一種基于BIM的建筑預(yù)制裝配率測算方法

范 超,李兆惠,文志彬

(1.成都基準(zhǔn)方中建筑設(shè)計(jì)有限公司，四川成都 610011；2.四川省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610000)

在制造業(yè)轉(zhuǎn)型的大背景下，我國建筑業(yè)由粗放型的建造方式逐漸向設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件部品化、綠色環(huán)保化轉(zhuǎn)變。中央[1-2]及各省市持續(xù)出臺相關(guān)政策推動裝配式建筑的發(fā)展，成都市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會出臺通知[3]明確了成都地區(qū)裝配式建筑的建設(shè)要求，在全市范圍內(nèi)的房建工程中推行裝配式建設(shè)方式，并提出了預(yù)制裝配率的要求。

Dynamo是基于Revit的可視化編程平臺，多被用于參數(shù)化設(shè)計(jì)。李文浩等[4]借助Dynamo完成了自適應(yīng)管片的批量放置；吳生海等[5]基于Dynamo完成了某文化中心空間曲面模型的參數(shù)化建立；程霄等[6]基于Dynamo完成了裝配式樓梯的參數(shù)化設(shè)計(jì)；李媛等[7]利用Dynamo完成了預(yù)制停車樓的參數(shù)化生成。

現(xiàn)階段，基于BIM的正向設(shè)計(jì)方法尚未大范圍普及，不少設(shè)計(jì)人員通過圖紙翻模來建立BIM模型，而后提取明細(xì)表中各構(gòu)件的體積來進(jìn)行建筑預(yù)制裝配率的測算。此方法雖能較準(zhǔn)確地提取各構(gòu)件的體積，但翻模與明細(xì)表提取耗費(fèi)的時(shí)間成本較大。本文基于Revit軟件和可視化編程平臺Dynamo，提出了一套更加高效的建筑預(yù)制裝配率測算方法。

1 基于BIM的建筑裝配率測算新方法

本文采用文獻(xiàn)[8]提供的公式對單體建筑的預(yù)制裝配率計(jì)算：單體預(yù)制裝配率=(±0.00以上)預(yù)制構(gòu)件體積÷全部構(gòu)件體積(含非混凝土墻體)。其中預(yù)制構(gòu)件，是指在工廠或現(xiàn)場預(yù)先制作的構(gòu)件，如墻體、梁柱、樓板、樓梯、陽臺等；全部構(gòu)件，是指包括預(yù)制構(gòu)件在內(nèi)的所有構(gòu)件(含非混凝土墻體)。

本方法的實(shí)施流程如圖1所示，對于混凝土構(gòu)件，利用PKPM插件P-Trans將電算模型導(dǎo)入到Revit中(圖2)，此時(shí)，結(jié)構(gòu)模型中各構(gòu)件的扣減關(guān)系存在問題，尚不能直接提取各構(gòu)件體積并測算預(yù)制裝配率，需要進(jìn)行扣減關(guān)系調(diào)整；對于非混凝土墻體，將含有墻線的CAD圖紙導(dǎo)入Revit中，然后利用Dynamo編制程序，實(shí)現(xiàn)由CAD線條向墻體模型的快速轉(zhuǎn)換(圖3)。

圖1 裝配率測算邏輯框

圖2 電算模型導(dǎo)入Revit

圖3 利用Dynamo編程完成墻體模型

在Revit中將建筑墻體模型和結(jié)構(gòu)模型合并，并利用Dynamo編程將建筑墻體與結(jié)構(gòu)構(gòu)件(梁、結(jié)構(gòu)墻等)的重合部分扣減。最后建立樓梯等在裝配率測算時(shí)需要計(jì)及體積的構(gòu)件，完成裝配率測算模型的搭建(圖4)。

圖4 3號樓商業(yè)部分(±0.00以上)

利用Dynamo編寫的構(gòu)件體積一鍵提取程序，將各構(gòu)件的體積一鍵提取于編制好的Excel表格中并測算建筑的裝配率。

2 Dynamo可視化編程邏輯詳述

上述方法中涉及Dynamo可視化編程的內(nèi)容較多，現(xiàn)對圖1中利用Dynamo編程實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟進(jìn)行詳細(xì)說明。

2.1 構(gòu)件扣減關(guān)系調(diào)整

電算模型直接導(dǎo)入Revit后，各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的扣減順序?yàn)榘蹇蹨p梁、柱，若在Revit中對各構(gòu)件的扣減關(guān)系進(jìn)行手動調(diào)整，工作量巨大，故采用Dynamo可視化編程來實(shí)現(xiàn)扣減關(guān)系的一鍵調(diào)整，編程邏輯如圖5所示。首先，獲取項(xiàng)目中所有的梁(柱)與板圖元，而后利用“Element.BoundingBox”獲取各構(gòu)件的選擇框，再通過“BoundingBox.Intersects”判斷選擇框是否存在交集，若發(fā)生碰撞，則切換二者的連接順序(圖6)。

