CN110110442A - 一种装配式建筑的参数化建模设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种装配式建筑的参数化建模设计方法，包括如下步骤，提取参数：即从建筑的CAD结构施工图中拆分出各构件，每个不同的构件以不同的参数表示，提取出每个构件的参数信息；录入参数：将各个构件的参数信息存入数据库中，并录入UG软件中，用于形成各个构件的三维模型；装配碰撞：在UG软件中相应装配相邻的多个构件的三维模型，对构件进行碰撞检测和碰撞调整；审核出图：把合格的标准构件的三维模型转化为二维图纸；多个标准构件用于共同形成该装配式建筑。使用本发明的方法可以高效率地拆分房屋的结构施工图为众多的标准构件，可以详尽准确地给出各标准构件的二维图，并尽早地准确算出生产制造用的材料清单。

Description

一种装配式建筑的参数化建模设计方法

技术领域

本发明属于装配式建筑设计领域，具体涉及一种装配式建筑的参数化建模设计方法。

背景技术

随着国家陆续出台各种政策，对住宅产业化以及装配式建筑的重视和大力推进，使得装配式建筑迎来一个重大的发展机遇，而装配式建筑的设计、标准规范生产、施工等环节在节能环保高效等方面，也提出了各自的需求。当前装配式建筑的设计思维依然普遍停留在传统二维平面设计之上，运用AutoCAD，天正等二维绘图软件进行深化设计。即便少量设计师采用数字化三维设计，虽然可以做到三维建模的效果，甚至在三维转二维视图上有所突破，但依旧停留在为传统建筑服务的层面之上，面临着设计深度不够，设计效率不高、协同作业困难以及不能有效指导工厂生产备料等等问题。

对于停留在传统二维平面设计之上的装配式建筑的设计方法来说，其具体方法如下。因装配式建筑设计单位收到的图纸是整栋楼的结构施工图，这是一种用于传统施工即砌设的CAD图纸，要将该整栋楼改为设计成装配式建筑中的一个个标准构件，例如整栋建筑拆分出来的构件数至少在100件以上，楼层越高则构件数量一般越多。就众多标准构件的设计就依靠资深设计人员的经验和脑力去一处处地揣摩，将其分拆为一个个标准构件，这显然不利于提高工作效率。总的说来，因结施图对应种类繁多且数量巨大的各个装配式构件，因此：①其出图工作量大、重复的工作量多。②图面质量不统一；由不同设计人员给出的图面质量各有千秋，不利统一制图标准。③碰撞检测方面同样工作量大，且重复的工作量多。④传统方法中给出BOM表(建筑用标准构件的材料清单表)更是一项繁杂的工作。

而关于三维建模的装配式建筑的设计，专利申请CN201710500398公开了一种叠合板预制构件的参数化建模生产方法，其过程是：首先建立叠合板的参数化模型，然后再由所建立的参数模型出施工图。在出图阶段，可以根据生产需要，随时增减、调整图纸上的平面、立面和剖面数量，而且可以引出具体详图，最后根据构件的施工图在工厂按图生产。利用参数模型出图，同类型预制构件的模型可以通过调整参数来创建，且可以保证图纸上每个平面、每个立面、每个剖面都完全对应，避免了传统的CAD绘图可能出现的平面、立面、剖面不对应的情况，从源头上保证生产出的构件符合要求。且具体地，其叠合板建模采用Revit三维建模平台。虽然该专利中出现了参数化建模方式，但该专利中完全不涉及给出房屋各个构件的二维图和具体计算出BOM清单的过程。另外，专利申请CN201711376276提供一种基于BIM软件的装配式建筑深化设计方法、专利申请CN201810491822提供一种基于BIM的装配式建筑正向深化设计方法、专利申请CN201711085725提供一种基于BIM技术的装配式混凝土建筑设计方法、专利申请CN201710501225提供一种预制梁的参数化建模生产方法。在这些方法中，也都涉及使用Revit和Bently等建筑设计软件来对构件进行参数化建模。其中，同样也涉及与CN201710500398中一致的问题。

