CN115730373B - 一种基于bim的装配式建筑构件设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于BIM的装配式建筑构件设计方法，属于装配式建筑构件设计技术领域，该设计方法包括以下步骤：步骤1：基于实体建筑建立BIM模型，并根据BIM模型建立碰撞冲突模型；步骤2：根据工程需求确定实体建筑中的待安装构件的区域，并在碰撞冲突模型上设定数字模型中构件待安装区域；步骤3：设定待生成构件的参数及轮廓；步骤4：根据所述碰撞冲突模型、待安装区域和所述待生成构件的参数，生成软件在待安装区域的对应位置自动生成构件模型；步骤5：对所述构件模型进行后续迭代；其通过利用自动生成软件在步骤1～3的基础上自动生成所需的构件模型，降低了构件设计的时间成本，提高了设计效率。

Description

一种基于BIM的装配式建筑构件设计方法

技术领域

本发明属于装配式建筑构件设计技术领域，具体涉及一种基于BIM的装配式建筑构件设计方法。

背景技术

装配式建筑是一种新的建筑方式，即通过预先生产的固定形状的注入墙板、楼板、楼梯和梁等建筑预制构件再运输到现场拼装成建筑，相比于传统的现场浇筑出建筑所需构件的方式，装配式建筑的建筑构件质量更稳定，现场管理难度较低，施工污染较小，但因为预制构件的生产过程往往不在施工现场，无法确认构件和工程要求是否匹配，一旦出现匹配失败的情况需要现场装配时才能发现，会导致预制件整个报废，浪费生产成本和施工时间，故需要一种高校的建筑工程信息系统来保证在施工周期内正确联通各方单位的信息系统，如BIM。

BIM，即(Building Information Modeling)建筑信息模型技术，是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具，可以将建筑的设计、施工、运行直至建筑全寿命周期的终结的各种信息始终整合于一个三维模型信息数据库中，在此周期中，诸如设计团队、施工单位、设施运营等各方单位均可通过BIM技术提供的模型进行协同工作，如有必要时还可以不断地并不断地补充、完善此模型的信息；比如在施工过程中，建筑的一部分已完成施工时，需要根据已完工的结构添加额外做支撑或装饰等用途的预制构件；在这种情况下，传统设计方法需要先对建筑已完工部分进行大量测绘，然后根据测绘结果确定新预制构件所需形状，再根据所需形状在现有的构件形状的基础上进行深化设计，或者从零开始重新设计一预制构件，此种深化设计方法因为深化设计后的预制构件形状复杂且面数较多，精细度要求高，需要设计人员进行大量操作，时间花费较多，出错概率较高，再设计周期较长；为此需要一种高效率的基于BIM的装配式建筑构件设计方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于BIM的装配式建筑构件设计方法，具有设计效率高的同时兼顾设计准确性的特点。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：包括以下步骤：步骤1：基于实体建筑建立BIM模型，并根据BIM模型建立碰撞冲突模型；步骤2：根据工程需求确定实体建筑中的待安装构件的区域，并在碰撞冲突模型上设定数字模型中构件待安装区域；步骤3：设定待生成构件的参数及轮廓；步骤4：根据所述碰撞冲突模型、待安装区域和所述待生成构件的参数，生成软件在待安装区域的对应位置自动生成构件模型；步骤5：对所述构件模型进行后续迭代。

通过先在步骤1～3中设置构件待安装的区域构件的性能参数和大致轮廓，再利用自动生成软件在步骤1～3的基础上自动生成所需的构件模型，再对生成出来的构件模型进行后续迭代，极大地降低了构件设计的时间成本，提高了设计效率的同时兼顾设计准确性。

作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤1中基于BIM建立碰撞冲突模型具体包括以下步骤：判定是否存在与实体建筑匹配的BIM建筑结构数字模型；如果不存在，手动建立所述BIM建筑结构数字模型并导入生成软件中；如果存在，将所述BIM建筑结构数字模型或导入至生成软件中。

