BIM 在裝配式內裝工程管理中的有效應用

鄧履冰

(貴陽南明城市濱河投資發(fā)展有限責任公司)

裝配式建筑的墻板、疊合板、梁柱、門窗通常具有統(tǒng)一的設計規(guī)格，借助BIM技術建立建筑模型、模擬吊裝流程，并且為后續(xù)的內裝設計與施工創(chuàng)造便捷的條件。在內裝工程管理中，BIM 技術具有多方面的應用價值，如設計裝飾方案、優(yōu)化材料選型，故結合真實的工程項目探索其應用方法。

1.裝配式建筑與BIM 技術的結合點

從宏觀層面來看，裝配式建筑與BIM 技術的深度融合，其結合點在于它們共同促進了建筑行業(yè)的數(shù)字化轉型。具體來看，裝配式建筑項目在設計和規(guī)劃階段，相關工作人員可以運用BIM 技術，創(chuàng)建詳細的三維建筑信息模型，并通過BIM 軟件內置的keyshot、c6d 等渲染軟件，在BIM平臺上繪制裝配式建筑實景圖，方便設計人員以及相關工作人員對裝配式建筑風格、外觀、與周圍環(huán)境融合度，形成較為直觀的印象。此外，BIM 技術還為建筑行業(yè)從業(yè)人員提供了一個數(shù)字平臺，促進設計師、工程師、建筑師以及裝配式建筑制造商之間的多方協(xié)同工作，這種多方協(xié)同的工作機制，與裝配式建筑施工流程十分契合，能夠顯著提高裝配式建筑施工效率（詳見表1）。

表1 BIM數(shù)字化平臺與裝配式建筑流程結合點

2.工程概況

某別墅群項目采用預制裝配式施工方案，其預制構件包括墻板、屋面板、預制梁、預制柱、預制疊合板、門窗、樓梯、陽臺等。預制構件在標準化的工廠內進行生產，相應的生產系統(tǒng)涵蓋標準臺模、布料機、翻轉臺、磨平機、混凝土給料機、立體蒸養(yǎng)房，能夠保證各類鋼筋混凝土預制構件的生產質量。以別墅群中的單體別墅為例，共分為三層，第一層高度為3.4m，第二層高度為3.2m。別墅屋面設計為坡頂，檐口的設計標高為9.6m。

3.BIM 技術在內裝工程管理中的應用方法

3.1 基于BIM 技術的室內裝飾方案設計與建模

3.1.1 主體結構建模

（1）基于Revit 軟件的建模流程

運用Revit 軟件構建建筑物的三維可視化模型，其建模流程為創(chuàng)建標高→創(chuàng)建網(wǎng)軸→繪制圖元→信息標注→渲染。在以上流程中，繪制圖元屬于核心步驟，要求建模人員在結構平面中繪制墻體、梁柱、基礎、屋面，再繪制出門、窗、室內家具[1]。

（2）標高和軸網(wǎng)創(chuàng)建

標高設置在立面視圖中，點擊軟件中的“常用”按鈕，再點擊“標高”按鈕，即可進行標高設置，應按照該別墅的設計圖紙確定標高。軸網(wǎng)設置在軟件中的“建筑”選項卡下，軸網(wǎng)由若干條橫縱交錯的線段組成，先確定單條線段的起點，再拖曳鼠標，將線段連接至終點，即可形成一條軸網(wǎng)線段。

（3）繪制墻、梁構件

該項目為預制裝配式結構，外墻板、內墻板、結構梁均采用預制鋼筋混凝土構件，建模時可創(chuàng)建墻板和結構梁的標準化組件。在漢化的Revit 軟件中，點擊“結構”選項卡，在其中選擇“梁”選項，進而設置梁的屬性，使用鼠標點擊起點，拖曳至終點，完成梁體繪制。