因此，本领域需要一种新方法来解决“快速给出房屋结构中各个标准构件的二维图和快速计算得到材料清单”的问题。

发明内容

本发明提供一种装配式建筑的参数化建模设计方法，所述方法包括如下步骤，

步骤A、提取参数：即从建筑的CAD结构施工图中拆分出各构件，每个不同的构件以不同的参数表示，从结构施工图中提取出每个构件的参数信息；

步骤B、录入参数：将从结构施工图中拆分和提取的各个构件的参数信息存入数据库中，并录入UG软件中，用于形成各个构件的三维模型；

步骤C、装配碰撞：在UG软件中相应装配相邻的多个构件的三维模型，对构件进行碰撞检测和碰撞调整；

步骤D、审核出图：把合格的标准构件的三维模型转化为二维图纸；多个标准构件用于共同形成该装配式建筑。

在一种具体的实施方式中，步骤B中所述数据库包括Microsoft Office Access和excel。

在一种具体的实施方式中，所述方法还包括数据存储步骤：即将步骤D中的合格的标准构件的参数信息作为新的已知标准构件存储到数据库中，方便下一次拆分结构施工图时使用。

在一种具体的实施方式中，所述步骤D中在审核构件时，是在UG软件中审核构建的三维模型，在该构件三维模型无误后，再转化为二维图纸。

在一种具体的实施方式中，本发明中拆分得到的每种构件都有与其一一对应的编码。

在一种具体的实施方式中，步骤D中在审核和出图之间还包括吊装模拟的步骤，且吊装模拟在Navisworks软件或UG软件中完成。

在一种具体的实施方式中，所述步骤D中还包括在UG软件中生成装配式建筑各个构件生产所需的BOM清单。

本发明至少具备如下所述的有益效果：

1、本发明所述方法使得设计师工作效率高。对每个构件的操作用时来说，其中，第一步提取参数耗时0.5～1min，第二步录入参数耗时1～2min，第三步，“碰撞调整”步骤为3～5分钟，第四步一键出图耗时0.5min。当然，这些时间均基于设计师已经对CAD的结构施工图思考完毕，已经想好要将该图怎样拆分，以及适合拆分成哪些构件。当然，视构件的复杂程度不同，计算机完成该设计的速度也略有差别。本发明中的构件二维图由三维图自动生成，完全杜绝设计人员疏漏和手动调尺寸的问题，且模型建完即完成图纸绘制工作，相比不使用UG软件的传统工艺25个构件/天/人的速度，本发明所述方法可提速到60个构件/天/人。

2、本发明所述方法可大幅节约设计成本。本发明中，可使得构件出图的步骤流水线作业，其中第一步“由CAD结构施工图拆分为不同构件”的步骤一般由经验较为资深的设计师完成。而后续录入参数、碰撞调整和一键出图等步骤都可以由“参加培训后的初级设计师”来完成。当然，其中的碰撞调整步骤也可以由经验较为丰富的设计师完成。也就是说，本发明中，只需要资深设计师将结构施工图中拆分和提取的各个构件的参数数据提取出来，然后接下来的其他工作都可以由初级设计师来完成。本发明所述方法可使得装配式构件的设计实现分岗制流水作业，大幅节约设计成本。

本发明所述方法尤其能显著节约“将CAD结构施工图拆分为不同构件”的资深设计师的时间。一方面是后续的几个步骤都不需要由资深设计师亲自完成。另一方面，数据库中已经有种类繁多的标准构件，资深设计师在拆分构件时可以将绝大部分的构件都拆分成数据库中的已知标准构件，或者拆分成与数据库中的已知标准构件结构相似的构件。而拆分成已知标准构件或拆分成与其相似的构件后，可以大幅节约该构件的出图时间。

