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    基于BIM的模块化设计方法在装配式建筑中的应用.pdf

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    基于BIM的模块化设计方法在装配式建筑中的应用.pdf

    第6卷第6期 2014年12月 V01.6 No.6 Dee.2O14 基于BIM的模块化设计方法 在装配式建筑中的应用 张德海 陈 娜 韩进宇 沈阳建筑大学BIM工程研究中心,沈阳 110168 【摘要】目前我国住宅产业化的发展水平仍处于初级阶段,传统的设计方法和生产方式制约了住宅产业化的发 展,改变传统的设计方式,降低建筑产业化成本,成为首要任务。在预制装配式住宅设计中采用基于BIM的模块化 设计方法,将传统住宅产业中的施工图设计和拆分深化设计过程合并,优化设计流程,提高设计效率。通过对预制 构件设计、生产及施工企业的详细调研以及对模块化BIM应用的分析研究,提出一种适用于装配式建筑基于BIM 的模块化设计方法。把模型单元用“搭积木”的方法进行拼装设计形成整体建筑模型,这种方法提高了设计效率, 节约了设计成本,进一步完善了整个建筑产业化的生产链。 【关键词】BIM;模块化设计;建筑产业化 【中图分类号lTU756;TB21 【文献标识码】A 【文章编号】16747461201406008105 目前三维数字化协同设计已经不是陌生的 词汇,特别是在制造设计行业已经得到一定的发 展,信息化、参数化设计和制造得到很大的普及。 但在建筑行业仍处于以传统的平法二维表达为 主及以三维表达为辅的设计阶段,在设计过程中 设计人员以单专业满足设计要求为主,在此前提 下进行简单的多专业协调,并且设计中包含的构 件信息量很少,信息表达不完全。随着建筑信息 模型BIM新理念的悄然出现,当前建筑信息 化、参数化设计已经成为势不可挡的趋势。本文 的研究目标是通过对预制构件设计、生产及施工 企业的详细调研以及对模块化BIM应用的分析 研究,提出一种适用于装配式建筑基于BIM的模 块化设计方法,为我国装配式建筑中使用模块化 设计方法提供一种应用案例。 1基于BIM模块化设计方法的基本原理 模块Module是模块化设计的基础。模块可 以定义为“由标准模块和非标模块经设计组合,具 有某种特定功能及结构的单元,它能够与其他组件 或模块通过规范标准接口构成更大的组合、模块 或系统。”模块通过“搭积木”方式即可组成系列标 准化模型,也可以配置组成在性能、结构上有较大 差别且能满足不同用户多样化要求的非标准模型。 在建筑项目中模块主要包括构件及组件模型。 模块化设计是在进行系统功能分析基础上, 将整个系统的总功能分解为若干个层次较低的、 可互换的、独立的基础单元模块,根据用户提出 的具体设计要求,通过对模块的选择与综合,快 速设计出具有不同系列、不同性能、不同用途的 各种新系统。在建筑设计的过程中,模块化设 计强调对各类功能空间进行类型的划分,将具有 相同功能的空间组织在一个单元内,通过单元模 块化集成的组合方式来实现建筑从单元到整体 的转变。在很多的大型建筑中,比如公寓住宅、 酒店、医院、教学楼包含了很多大致相似的单元, 模块化设计与预制构件的采用是一个很好的选 择,这种方法不仅能满足消费者个性化的需求和 选择,还能在一定程度上节省时间,得到了开发 商、施工方以及设计者的认同。 【基金项目】沈阳市建委项目;沈阳市科技计划项目F13050200 【作者简介】 张德海1966一,男,教授,硕士研究生导师。主要研究方向建筑产业化、建筑信息化;陈娜1993一,女,研究 生。主要研究方向现代建筑设计理论与方法。 建筑设计是基于户主需求的功能特征而展开 的,功能特征是整体设计过程中的主线,功能作为 户主的映射分析结果,是整个设计活动的驱动因 素。建筑设计是一个从抽象概念到具体设计的 过程,是根据功能需求寻找出一条与之对应的物 理结构的过程,通过各专业设计问题求解,使得 建筑的每个子功能都能依附在一定的物理结构。 建筑设计是一个从抽象到具体、逐步细化、反复 迭代的过程,是从需求分析开始,经过功能分析、 专业设计、详细设计、生产施工,最终完成满足业 主需求的建筑。基于模块的各专业层次分明相 对应的建筑设计,使得建筑在考虑建筑概念设计 考虑功能、专业、生产、施工等多种要素,既有从 上而下的多层次设计,又能实现自底向上的结构 组合,是建立建筑构件或组件模型库,实现建筑 标准化设计的重要方法。在建筑设计组合整体 设计及设计分解过程中引人模块化设计方法,可 以有效地实现建筑物快速有效的聚合、配置、变 型及重构,从而形成基于功能、结构的模块化 设计。 基于BIM的模块化设计方法是建立在不同功 能、专业的构件或组件基础之上的,其原理是设计 单位按户主需求进行建筑方案设计,满足为完成户 主需求而映射成的建筑功能,建筑专业设计人员依 据功能特征从模型库中挑选相对应的模块,将模块 按照一定的拓扑结构进行组合,完成建筑基于功能 模块的设计;选择与建筑相对应的结构、设备模型 按照一定的拓扑结构进行组合,完成各专业的整体 模型,并以满足相应的专业规范为前提,在BIM协 同设计平台上将全专业模型组合成一个整体模型, 进行碰撞检测、协调及优化,完成基于专业的模型 设计;从深化构件库中选择构件,将结构整体模型 进行设计分解,完成基于生产、施工的模块设计,如 图1。 2 BIM技术应用于装配式建筑分析 BIM技术具有可视化、协调性、模拟性、优化性 及可出图性等特点。将BIM技术与当前装配式 建筑设计方法相结合,可以形成适应装配式建筑 的基于BIM的模块化设计方法。其方法可以实 现复杂预制构件节点的三维模型,方便生产和施 工人员对设计图纸的读图性,实现信息在设计与 生产、施工之间的完整传递;可以实现上下游企 业及各专业之间的信息协调,还可进行各专业构 件之间的设计协调,完成构件之间的无缝隙结 合;可以使技术人员按照施工组织计划进行施工 模拟,完善施工组织计划方案,实现方案的可实 施性。因此装配式建筑基于BIM的模块化设计 方法可以解决当前装配式建筑设计方法中的一 些问题,推动建筑产业化的发展。 以沈阳市保障房项目为例,剪力墙住宅体系中 住宅的户型具有普遍性及相似度高的特性,建筑一 般由首层、标准层、顶层组成,每个建筑层由若干个 建筑单元组成。