作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤1中还包括以下步骤：通过BIM模型自带的参数自动划定或通过手动划定所述BIM结构数字模型的实体碰撞区域，在生成软件中建立待安装构件建筑的BIM碰撞冲突模型。

作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤2具体包括以下步骤：根据工程需要和计算结果判定需要额外安装用于加固或装饰的构件的位置参数；根据所述位置参数在BIM模型中生成构件的待安装区域。

作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤3为：在BIM模型的待安装区域中画出对应构件的轮廓；根据图纸或施工方案获得构件与区域之间的配合关系，并在所述生成软件中加入对应修正参数。

作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤4具体包括以下步骤：生成软件通过轮廓和配合关系参数生成构件的初步精细化模型及布筋方式。

作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤5中对所述构件模型进行后续迭代的方式为：将所述初步精细化构件模型放入待安装位置；检验放入后的初步精细化构件模型和待安装构件建筑的BIM碰撞冲突模型的配合情况与碰撞冲突情况；判定配合情况与碰撞冲突情况是否符合需求；如果判定结果为否，计算形状的修正值；将修正值输入生成软件中；生成软件根据修正值在初步精细化模型的基础上生成修正精细化模型；重复此步骤，直至判定结果为是；如判定结果为是，此时得到的修正精细化模型为构件的最终精细化模型。

作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤5中对所述构件模型进行后续迭代的方式还包括：将所述初步精细化构件模型放入待安装位置；对放入初步精细化构件模型的BIM碰撞冲突模型进行力学仿真；根据结构力学计算判定所述力学仿真结果是否符合工程需要；如判定结果为否，计算布筋方式的强度修正值；将强度修正值输入生成软件中，生成软件根据修正值在初步精细化模型的布筋方式基础上生成修正布筋方式；重复此步骤，直至判定结果为是；如判定结果为是，则保存当前修正布筋方式。

作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤3还包括以下步骤：根据待安装区域选择所需匹配构件的功能后，在构件轮廓内自动划分功能区；判定功能区的力学功能是否符合建筑力学需求，如判定结果为否则手动修正功能区划分，直至判定结果为是；如判定结果为是，则保存当前划分结果；所述步骤4还包括以下步骤：所述生成软件根据功能区划分结果，在生成过程中进行尺寸和布筋方式的修正。

作为本发明的一种优选实施方式，还包括步骤6对构件进行施工仿真，所述步骤6具体包括：将最终精细化模型和待安装构件建筑的BIM碰撞冲突模型导入施工仿真软件中；根据施工现场情况，规划所述构件的吊装或安装方式；将所述吊装或安装方式拆分为若干个可供数字模型执行的动作；对所述若干个可供数字模型执行的动作进行全过程模拟，判定构件是否和待安装构件建筑在此过程中发生冲突；如果发生冲突，返回步骤5，直至判定结果为是。

本发明的有益效果为：

(1)通过利用自动生成软件在步骤1～3的基础上自动生成所需的构件模型，极大地降低了构件设计的时间成本，提高了设计效率；

(2)通过设置步骤5，在自动设计的基础上通过手动干预不断修正自动设计成果，保证构件设计的准确性；

(3)通过额外设置步骤6，对设计成果的实际施工应用进行仿真，保证了构件设计成果的实际应用价值。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明基于BIM的装配式建筑构件设计方法的流程示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

请参阅图1，一种基于BIM的装配式建筑构件设计方法，包括以下步骤：步骤1为基于实体建筑建立BIM模型，并根据BIM模型建立碰撞冲突模型，建立好BIM和碰撞冲突模型后，为后续的所有操作提供基础条件，然后进行步骤2，根据工程需求确定实体建筑中的待安装构件的区域，并根据在步骤1生成的碰撞冲突模型中设定数字模型中构件待安装区域，然后进行步骤3，设定待生成构件的参数及轮廓，通过轮廓和参数的设定使自动生成软件快速而准确地生成所需的构件模型，设定完毕后进行步骤4，根据设定的各参数，生成软件在待安装区域的对应位置自动生成构件模型，当生成完毕后，执行步骤5，对构件模型进行根据需求的后续迭代，直至生成出符合需求的构件模型。