3、本发明所述方法出图准确无误。本发明中的碰撞调整和出图步骤都在UG软件中完成，UG中做碰撞调整不会出现错误，因而本发明中给出的各构件的二维图准确无误。

4、本发明所述方法可以在设计阶段同步给出BOM表，加快构件付诸生产的进度。传统的建筑设计根本不涉及BOM表(材料清单)，而装配式建筑生产中需要BOM表，其中例如包括钢筋、水泥、预埋件、水电安装管线、灯盒等的用量。在使用本发明所述方法之前，装配式建筑企业的生产制造部门需要根据各构件的设计图去人力计算得出BOM表。而采用本发明所述方法之后，设计部门除了会提供各构件的二维图纸之外，还一并由计算机得出相应的BOM表。这样，就大幅加快了构件付诸生产的进度。本发明所述方法可以在UG软件中一键生成BOM清单，用于成本核算和生产备料，准确高效。

4、本发明所述方法中的数据库不断充实和完善，最终使得装配式建筑的参数化建模设计越来越简单。本发明结合使用UG软件对拆分出的数据中暂无记录的未知构件进行碰撞调整，将该未知构件变为已知构件继续保存在数据库中充实数据库。

5、本发明所述方法中，使用数据库存储各个标准构件的参数信息，为整个设计方法的高效运转打下坚实基础。本发明中，具体使用数据库存储各个标准构件的参数信息，方便后续拆分其他结构施工图时设计师尽可能地使用数据库中保存的已知标准构件，将结构施工图尽可能地多拆分成已知构件，尤其是尽可能地拆分成那些统计得出的使用频率较高的已知标准构件。

6、本发明中使用机械类三维设计软件UG来完成装配式建筑构件的设计过程。相比于Revit和Bently等建筑类三维设计软件。本发明所述方法能对拆分出的一个个构件给出三维图和装配后进行碰撞检测。本发明中使用的UG软件相比其它软件来说，其碰撞检测结果更精准，顺畅度更好，无需人工去排查多处碰撞点是否真的有碰撞干涉，工作效率更高。尤其是本发明中UG软件与数据库联用，在UG软件中经过碰撞检测合格后形成的新的标准构件的参数信息又返回存储在数据库中以填充数据库。使得本发明所述设计方法使得装配式建筑的构件设计变得越来越简单。

7、在一种优选的方式中，以后的标准化方向，通过excel等数据库实现下述内容。1)通过编码规则形成22位码，达成构件编码的唯一性，每个构件都有自身唯一的识别码。2)通过大数据平台管控已有图文资料，对于同一编码的产品直接调用大数据文件，数据库中没有的再新建构件，补充大数据。3)最终形成百万级构件种类的数据库，构件的工艺图绘制与审图工作均可做到一劳永逸，形成竞争力的绝对优势。

总的说来，使用本发明的方法可以高效率地拆分房屋的结构施工图为众多的标准构件，可以详尽准确地给出各标准构件的二维图，并尽早地准确算出生产制造用的材料清单。

附图说明

图1为叠合梁族中部分构件的部分参数示意图。

具体实施方式

本发明通过如下实施例和附图进一步说明，但本发明的范围并不仅限于此，而应以权利要求书保护的范围为准。

实施例1

为了提高工作效率和统一制图标准，本发明的方法包括如下步骤：

第一步，提取参数。

具体是从CAD的结构施工图中将拆分得到的每个构件的参数提取出来。该提取出的参数用于放到数据库中，例如该数据库是以Microsoft Office Access或excel表格形式记录。可以是针对每一个族类的标准件单独一个数据库记录，例如叠合梁数据库、叠合板数据库、楼梯数据库、预制柱数据库、预制板数据库、预制梁数据库。具体以叠合梁为例，其参数内容包括：截面参数：250*650。长度参数：6795。箍筋参数：Φ8@100/200。底筋参数：2Φ25。腰筋参数：G4Φ12。主次梁搭接参数：次梁宽，次梁中线距梁左端面。梁类别：主梁(两端搭在柱上)；中梁(一端搭在柱上，另一端搭在梁上)；次梁(两端搭在梁上)。例如图1为叠合梁族中部分构件的部分参数示意图。而预制板数据库中的构件参数内容可能与叠合梁数据库中的构件参数内容完全不同，例如预制板数据库中的构件参数包括钢筋尺寸、桁架筋规格、吊具选用、混凝土标号等内容。