圖5 扣減調(diào)整邏輯框

圖6 梁板調(diào)序Dynamo程序截圖

2.2 建筑墻體模型快速搭建

建筑墻體模型快速搭建程序的編制邏輯如圖7所示，首先，求得各線中點(diǎn)處的切向向量，并用“Vector.IsParallel”判斷各條直線是否平行，進(jìn)而篩選出相互平行的直線；而后，在各組相互平行的直線中，篩選出除自身外距離最近的兩條直線，即為墻體的兩邊線；將墻體的一個(gè)邊線，沿著墻體的厚度方向平移二者距離的一半，得到墻體模型的放置線；最后，利用“Wall.ByCurvesAandLevels”節(jié)點(diǎn)，完成墻體模型的生成。

墻體模型生成后，需要根據(jù)建筑圖上門窗洞口的位置對墻體開洞，墻上開洞的程序邏輯如圖8所示。首先，將CAD門(窗)線讀入Dynamo中，獲取門(窗)洞口的放置點(diǎn)以及需要放置洞口的墻體，利用“Springs.HostedInstance.ByPoints”節(jié)點(diǎn)在對應(yīng)的墻體上生成洞口。

圖7 墻線翻模編程邏輯

圖8 墻上開洞邏輯框

2.3 構(gòu)件體積一鍵提取

構(gòu)件體積一鍵提取的編程邏輯如圖9所示，利用“Element.GetParameterValueByName”節(jié)點(diǎn)，根據(jù)各構(gòu)件族類型的前綴名稱提取各族實(shí)例的“體積”參數(shù)；對于梯板和平臺板，利用“Element.Geometry”在Dynamo中將梯板、平臺板圖元轉(zhuǎn)化為實(shí)體，而后，利用“Solid.Volumn”便可直接計(jì)算出該實(shí)體的體積。得到所有構(gòu)件的體積后，利用“Data.ExportExcel”將數(shù)據(jù)寫入編制好的裝配率計(jì)算表格中，整個(gè)程序如圖10所示。

圖9 構(gòu)件體積一鍵提取程序邏輯

圖10 構(gòu)件體積一鍵提取-程序截圖

3 工程運(yùn)用

某商業(yè)綜合體項(xiàng)目位于成都市新津縣普興鎮(zhèn)騎龍村，距成雅高速普興出口約1km，建筑面積3.4×104m2，建筑地下二層(局部三層)，地上四層，擬打造為含有九大主力業(yè)態(tài)的商業(yè)綜合體(圖11)。

圖11 商業(yè)綜合體BIM模型

為滿足成都市對建設(shè)工程預(yù)制裝配率的雙控要求，該項(xiàng)目選擇部分樓板、樓梯、次梁、內(nèi)墻板進(jìn)行預(yù)制。采用本文所述方法，制定裝配式方案并測算該綜合體的預(yù)制裝配率。經(jīng)測算，該項(xiàng)目的裝配率為32.76 %，其中混凝土預(yù)制率為15.3 %，滿足裝配率與預(yù)制率的要求。

4 結(jié)論

(1)基于BIM核心建模軟件Revit，本文提出了一種建筑預(yù)制裝配率測算的新方法：首先制定Revit項(xiàng)目樣板、Revit構(gòu)件命名規(guī)則和裝配率測算表格，而后利用P-Trans插件將結(jié)構(gòu)電算模型導(dǎo)入Revit中，基于可視化編程平臺Dynamo編制程序?qū)崿F(xiàn)①批量調(diào)整導(dǎo)入的電算模型中的扣減關(guān)系；②對建筑施工圖中的墻體進(jìn)行快速翻模；③一鍵將建筑裝配率測算所需要的構(gòu)件體積提取于Excel中，完成建筑裝配率的快速測算。

(2)以商業(yè)綜合體為例，成功實(shí)施了建筑預(yù)制裝配率測算新方法，使得建筑裝配率的測算效率提高，在裝配式方案調(diào)整后能快速得到調(diào)整后建筑的預(yù)制裝配率，省去了重復(fù)提取明細(xì)表中各構(gòu)件體積的時(shí)間，使得預(yù)制裝配率的測算更加便利。

(3)詳細(xì)闡述了實(shí)施過程中基于可視化編程平臺Dynamo開發(fā)程序時(shí)的邏輯及編程要點(diǎn)，拓寬了Dynamo的應(yīng)用范圍，為基于Dynamo的程序開發(fā)提供了思路。