步骤1是基于实体建筑建立BIM模型，并根据BIM模型建立碰撞冲突模型；BIM是模型是后续操作的基础，无论是碰撞模型的建立，还是构件的数字化设计，都需要在BIM模型的基础上进行操作，故首先需要判定是否存在与实体建筑匹配的BIM建筑结构数字模型；如果不存在，手动建立BIM建筑结构数字模型并导入生成软件中；如果存在，将BIM建筑结构数字模型或导入至生成软件中，此时，BIM系统中已经拥有了待安装构件的建筑的BIM模型，为后续的操作建立基础。

对于构件的设计和生成而言，上述步骤中BIM模型还不足以发挥构件设计的作用，同时还需要引入碰撞模型，基于碰撞模型才能根据碰撞实体生成可用的构件形状，为引入碰撞模型，步骤1中还包括以下步骤：通过BIM模型自带的参数自动划定或通过手动划定BIM结构数字模型的实体碰撞区域，然后在生成软件中根据划定的实体碰撞区域建立待安装构件建筑的BIM碰撞冲突模型，为设计的后续步骤提供基础。

步骤2是根据工程需求确定待安装构件的区域，并在碰撞冲突模型上设定数字模型中构件待安装区域；在工程过程全中，有时会出现建筑的一部分已完成施工时，需要根据已完工的结构添加额外做支撑或装饰等用途的预制构件的情况，此时需要根据工程需要和计算结果判定需要额外安装用于加固或装饰的构件的位置参数，根据位置参数可将实体建筑中的待安装区域同步至在BIM模型中，生成BIM模型中的待安装区域；同时，在待安装区域划分完毕后可在BIM模型中观察出所需构件的大致轮廓，方便后续设计时的操作。

步骤3为设定待生成构件的参数及轮廓，在设定好待安装区域后，便可开始构件模型的生成，但除了待安装区域以及在其内的BIM碰撞冲突模型外，想要更快速更准确地自动生成，还需要在BIM模型的待安装区域中画出对应构件的轮廓，在自动生成时，可根据轮廓划定的大致框架快速生成更接近所需形状的模型，提高设计效率；同时，形状相似的构件在发挥不同作用，或处于不同环境中时，需要变化某些部位的尺寸以符合环境或功能需求，生成软件可将不同的需求量化为不同的可调修正参数，以便自动生成时构件模型时可根据设定的参数的方式微调构件模型的尺寸，所以步骤中还包括根据图纸或施工方案获得构件与区域之间的配合关系，并在生成软件中加入对应修正参数；通过在生成前画出轮廓和设定修正参数，使得后续的生成过程更快速且更符合要求。

步骤4是根据步骤1到3中设置的碰撞冲突模型、待安装区域和待生成构件的参数，生成软件在待安装区域生成构件的初步精细化模型，同时在初步的精细化模型中生成布筋方式。

步骤5是对构件模型进行后续迭代，自动生成的初步的精细化模型往往在形状上不能准确符合需求，此时需要将初步精细化构件模型放入待安装位置，然后检验放入后的初步精细化构件模型和待安装构件建筑的BIM碰撞冲突模型的配合情况与碰撞冲突情况，放入后，生成的构件模型可能和碰撞冲突模型发生冲突，或者无法填充需要被填充的空间，此时需要判定是否未出现上述情况以符合工程要求，如果判定结果为否，则需要根据工程要求计算初步精细化模型的各点线面的修正值，并将修正值输入至生成软件中，然后，生成软件根据修正值在初步精细化模型的基础上生成修正精细化模型；有时，经过一次重新生成得到的修正精细化模型也不能符合工程需求，此时需要重复计算修正值、输入至生成软件中和重新生成的步骤，直至构件模型尺寸符合工程需求；如构件模型符合工程需求，此时得到的修正精细化模型为构件的最终精细化模型，相比于手动对构件模型进行调整，通过修正值让软件重新生成的方式设计效率更高，同时相比人手动修改可避免忘记处理待修改尺寸的情况发生，提高设计准确性。

