系均为以3M为基准模数的模块，且通过模块控制户型尺寸，控制户型组合及布局调整，所述步骤一中的结构库包括装配式建筑预制外墙构件种类30种以上。
进一步改进在于：所述步骤二中选定区域的外部环境及相关地理信息数据包括当地基本条件、地形地貌、地质水文、气候条件、动植物生长状况等方面的信息。
进一步改进在于：所述步骤三中，先对步骤一中的结构库进行不同标准的划分，然后依托库里标准BIM构件，按照户主不同需求进行多次“组装”设计，取其中最优设计。
进一步改进在于：所述步骤四中共享的构件分为重合接口构件和连接接口构件两类，户型之间重合的部分包括内墙、内隔墙，户型内结构之间重合的部分包括暗柱和剪力墙。
进一步改进在于：所述步骤五中更精细化的设计包括构件配筋调整、机电管线及工艺预留预埋设计、预留预埋洞口避让、材料交接处构件处理，立面转角构件处理、现浇层磨合金属盖板和空调冷凝水管位置。
进一步改进在于：所述步骤六中，建筑整体模型还包含了建筑的材料信息，工艺设备信息以及成本信息。
进一步改进在于：所述步骤七中，对构件检查时还需对构件进行验算，包括脱模验算、吊装验算、重心验算、配筋验算和安全系数验算。
进一步改进在于：所述步骤八中，对复杂部位和关键施工节点进行论证包括与传统建造模式下的装配节点之间的对比，得出数字化论证后的节点做法，且步骤八中，模拟建造完成后，运用CFD软件分析模拟出建筑物周围行人区1.5m处的风速小于5m/s，冬季建筑物前后压差不大于5pa，夏季建筑前后压差保持在2pa左右，此外，还需进行项目日照、投影的分析模拟。
进一步改进在于：所述步骤九中，装修设计开展前，将建筑空间分解为几个功能区域，每个区域视为一个相对独立的功能模块，然后将总方案划分为几套模块化的布局方案，建筑设计时直接套用。
本发明的有益效果为：本发明通过基于BIM技术的数据库的创建，可以利用多种风格的建筑模型进行选择，在外形上比较多样化，使住户有更多的选择空间，且本发明利用BIM应用的技术保障，增加了灵活性和多样性，实现设计三维表达，减少图纸量，有效解决专业间、预制构件间可能出现的碰撞问题，并能模拟施工过程，找出错漏碰缺，对具体施工有保障，缩短工期，同时，本发明不但能对单体建筑作出设计和改进，还能将建筑标准层设计，模拟单元整体，可以很好地实现建筑结构各部位的分散和组装，再加上装配式建筑核心是”集成“，而本发明就是是集成的主线，能独立、高质量完成装配式建筑全过程设计，另外，本发明通过对构件地多次拆装和优化得出最好的构件方案，既能节省后期建造时项目的成本，又能优化建筑物的可靠性，再加上可视化技术，精细化设计，使细节更明确，更精致，避免工程中可能出现的误差。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
为了使发明实现的技术手段、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1所示，本实施例提供了基于BIM技术的装配式建筑设计方法，具体步骤如下：
步骤一：建立BIM数据库
在BIM应用中，采集现实中的建筑设计风格和方向，构建一个建筑库，各种户型和建筑体系均为以3M为基准模数的模块，且通过模块控制户型尺寸，控制户型组合及布局调整，再模拟工厂加工的方式，以预制构件模型的方式来进行系统集成和表达，建立装配式建筑的BIM构件库，然后收集现实中建筑构件的型号，增加BIM虚拟构件的数量、种类和规格，逐步构件标准化预制构件库，再将多个构件组合，结合现实结构方案，将多个构件组合成不同的组件，将不同的组件组合成不同的结构，构建结构库，其中包括装配式建筑预制外墙构件种类30种以上，再模拟建筑中需要的设备，根据功能将各种设备分类建立设备库；