本发明中，可以对不同的族类别在数据库中设置不同的编码标记，例如DBD代表单向预制板族，DBS代表双向预制板族。

本发明中，提取参数中的拆分步骤主要依靠人脑根据经验和知识来拆分。提取参数时，设计师在看到数据库中已经有类似结构时，可以直接从数据库中调用相关构件，然后适度修改参数即可。因此，在提取参数时，使用本发明所述方法的设计师能节约很多时间。

第二步、录入参数。

提取参数录入数据库时，数据库将自动判定族类别，并生成相应的编码标记，该编码标记与后续UG软件中的文件联动。“判定族类别”的意思是判定CAD中提取到的参数对应的这个构件属于“叠合梁族”、“叠合板族”、“楼梯族”等族类中某一种。

录入参数的步骤包括把数据库中的参数录入UG软件中，UG软件中会实时显示该构件的三维图，且随着构件参数的变化而实时显示新的三维图。

在该步骤中，可以将整栋房屋涉及的全部构件的参数录入UG软件中，也可以一条条构件的数据录入UG软件中，录入一条构件的数据则显示一个构件的三维图。实际应用中，以后者情况居多。

第三步、装配碰撞。

3.1新建装配图：具体是在UG软件中新建装配图，此时建议将目标构件的相邻构件均从数据库中录入UG软件中生成三维模型后再进行此步骤。

3.2构件装配：具体是在UG软件中装配多个构件，包括目标构件与相邻构件。

3.3碰撞调整：具体是在UG软件中碰撞，本步骤中例如有5个构件进行碰撞，碰撞的目的例如是检查该目标构件中伸出的钢筋与其他构件中伸出的钢筋是否会发生碰撞和干涉。前面的3.1和3.2步骤都是为了本步骤做碰撞调整。因为设计或制造时均可能会出问题，因此装配式建筑物中的几乎每个构件都需要做碰撞测试，其中部分构件还需要在碰撞测试后做出参数调整。具体地，例如通过用户表达式中的出筋避让参数的数值输入来调整，参数调整后，相应的装配模型的三维图及时显示出调整后的情况。

第四步、审核出图。

本步骤的审核是指审核员在UG软件中审核经过碰撞测试后合格的构件的三维模型或二维图。而出图步骤具体是在UG软件中进入制图模块，UG将自动计算出图，给出该构件的二维图，该二维图可以直接使用，也可以进一步导出为含尺寸的二维CAD图。得到整栋房屋的全部构件的含尺寸的二维图，也可用于迅速制备BOM表。

本发明中，来源是结构施工图即整栋建筑的CAD二维图，中间步骤中含多个构件的三维模型，最后给出的是结构施工图中涉及的所有构件的二维图。本发明中，在数据库和UG软件中，每个构件都有它唯一的编码。在对结构施工图做拆分时，可以尽量将构件拆分成数据库中的已有构件，其次则尽量拆分成跟数据库中与已有构件结构相似的构件，并在已有标准构件上做出参数修改得到新构件，新构件通过碰撞检查和UG软件给出二维图后又保存到数据库中，给其赋予一个新编码，让其作为数据库中的新的已知构件。具体地，通过UG等软件将这些构件三维模型生成出来(具体在三维软件如UG的“用户表达式”中输入对应参数数值，三维模型实时变更)，再由UG直接将一个个构件的三维模型转化为二维图。如果与该新构件相似的构件完全不曾在数据库中出现，则建立新族，对其赋予新的参数，在UG中得到新的构件的二维图后，将该信息保存在数据库中，以充实和完善数据库中的构件类型。在数据库中已知的构件，则将其直接从数据库中调出来使用即可。本发明中，所述数据库中一般不会保存二维图，而只保存各个标准构件的参数，但因数据库与UG软件联动，如果需要这些数据库中保存的标准构件的二维图纸，则相应从数据库向UG中将二维图纸调出即可。