墻體繪制方法與梁結構類似，先后點擊“建筑”→“構建”→“墻”三個選項卡，可在視圖中拾取兩個點完成墻體繪制，墻體參數(shù)的編輯在圖元屬性對話框中。

（4）繪制門、窗構件

在完成墻體建模之后，在軟件的“構建”選項卡下點擊“門”或者“窗”。在墻體上確定門窗構件的大致位置，再對其尺寸大小、標高、水平位置進行精確設計。

（5）繪制屋頂

先后點擊“建筑”“屋頂”“跡線屋頂”三個選項卡，創(chuàng)建相關的繪圖界面，在該界面中確定樓層邊界，再繪制出樓板的輪廓，與墻體形成封閉結構[2]。

（6）添加家具族

家具是室內裝修的重要組成部分，在Revit 軟件中，通過“載入族”的方式引入家具構件，其中包括沙發(fā)、床、燈具等各種室內組件。

3.1.2 室內裝飾方案設計

（1）基于BIM 的室內裝飾設計方法

在建立主體結構模型之后，利用BIM 技術進行多樣化的室內裝飾方案設計，同時結合VR 技術，展示裝飾設計的效果，設計方法的實現(xiàn)流程如圖1 所示。

圖1 BIM技術結合VR技術展示裝飾設計方案的實現(xiàn)流程

（2）基于BIM 技術的多樣化裝飾風格設計要點

利用Revit 軟件進行室內裝飾方案設計時，可分為三個基本步驟。

第一步為創(chuàng)建透視圖：在軟件中打開某個視圖界面，使其鋪滿電腦顯示屏；在“視圖”選項卡下點擊“創(chuàng)建”按鈕，再依次選擇“三維視圖”和“相機”選項卡，放置并調整相機的視點和視口。

第二步為材質替換：室內裝修設計需要借助不同材料形成裝飾風格，包括瓷磚、涂料、玻璃磚、石塊以及其他裝飾材質，Revit 軟件中設計有專門的材質庫，稱為Architecture，其中可選擇材質，同時設置材質的顏色[3]。

第三步為渲染：點擊“視圖”、“渲染”選項卡，即可根據(jù)設計方案形成可視化的裝飾效果。

（3）室內裝飾初步設計方案

該項目在初步的裝飾設計階段，創(chuàng)建了4 種裝飾風格，分別為新古典、新中式、北歐風、極簡風，各種設計方案的特點見表2。

表2 四種室內裝飾設計初步方案

3.1.3 裝飾方案對比及選型

初步設計階段提出了4 種設計方案，為了確定最佳方案，研究過程從美觀性、舒適性、經(jīng)濟性、安全性四個角度出發(fā)，對4 種方案進行評價。

（1）指標體系構建

針對美觀性設計4 個指標，分別為色彩協(xié)調性(C11)、室內物品搭配與陳設(C12)、裝飾材料選擇(C13)、設計時建議(C14)。

針對舒適性設計3 個指標，分別為人的最佳屆時狀態(tài)(C21)、物品的最佳屆時狀態(tài)(C22)、室內空間布局(C23)。

針對經(jīng)濟性設置6 個指標，分別為空間有效利用率(C31)、工藝和材料價格(C32)、裝修時間(C33)、裝修公司規(guī)模(C34)、施工管理水平(C35)、造型藝術復雜性(C36)。

針對安全性設置4 個指標，分別為采光通風效果(C41)、環(huán)保性能(C42)、防塵防火性能(C43)、施工工藝技術(C44)。

（2）專家打分

各個指標對裝飾效果的影響存在差異，研究過程邀請8 為專家對指標進行打分。打分標準為1.0(較好)、0.8(好)、0.6(一般)、0.4(較差)、0.2(差)，打分結果見表3。指標C32 和C33 可通過BIM 技術進行估算，4 種方案的C32 預測結果分別為70488 元、69750 元、69012 元、71472 元，裝修時間（C33）分別為25 天、23 天、24 天、23 天。