在自动生成构件模型时，除了生存尺寸模型，还会生成布筋方式，同样地，自动生成的初步的精细化模型往往在布筋方式上也不能准确符合需求，此时需要将初步精细化构件模型放入待安装位置，放入后，初步精细化构件模型和BIM碰撞冲突模型形成建筑整体模型，此时对建筑整体模型进行力学仿真，可根据结构力学计算判定力学仿真结果是否符合工程需要，如果判定结果为不符合，根据生成软件给出的修正值计算方式，计算当前模型布筋方式的强度和工程所需强度的差值，再计算出此差值对应的强度修正值，然后将强度修正值输入生成软件中，输入后，生成软件根据修正值在初步精细化模型的布筋方式基础上生成修正布筋方式，同样地，有时经过一次生成的修正布筋方式也不能符合工程需求，此时需要重复计算出实际强度差值对应的强度修正值、将强度修正值输入生成软件和重新生成的步骤，直至构件力学强度符合工程需求，如果符合需求，则保存当前修正布筋方式，作为构件的布筋方式，经过多次重新生成的布筋方式能使构件的力学强度更符合工程需求，提高构件设计的准确性。

预制建筑构件由多个功能区构成，多个功能区各自承担着不同作用，而形状相近的预制构件在修筑于建筑的不同结构中时，功能区所承担作用的大小甚至有无也会随之变化，此时功能区的尺寸和内部布筋方式同时随之变化，这就需要设计构件时需要先划分出功能区，同时根据预制构件的修筑环境和各功能区承担作用的变化而变更预制构件各功能区的尺寸和内部的布筋方式，所以，步骤3还需要添加以下步骤：根据待安装区域选择所需匹配构件的功能后，在构件轮廓内自动划分功能区，判定功能区的力学功能能否和建筑力学需求对应，如果不对应，可通过手动修正功能区划分，直至成功对应，成功对应时，则保存当前划分的结果；同时，在步骤4还需添加以下步骤：在步骤3中的功能区划分完毕后，生成软件根据功能区划分结果，在生成过程中进行尺寸和布筋方式的修正，使构件的尺寸和布筋方式更符合工程实际需求，提高构件设计尺寸和力学功能的准确性。

在建筑的一部分已完成施工时，根据已完工的结构添加额外做支撑或装饰等用途的预制构件的情况下，由于存在已完工部分，设计出的异形预制构件的形状即使在安装状态符合需求，在吊装或安装时可能无法安装到位，所以在步骤5后额外设置步骤6对构件进行施工仿真，具体包括：将最终精细化模型和待安装构件建筑的BIM碰撞冲突模型同时导入施工仿真软件中；然后根据施工现场情况，规划构件的吊装或安装方式；再将吊装或安装方式拆分为若干个可供数字模型执行的动作；然后在施工仿真软件中对上一步骤拆分的若干个可执行的动作进行全过程运动模拟，观察在此过程中构件是否和待安装构件的建筑发生冲突；如果发生冲突，则返回步骤5进行迭代重新生成，直至不发生冲突为止，此时生成的结果更符合实际施工需求。

本发明的工作原理及使用流程：首先基于实体建筑建立BIM模型，并根据BIM模型建立碰撞冲突模型，建立好BIM和碰撞冲突模型后，然后根据工程需求确定实体建筑中的待安装构件的区域，并根据生成的碰撞冲突模型中设定数字模型中构件待安装区域，然后设定待生成构件的参数及轮廓，通过轮廓和参数的设定使自动生成软件快速而准确地生成所需的构件模型，设定完毕后，根据设定的各参数，生成软件在待安装区域的对应位置自动生成构件模型，当生成完毕后，检查生成结果是否符合需求，如果不符合，则对构件模型进行根据需求的后续迭代，直至生成出符合需求的构件模型。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种基于BIM的装配式建筑构件设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：基于实体建筑建立BIM模型，并根据BIM模型建立碰撞冲突模型；