本发明所述方法中，在装配碰撞时，可以把某栋房屋的所有几百个构件全部录入UG中装配后进行碰撞检测，碰撞一次，发现问题并调整之后再做一次碰撞，如果没有问题，即可以导出这几百个构件的二维图。本发明中，也可以根据设计师的经验而做局部碰撞检测，例如设计师认为某些地方容易碰撞，就针对性地做局部碰撞检测。在碰撞检测之后，一般需要做碰撞调整。例如，钢筋发生碰撞，则调整钢筋的位置；梁的缺口太小，则调整梁的尺寸；进而调整构件与构件之间的空间关系，使得构件之间在装配后不再碰撞。但无论是整体碰撞还是局部碰撞，本发明都是先将数据库中的多个构件参数录入UG软件，形成三维模型后进行装配碰撞检测。

在现有技术中，使用的三维软件都是revit、Bently等建筑领域的三维软件，其用于设计传统建筑更为合适。而本发明的发明人发现，使用UG这种传统的机械领域的三维软件来做装配式建筑的设计，用造汽车的方式来造房子。相比传统的建筑领域的三维软件来说，本发明所述方法在做大空间造型，尤其是涉及钢筋建模时更方便得多，本发明所述方法具备显著的优势。

实施例2

对应本发明的目的为提供新的装配式建筑的参数化建模设计方法，本发明提供了如下具体的设计步骤。

在开发出本发明所述方法之前，发明人认为：对于装配式建筑，设计深度需要达到一个全新的高度，就像生产汽车或和飞机那样，对于产业工人而言，他们只需要按图流水作业即可，不用特别在意所生产的构件用于何处。既然是像生产汽车和飞机一样，因此发明人尝试采用Unigraphics NX软件(即UG软件，它是一款用于汽车设计、制造、模拟的综合性软件)来一揽子解决其装配式建筑设计、生产、管理遇到的诸多实际问题。例如1、工艺图无备料清单，成本核算不准确，生产备料不到位。2、工艺图专业分家，专业间碰撞问题难协调。3、工艺图二维表达导致识图困难，易错。4、涉及技术变更时，工艺图修改工作量巨大，且易漏。5、需要一个个构件的二维图绘制，即工艺图绘制工作效率低、错误率高，审图难发现错误。

具体的，本发明所述方法包括如下步骤：

步骤1、建立构件编码规则，一种构件有与其一一对应的编码。

步骤2、依照装配式建筑拆分规则，同时考虑生产运输、吊装要求，通过参数化建模及UG软件内体量分析，控制拆分构件的尺寸与重量，将整体建筑分解成梁、柱、板、楼梯等构件模型，并依照编码规则分别赋予构件编码。步骤2中的构件拆分是在CAD中进行，体量分析在UG内实现。该步骤即对应步骤A提取参数，即资深设计师对结构施工图的拆分处理步骤。

步骤3、将梁、柱、板、楼梯等构件分别进行深化设计，添加钢筋、水电管线、预埋连接件等部件，并将添加的各部件以参数化的形式，与部件梁、柱、板、楼梯等进行关联。该步骤由资深设计师或对UG软件熟悉的专业设计师完成。在此步骤之后的每个步骤即对设计师的要求不高，因而本发明所述方法显著节约重要的人力资源。