其中首层和标准层的相似度不大, 首层相对标准层有门厅单元、底层楼板单元,顶层 相对其他层相似度较差。就现代住宅建筑设计而 言,经过长期淘汰和筛选后,使用者对户型的选择 要求已逐渐明确,因此住宅建筑的户型设计雷同度 较高,很大一部分设计只是存在于某个房间的尺寸 差异。 模块化是建筑业在标准化、系列化、参数化等 标准基础上参考系统工程原理发展起来的一种预 制装配式的高级形式。模块化设计的思路是首先 将建筑整体划分为若干层,将层根据功能需求分解 为若干个户型模块以及附属模块,再将户型模块以 及附属模块分成不同类别构件,然后再将构件按照 单元、层等逐级按照“搭积木”式组合成整体建筑。 建筑设计H 结构设计 l I 拆分设计 .1设备设计 。。。。一 一. l 协 生 ● l ● I 同 ▲ I 、 I I 设 __. I 施 i r 计 l 工 T I建筑库j___一结构库L_一设备库 I -_J构件库 图1基本原理流程图 基于BIM的模块化设计方法在装配式建筑中的应用 建筑整体的协同设计包括专业内协调设计和专 业间协调设计,前者是在专业内部进行优化设计及深 化设计,依据设计规范满足建筑、结构、设备各专业之 间的功能要求,后者是专业之间的碰撞检测及其之后 的设计调整,依据设计、施工规范满足业主的功能需 求。协同设计是在建筑工程各专业在共同的协作平 台上进行参数化设计,从而达到专业上下游之间的信 息精确地传递,在设计源头上减少构件问的错、漏、 碰、缺等,提升设计效率和设计质量。 从建筑师的角度看,基于BIM的协同设计有利 于建筑师把更多的精力投入到方案设计中,优化整 体设计方案,提高方案的竞争力;协同设计有利于 业主、政府等各部门之间的信息交流,加强信息共 享,避免信息孤岛的形成,有利于加强设计、生产、 施工等各参与方的协作,各部门之间快速进行信息 的沟通和反馈,优质、高效地完成建设项目。从社 会和业主的角度看,协同的思想加强了社会对“建 筑人环境”的理解,促进了业主与建筑师之问的互 动,提高了决策的科学性和准确性,为项目投资建 设的圆满完成提供了有力保障。 4 结语 本文通过讨论基于BIM的模块化设计方法在 装配式建筑中的应用,可以得出基于BIM的模块化 设计方法在建筑设计流程上得到优化,能够同时考 虑建筑设计的多样性、制造的高效性及安装的可施 工性,能够实现构件的标准化与市场化,从而降低 建筑成本,推动建筑产业化的发展 J。 参考文献 [1]韩进宇,张德海.基于BIM的住宅产业化模块化设计 方法研究[J].建筑,20142260-62. [2]王瑁,BIM理念及BIM软件在建设项目中的应用研究 [D].成都,西南交通大学.2011. [3]陈胜.现代科学技术革命与建筑业信息化[J].价值工 程,2012,311625-28. [4]郑俊杰.预制装配式高层住宅施工技术[C].中国会 议,20089111115. [5]仝非非.建筑设计的模块化探研[D].郑州,郑州大 学。2013. The Modular Design based on BIM Application in Assembled in Architecture Zhang Dehai,Chen Na,Han Jinyu BIM Engineering Research Center of Shenyang Construction University,Shenyang 1 10168,China AbstractAt present,the level of development of housing industrialization in China is still at the primary stage,the traditional design and mode of production has restricted the development of residential industriali- zation.So changing the traditional ways of design and reducing the cost of construction industrialization become the main task.Using the modular design based on BIM in the prefabricated housing design and combining con struction drawing design with resolution to deepen the design process in the traditional residential industry can opti- mize design process and improve the efficiency of design.Through detailed research on prefabricated components design and production enterprises and construction enterprises,and research on the application of BIM on the mod- ule,this paper puts forward a suitable assembly type structure based on the modularization design of BIM. The“building block” is used to make the model unit and the whole building mode1.This can improve the design efficiency,save the cost of design,and improve the entire building industrialization production chain. Key WordsBIM;Modular Design;Architectural Industrialization

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