表3 針對評價指標的專家打分均值

（3）指標歸一化處理

利用以上指標的取值建立一個矩陣D，由于C32 和C33 的取值較大，與其他指標存在明顯的差異。為了統(tǒng)一計算量綱，對指標進行歸一化處理，具體方法如式（1）。

式中：xi(k)為第k 類指標中的第i 個取值，yi(k)為該指標歸一化處理后的結果；ak為第k 類指標中的最大值；bk為第k 類指標中的最小值。經(jīng)過處理之后，所有指標的取值均在[0.0,1.0]之間[5]。

（4）計算指標權重

利用灰色關聯(lián)系數(shù)法計算各指標的權重，以便對各種設計方案進行量化打分。該方法的實施關鍵是構建灰色關聯(lián)系數(shù)矩陣E，其數(shù)學表示方法見式（2）。

式中：ζ1(1)～ζm(n)稱為灰色關聯(lián)系數(shù)。以ζ1(1)為例，其對應的歸一化指標數(shù)值為0.5、0.0、0.0、1.0、1.0，ζ1(1)的計算方法見式（3）。

式中：參數(shù)λ 為分辨系數(shù)，取值為0.5；x0(k)為第k類指標的第1 個取值；xi(k)為第k 類指標的第i 個取值，為第k 類指標兩兩相減后取絕對值的最小值[5]；為第k 類指標兩兩相減后取絕對值的最大值，k=1,2,3,...,17。按照以上原理，可得到ζ1(1)=（0+0.5）/（|1-0.5|+0.5）=0.5。再計算出其他模糊關聯(lián)系數(shù)，可得到模糊關聯(lián)矩陣。求出模糊關聯(lián)矩陣E 的特征向量，記為W={w1,w2,...,wn}，則該向量中的元素即為對應指標的權重。該項目17 個二級指標的權重計算結果為0.066、0.060、0.045、0.066、0.117、0.111、0.069、0.038、0.046、0.037、0.029、0.025、0.037、0.086、0.088、0.036、0.043。

（5）確定最佳設計方案

根據(jù)R=W×ET求出4 個方案的灰色加權關聯(lián)度，其中T 表示轉置操作。結果為R=（0.571,0.645,0.638,0.728），4個數(shù)值分別對應方案1～方案4 的評價結果，數(shù)值越大，代表設計效果越理想。可見，方案4 對應的評價結果為0.728，為4 個數(shù)值中的最大值，為最優(yōu)設計方案。

4.研究結果結論

根據(jù)上文的研究內容，可總結出BIM 技術在內裝工程設計階段的應用場景，并得出以下基本結論。

（1）在制定內裝工程的設計方案之前，應該先利用BIM 技術構建裝配式建筑的主體結構模型，包括基礎、外墻、內墻、結構梁、屋面、門窗以及其他主要構件。

（2）在完成主體建模之后，利用軟件設計室內裝修方案，確定內裝風格、材料選型、顏色搭配。

（3）當產生多個方案時，可利用灰色關聯(lián)分析法對方案設計效果進行量化評價，進而確定最優(yōu)設計。相應的評價指標包括舒適性、經(jīng)濟性、美觀性以及安全性，每個指標還可進行細分。

5.結語

該項目為裝配式建筑，作為別墅工程，其對內裝設計效果提出了較高的要求。可借助BIM 技術建立建筑物的主體結構模型，并在其基礎上設計內部裝飾風格，模擬材料選型、色彩搭配、風格定位。研究過程初步設計了4 種裝修風格，包括新中式、新古典、北歐風以及極簡風，借助灰色關聯(lián)分析法確定了最佳的設計方案。總體而言，BIM技術在內裝工程管理設計階段的主要價值體現(xiàn)于制定多樣性的方案，在確定最優(yōu)方案時，可引入量化評價方法，如灰色關聯(lián)分析法。