步骤4、对做好钢筋布置的梁、柱、板、楼梯等部件，添加倒角、分缝等工艺特征，并参数驱动。

步骤5、对添加的钢筋、预埋件等装配部件进行编码，编码同样以参数化的形式驱动，当更改梁、柱、板、楼梯等部件外形尺寸时，内置的钢筋、水电管线、预埋件、编码等遵循预设的规则随之自动变动。步骤3～5均在UG中进行。

其中，步骤2对应步骤A提取参数中的必要步骤，步骤3～5对应步骤A提取参数中的可选步骤，一般会实施步骤3～5以填充数据库。步骤2～5中都是描述怎样做出填充到数据库中的构件文件，且具体包括：先对CAD结施图中拆分出的构件进行编码，以利于销售、维护和运输；再对CAD结施图中没有显示但又是工厂生产制造时必须的所有材料也进行编码，这些材料例如为角码和预埋件等。然后将这些编码和参数放入数据库中。

步骤6、对完成装配的梁、柱、板、楼梯等部件，进行硬碰撞检查，通过参数化驱动，调整部件尺寸、位置，对模型进行调整、修正，消灭构件、钢筋、管线等部件间的碰撞，完成初步三维模型。在UG软件中，装配和碰撞后的三维模型可以与每个构件的二维图纸基本上同步给出。

步骤7、线上审核，通过UG平台，在线上对初设模型进行审核，及时校对，提升审核效率，节省纸张消耗，环保节能。该步骤相当于传统方法中的审图环节，但本发明方法中直接在线上审核一个个构件的三维模型，比传统的方法中审核各构件的二维图纸要更直观、更准确和更高效。

步骤8、吊装模拟，通过Navisworks软件或UG软件，对装配式建筑进行吊装模拟，优化吊板顺序，对吊装过程中可能产生的错漏、隐患进行警示与排查。

步骤9、在UG软件内，对梁、柱、板等三维部件进行二维表达，生成构件的二维图纸及各零部件的BOM清单，二维表达的尺寸标注及BOM清单均与三维模型形成联动，最终导出符合生产要求的二维图纸。

步骤10、BOM清单与ERP(企业资源计划软件)对接，将BOM清单导入ERP系统，供给生产部门进行备料生产，并为商务部、市场部提供数据支撑。

步骤11、将建立好的构件单体模型信息收录入企业大数据库，通过信息数据的调用对比分析归类，形成常用构件库，逐步形成可直接调用的标准构件库，提升设计效率。

步骤12、对生产线条生产出的构件进行唯一编码的二维码粘贴，掌握构件的基本生产信息及物流信息。

本发明中，所述录入包括导入和狭义的录入。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种装配式建筑的参数化建模设计方法，所述方法包括如下步骤，

步骤A、提取参数：即从建筑的CAD结构施工图中拆分出各构件，每个不同的构件以不同的参数表示，从结构施工图中提取出每个构件的参数信息；

步骤B、录入参数：将从结构施工图中拆分和提取的各个构件的参数信息存入数据库中，并录入UG软件中，用于形成各个构件的三维模型；

步骤C、装配碰撞：在UG软件中相应装配相邻的多个构件的三维模型，对构件进行碰撞检测和碰撞调整；

步骤D、审核出图：把合格的标准构件的三维模型转化为二维图纸；多个标准构件用于共同形成该装配式建筑。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤B中所述数据库包括Microsoft OfficeAccess和excel。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法还包括数据存储步骤：即将步骤D中的合格的标准构件的参数信息作为新的已知标准构件存储到数据库中，方便下一次拆分结构施工图时使用。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤D中在审核构件时，是在UG软件中审核构建的三维模型，在该构件三维模型无误后，再转化为二维图纸。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，本发明中拆分得到的每种构件都有与其一一对应的编码。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤D中在审核和出图之间还包括吊装模拟的步骤，且吊装模拟在Navisworks软件或UG软件中完成。

7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤D中还包括在UG软件中生成装配式建筑各个构件生产所需的BOM清单。