步骤2：根据工程需求确定实体建筑中的待安装构件的区域，并在碰撞冲突模型上设定数字模型中构件待安装区域；

步骤3：在BIM模型的待安装区域中画出对应构件的轮廓；根据图纸或施工方案获得构件与区域之间的配合关系，并在生成软件中加入对应修正参数；

根据待安装区域选择所需匹配构件的功能后，在构件轮廓内自动划分功能区；

判定功能区的力学功能是否符合建筑力学需求，如判定结果为否则手动修正功能区划分，直至判定结果为是；

如判定结果为是，则保存当前划分结果；

步骤4：根据所述碰撞冲突模型、待安装区域和步骤3中对应修正参数，生成软件在待安装区域的对应位置自动生成构件模型；

生成软件通过轮廓和配合关系参数生成构件的初步精细化模型及布筋方式；

所述生成软件根据功能区划分结果，在生成过程中进行尺寸和布筋方式的修正；

步骤5：将所述初步精细化模型放入待安装位置；

检验放入后的初步精细化模型和待安装构件建筑的BIM碰撞冲突模型的配合情况与碰撞冲突情况；

判定配合情况与碰撞冲突情况是否符合需求；

如果判定结果为否，计算形状的修正值；

将修正值输入生成软件中；生成软件根据修正值在初步精细化模型的基础上生成修正精细化模型；

重复此步骤，直至判定结果为是；

如判定结果为是，此时得到的修正精细化模型为构件的最终精细化模型；

对放入初步精细化构件模型的BIM碰撞冲突模型进行力学仿真；

根据结构力学计算判定所述力学仿真结果是否符合工程需要；

如判定结果为否，计算布筋方式的强度修正值；

将强度修正值输入生成软件中，生成软件根据修正值在初步精细化模型的布筋方式基础上生成修正布筋方式；

重复此步骤，直至判定结果为是；

如判定结果为是，则保存当前修正布筋方式。

2.根据权利要求1所述的一种基于BIM的装配式建筑构件设计方法，其特征在于：所述步骤1中基于BIM建立碰撞冲突模型具体包括以下步骤：

判定是否存在与实体建筑匹配的BIM建筑结构数字模型；

如果不存在，手动建立所述BIM建筑结构数字模型并导入生成软件中；

如果存在，将所述BIM建筑结构数字模型导入至生成软件中。

3.根据权利要求2所述的一种基于BIM的装配式建筑构件设计方法，其特征在于：所述步骤1中还包括以下步骤：通过BIM模型自带的参数自动划定或通过手动划定所述BIM建筑结构数字模型的实体碰撞区域，在生成软件中建立待安装构件建筑的BIM碰撞冲突模型。

4.根据权利要求1所述的一种基于BIM的装配式建筑构件设计方法，其特征在于：所述步骤2具体包括以下步骤：根据工程需要和计算结果判定需要额外安装用于加固或装饰的构件的位置参数；

根据所述位置参数在BIM模型中生成构件的待安装区域。

5.根据权利要求1所述的一种基于BIM的装配式建筑构件设计方法，其特征在于：还包括步骤6对构件进行施工仿真，所述步骤6具体包括：将最终精细化模型和待安装构件建筑的BIM碰撞冲突模型导入施工仿真软件中；

根据施工现场情况，规划所述构件的吊装或安装方式；

将所述吊装或安装方式拆分为若干个可供数字模型执行的动作；

对所述若干个可供数字模型执行的动作进行全过程模拟，判定构件是否和待安装构件建筑在此过程中发生冲突；

如果发生冲突，返回步骤5，直至判定结果为是。