步骤二：拟定方案
采集选定区域的外部环境及相关地理信息数据，包括当地基本条件、地形地貌、地质水文、气候条件、动植物生长状况等方面的信息，制作成图文数据，并根据户主的需求，拟定设计图纸和设计参数，收集户主对户型的功能要求；
步骤三：建立模型
根据步骤二中对户型的功能要求在BIM建筑库中，选择相应风格、尺寸的户型，先对步骤一中的结构库进行不同标准的划分，然后依托库里标准BIM构件，按照户主不同需求进行多次“组装”设计，取其中最优设计，并根据功能的差异作修改，从而来构建户型模型，再确定好装配式建筑的技术路线和产业化目标，拟定户型的功能和结构，制成设计方案，然后根据设计方案，在步骤一中的结构库中选择合适的结构，将结构组合入户型模型中，并将结构具体化为相应的构件，再对户型模型中的功能区进行划分，协调受力构件的布置，完成户型内设计；
步骤四：模拟建筑单元
将步骤三中的户型模型通过能够传递户型功能的结构接口组合成建筑单元，将内部结构中的构件经过有机整合构成一个有序的整体，并利用共享的构件通过结构接口使各个户型相对独立又相互联系，完成户型间设计，组合成为一个完整的建筑模型，其中，共享的构件分为重合接口构件和连接接口构件两类，户型之间重合的部分包括内墙、内隔墙，户型内结构之间重合的部分包括暗柱和剪力墙；
步骤五：标准层设计
将户型之间功能进行完善，包括楼梯间、电梯间、前室、走廊、空调板和水暖井，然后在步骤一中的设备库中选择建筑中需要的设备，包括电梯、空调外机，加入建筑模型之中，并计算相应承重构件的各种荷载能力，其次，相对的结构构件之间对称设计，添加连接构件，并计算受力平衡性，完成标准层设计，同时，通过可视化的技术实现更为精细化的设计，包括构件配筋调整、机电管线及工艺预留预埋设计、预留预埋洞口避让、材料交接处构件处理，立面转角构件处理、现浇层磨合金属盖板和空调冷凝水管位置；
步骤六：整体协同
在步骤五中标准层的基础上，积木式组合成建筑整体，并将标准层与户型内结构、户型间结构及内部设备通过添加连接各层的构件及其他附属构件组成完整的建筑系统设计体系，然后将每个标准层和内部结构功能分为相对独立、能够单独存在的个体，并将标准层中设备通过精细化设计与标准层相结合为一体，构建建筑整体模型，建筑整体模型还包含了建筑的材料信息，工艺设备信息以及成本信息；
步骤七：构件拆分及优化
输出步骤六中的建筑整体模型，通过虚拟成像化技术将建筑整体模型呈现出来，对模型中组合的构件进行拆分，模拟相应配件的功能，择优选择替换方案，标注构件编号，然后对构件进行检查，包括参数合理性检查，规范构造检查、短暂工况验算，对构件检查时还需对构件进行验算，包括脱模验算、吊装验算、重心验算、配筋验算和安全系数验算，并且对装配式算量进行统计，包括构件分类统计和钢筋算量统计，生成全套的构件加工详图，并拟出施工进度计划；
步骤八：模拟施工
应用BIM模拟建造技术，将步骤七中的施工进度计划写入BIM信息模型，将空间信息与时间信息整合在一个可视的4D模型中，进行施工过程模拟，再用用BIM技术对构件内部、构件之间进行碰撞检查，找出传统二维设计中不易察觉的“错漏碰缺”，对复杂部位和关键施工节点进行论证，包括与传统建造模式下的装配节点之间的对比，得出数字化论证后的节点做法，保证施工的可行性，模拟建造完成后，先运用CFD软件分析模拟出建筑物周围行人区1.5m处的风速小于5m/s，冬季建筑物前后压差不大于5pa，夏季建筑前后压差保持在2pa左右，此外，还需进行项目日照、投影的分析模拟，然后在步骤一的设备库中选择设备，具体到建筑室内设备，加入建筑模型内部，对内部空间资源进行整合，并通过可视化设计对室内进行渲染，并统计成本制成表格，优化室内空间品质；
