姜瀚淇 战美秋 崔新杰 许伟业 彭基娜

【摘  要】从装配式建筑正向设计的出发使用BIM技术，可使BIM技术及正向设计优势得到更好的发挥。构建并推广装配式建筑正向设计软件平台可显著推动BIM正向设计的全过程应用，更好的将正向设计理念与装配式建筑相结合，促进建筑绿色建造的快速发展。

【关键词】装配式建筑;正向设计;软件平台研发

引言

目前的BIM设计流程为CAD二维施工图纸设计完成后，由BIM建模人员将二维施工图转换为三维BIM模型，称为“BIM逆向设计”，目前绝大多数设计过程都采用“逆向设计”。“正向设计”是基于BIM技术的“先建模，后出图“的设计方法”，直接从三维BIM模型入手，减少设计过程中的工作反复，大大提高设计与构件生产效率。

1.正向设计优势特点

1.1发挥设计师的创造力提高设计效率

传统的正向设计中，设计师的大部分精力都在二维图的绘制与修改上，而正向设计可让设计师更多地精力用于设计本身，专注于设计优化与创作，给设计师更广阔的发挥空间。

1.2各专业实施协同设计与全过程管理

BIM模型中将包含各方面的设计相关信息，主要以信息载体，信息量远大于图形的信息量，利用BIM模型可进行信息的实时共享，提高沟通效率。

1.3设计问题前置化预判后期施工风险

利用BIM技术可视化模拟后期建造过程，将设计在施工时会遇到的问题前置，预先模拟施工，提前预判风险并解决，更好的服务于施工过程，保证施工的质量与安全。

1.4信息存储深度提高

BIM正向设计的工程量信息可根据时空维度、构建类型等汇总、拆分、对比分析等快速提取与筛选，也可以在不同的时间节点增多信息，相比传统设计流程，其信息的完整性大大提高。

2.装配式建筑正向设计软件平台研发意义

建筑工业化已经成为我国建筑行业发展的重要目标，更是绿色建造发展和建筑产业升级的必经之路。目前，BIM技术设计普遍采用“翻模”思路为主，导致了BIM技术在装配式建筑的应用优势并不突出。从正向设计出发应用BIM技术，研发装配式建筑正向设计软件平台，使基于BIM技术的正向设计在装配式建筑工程当中得以广泛的应用，对我国建筑工业化的快速发展意义重大。

3.软件平台设计要点与技术手段

3.1建筑结构建模

利用Revit软件分析建筑结构计算模型BIM数据，并将其在管理结构当中运用。部分非几何信息内容比较广泛，需结合实际情况调整设计信息，为设计人员实践操作提供便利。为了提高Revit软件BIM模型的兼容性，需使用Revit内部自带的建模逻辑开展操作。针对建筑结构中的结构墙与板等因素，则可以选用Revit中的墙、板系统族。

Revit软件内部结构非几何信息表达的内容较少，故非几何信息必须要在开发过程中输入到系统。Revit软件可利用对话框形式将得到的结构设计总信息输入，同时，为了提高人员操作的熟练度，界面设计和GSSAP要尽量保持相同。

Revit软件内部包括轴网输入模块输入轴网信息，为了提高建模速度，Revit软件要以结构设计软件的传统方式输入为基础，进行墙、柱、梁等相关输入模块的开发，在模块输入构件截面尺寸信息即可完成结构构件模型的构建，不考虑Revit软件规定的族定义等内容。

3.2建筑模型结构计算

运用有限元分析软件ABAQUS采用分离式建模方法，对水平荷载作用下的受力性能进行有限元数值计算，结合实验结果分析结构边缘构件配筋率、墙体配筋率、连接节点参数对整个体系抗震性能影响。为后续设计环节提供参考。

3.3结构设计

由于Revit软件在结构设计方面比较弱，为保证设计的效率与效果，可在Revit主菜单中增设模型导入、结构数据、构件布置、荷载导入等子菜单，达到结构BIM正向设计的基本目的。利用GSRevit将构件的几何数据、结构总体数据以及荷载数据等全部输入其中，确保在结构计算用到的信息可在BIM模型中得到应用，再利用BIM模型计算信息与建筑结构分析与设计软件GSSAP结合展开结构计算，最后取出GSSAP给出的数据以及有限元分析软件SATWE等结构设计软件的计算结果，利用Revit软件获得建筑结构施工图纸，应用在BIM模型扩展當中。

3.4施工图的生成

由于绘制施工图的过程不统一，GSRevit软件专门开发以墙柱梁板钢筋为主体的标记族、大样族，用于施工图的绘制。通过族参数可选择绘图习惯，提高软件的适用性。绘制施工图主要采用平面表示法，针对不同设计单位所使用的绘制方式存在差异，可将所了解的绘图方法输入到自动成图软件。设计人员在开发GSRevit软件的过程中，按照需求开发出不同部件的施工图族，得到完善的施工图纸。利用GSRevit将结构计算软件所得出的结果读取，再通过Revit的自动生成功能得到墙柱梁板模板与钢筋施工的图纸。生成GSRevit施工图纸的过程中，配筋信息自动输入结构构件，为后期结构信息修改提供便利。

3.5预制构件的生成

可在Navisworks Manage中定义操作过程先后顺序，关联各个部件节点，进行动态、静态碰撞检查后施工模拟仿真。传输构件生产信息模型至预制构件厂，依据进度安排预制构件制作及运输计划。

4.正向设计平台在方案设计、施工阶段应用?

（1）BIM正向设计软件平台以BIM正向设计全套集成技术为基础，具备建筑设计可视化、数据信息传递等功能，可把建筑形体与环境有效地紧密地结合在一起，对建筑功能进行更加深入可视化分析与优化。

（2）直接利用可视化平台进行装配施工方案装配细部节点模拟、进度模拟等，降低各专业在后期的设计变更，保证设计精细化，降低项目管理风险，并同时联动实现从构件设计、制作、运输、装配全阶段的造价控制。

（3）除满足机电专业本身出图、碰撞检查、管线排布优化和机房布置等常规设计外，更可直观的设计阶段优化预制构件上的穿管、开洞、点位、预埋线管等，在三维模型中一目了然，解决了传统CAD设计过程中二维图纸传递信息不直观、信息不及时等弊病。

5.结语

本文叙述了装配式正向设计平台的研发流程与应用优势。正向设计平台的研发是装配式建筑建造过程的应用必然趋势，其对突破装配式建筑发展瓶颈，发挥装配式建筑高效建造的优势，促进自主知识产权底层平台软件研发，驱动装配式建筑创新发展具有重要的现实意义。

参考文献

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项目基金：2020年度吉林省大学生创新创业项目《装配式混凝土剪力墙结构可视化正向设计与施工》（项目编号：202010191074）。