步骤九：实地装修
将所有信息、加工详图、施工计划和表格相结合，制成总方案，然后开展实地装配式装修，开展前，将建筑空间分解为几个功能区域，每个区域视为一个相对独立的功能模块，然后将总方案划分为几套模块化的布局方案，建筑设计时直接套用。
本发明通过基于BIM技术的数据库的创建，可以利用多种风格的建筑模型进行选择，在外形上比较多样化，使住户有更多的选择空间，且本发明利用BIM应用的技术保障，增加了灵活性和多样性，实现设计三维表达，减少图纸量，有效解决专业间、预制构件间可能出现的碰撞问题，并能模拟施工过程，找出错漏碰缺，对具体施工有保障，缩短工期，同时，本发明不但能对单体建筑作出设计和改进，还能将建筑标准层设计，模拟单元整体，可以很好地实现建筑结构各部位的分散和组装，再加上装配式建筑核心是”集成“，而本发明就是是集成的主线，能独立、高质量完成装配式建筑全过程设计，另外，本发明通过对构件地多次拆装和优化得出最好的构件方案，既能节省后期建造时项目的成本，又能优化建筑物的可靠性，再加上可视化技术，精细化设计，使细节更明确，更精致，避免工程中可能出现的误差。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.基于BIM技术的装配式建筑设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：建立BIM数据库
在BIM应用中，采集现实中的建筑设计风格和方向，构建一个建筑库，再模拟工厂加工的方式，以预制构件模型的方式来进行系统集成和表达，建立装配式建筑的BIM构件库，然后收集现实中建筑构件的型号，增加BIM虚拟构件的数量、种类和规格，逐步构件标准化预制构件库，再将多个构件组合，结合现实结构方案，将多个构件组合成不同的组件，将不同的组件组合成不同的结构，构建结构库，再模拟建筑中需要的设备，根据功能将各种设备分类建立设备库；
步骤二：拟定方案
采集选定区域的外部环境及相关地理信息数据，制作成图文数据，并根据户主的需求，拟定设计图纸和设计参数，收集户主对户型的功能要求；
步骤三：建立模型
根据步骤二中对户型的功能要求在BIM建筑库中，选择相应风格、尺寸的户型，并根据功能的差异作修改，从而来构建户型模型，再确定好装配式建筑的技术路线和产业化目标，拟定户型的功能和结构，制成设计方案，然后根据设计方案，在步骤一中的结构库中选择合适的结构，将结构组合入户型模型中，并将结构具体化为相应的构件，再对户型模型中的功能区进行划分，协调受力构件的布置，完成户型内设计；
步骤四：模拟建筑单元
将步骤三中的户型模型通过能够传递户型功能的结构接口组合成建筑单元，将内部结构中的构件经过有机整合构成一个有序的整体，并利用共享的构件通过结构接口使各个户型相对独立又相互联系，完成户型间设计，组合成为一个完整的建筑模型；
步骤五：标准层设计
将户型之间功能进行完善，包括楼梯间、电梯间、前室、走廊、空调板和水暖井，然后在步骤一中的设备库中选择建筑中需要的设备，包括电梯、空调外机，加入建筑模型之中，并计算相应承重构件的各种荷载能力，其次，相对的结构构件之间对称设计，添加连接构件，并计算受力平衡性，完成标准层设计，同时，通过可视化的技术实现更为精细化的设计；
步骤六：整体协同
在步骤五中标准层的基础上，积木式组合成建筑整体，并将标准层与户型内结构、户型间结构及内部设备通过添加连接各层的构件及其他附属构件组成完整的建筑系统设计体系，然后将每个标准层和内部结构功能分为相对独立、能够单独存在的个体，并将标准层中设备通过精细化设计与标准层相结合为一体，构建建筑整体模型；
步骤七：构件拆分及优化
输出步骤六中的建筑整体模型，通过虚拟成像化技术将建筑整体模型呈现出来，对模型中组合的构件进行拆分，模拟相应配件的功能，择优选择替换方案，标注构件编号，然后对构件进行检查，包括参数合理性检查，规范构造检查、短暂工况验算，并且对装配式算量进行统计，包括构件分类统计和钢筋算量统计，生成全套的构件加工详图，并拟出施工进度计划；
步骤八：模拟施工
应用BIM模拟建造技术，将步骤七中的施工进度计划写入BIM信息模型，将空间信息与时间信息整合在一个可视的4D模型中，进行施工过程模拟，再用用BIM技术对构件内部、构件之间进行碰撞检查，找出传统二维设计中不易察觉的“错漏碰缺”，对复杂部位和关键施工节点进行论证，保证施工的可行性，模拟建造完成后，在步骤一的设备库中选择设备，具体到建筑室内设备，加入建筑模型内部，对内部空间资源进行整合，并通过可视化设计对室内进行渲染，并统计成本制成表格，优化室内空间品质；
步骤九：实地装修
将所有信息、加工详图、施工计划和表格相结合，制成总方案，然后开展实地装配式装修。
2.根据权利要求1所述的基于BIM技术的装配式建筑设计方法，其特征在于：所述步骤一中建筑库中，各种户型和建筑体系均为以3M为基准模数的模块，且通过模块控制户型尺寸，控制户型组合及布局调整，所述步骤一中的结构库包括装配式建筑预制外墙构件种类30种以上。
3.根据权利要求1所述的基于BIM技术的装配式建筑设计方法，其特征在于：所述步骤二中选定区域的外部环境及相关地理信息数据包括当地基本条件、地形地貌、地质水文、气候条件、动植物生长状况等方面的信息。
4.根据权利要求1所述的基于BIM技术的装配式建筑设计方法，其特征在于：所述步骤三中，先对步骤一中的结构库进行不同标准的划分，然后依托库里标准BIM构件，按照户主不同需求进行多次“组装”设计，取其中最优设计。
5.根据权利要求1所述的基于BIM技术的装配式建筑设计方法，其特征在于：所述步骤四中共享的构件分为重合接口构件和连接接口构件两类，户型之间重合的部分包括内墙、内隔墙，户型内结构之间重合的部分包括暗柱和剪力墙。
6.根据权利要求1所述的基于BIM技术的装配式建筑设计方法，其特征在于：所述步骤五中更精细化的设计包括构件配筋调整、机电管线及工艺预留预埋设计、预留预埋洞口避让、材料交接处构件处理，立面转角构件处理、现浇层磨合金属盖板和空调冷凝水管位置。
7.根据权利要求1所述的基于BIM技术的装配式建筑设计方法，其特征在于：所述步骤六中，建筑整体模型还包含了建筑的材料信息，工艺设备信息以及成本信息。
8.根据权利要求1所述的基于BIM技术的装配式建筑设计方法，其特征在于：所述步骤七中，对构件检查时还需对构件进行验算，包括脱模验算、吊装验算、重心验算、配筋验算和安全系数验算。
9.根据权利要求1所述的基于BIM技术的装配式建筑设计方法，其特征在于：所述步骤八中，对复杂部位和关键施工节点进行论证包括与传统建造模式下的装配节点之间的对比，得出数字化论证后的节点做法，且步骤八中，模拟建造完成后，运用CFD软件分析模拟出建筑物周围行人区1.5m处的风速小于5m/s，冬季建筑物前后压差不大于5pa，夏季建筑前后压差保持在2pa左右，此外，还需进行项目日照、投影的分析模拟。
10.根据权利要求1所述的基于BIM技术的装配式建筑设计方法，其特征在于：所述步骤九中，装修设计开展前，将建筑空间分解为几个功能区域，每个区域视为一个相对独立的功能模块，然后将总方案划分为几套模块化的布局方案，建筑设计时直接套用。
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