一种基于BIM的装配式建筑设计方法及系统

技术领域

本发明涉及装配式建筑领域，具体涉及一种基于BIM的装配式建筑设计方法及系统。

背景技术

装配式建筑是指把传统建造方式中的大量现场作业工作转移到工厂进行，在工厂加工制作好建筑用构件和配件(如楼板、墙板、楼梯、阳台等)，运输到建筑施工现场，通过可靠的连接方式在现场装配安装而成的建筑。现有的装配式建筑在施工之前通常需要通过BIM等技术对装配式建筑的结构进行设计；其中BIM技术由于其所见即所得的3D环境，对建筑平面进行拆分和构件布置，充分利用参数化设计理念，结合不断累积的构件库等优点，在建筑设计领域得到了广泛的运用。

例如中国专利文件(公开号为CN105023201A)基于BIM和大数据的装配式建筑深化设计及施工方法，基于BIM的用户自定义户型；基于BIM的多专业协同设计；基于BIM的装配式建筑智能拆分；基于大数据的建造成本分析；基于大数据自动生成生产计划、施工计划以及原料采购计划；基于BIM的工厂智能装配生产；基于物联网的存储运输管理系统；基于BIM的现场安装施工管理；基于BIM的装配式建筑运营维护管理。但是现有的装配式建筑在设计过程中仅仅是对装配式建筑的设计与施工过程的管理，在装配式建筑实施过程中各环节的配合度不高，对于在设计过程中存在的问题无法及时得到解决，并且在设计过程中的修改与调整内容无法在各环节之间及时共享，导致设计过程中各环节之间存在信息差，降低装配式建筑设计阶段前后内容的一致性，导致装配式建筑的施工效率降低。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明意在提供一种基于BIM的装配式建筑设计方法及系统，以解决现有的装配式建筑在设计过程中的修改与调整内容无法在各环节之间及时共享，导致设计过程中各环节之间存在信息差，降低装配式建筑设计阶段前后内容的一致性的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于BIM的装配式建筑设计方法，包括以下步骤：

步骤一、数据采集，包括需求数据与环境数据采集；

步骤二、根据采集的需求数据与环境数据，对建筑配置与建筑结构进行设计。

步骤三、根据步骤二中设计的建筑结构，对所述建筑进行装配式结构拆分形成装配式构件；

步骤四、根据所述装配式构件对建筑的成本进行分析，将所述成本分析结果与预设成本进行对比，并根据所述对比结果对所述装配式结构进行调整；

步骤五、将所述装配式构件根据所述需求数据与所述环境数据对各结构进行深化设计形成生产加工图；

步骤六、根据所述生产加工图对所述装配式结构进行生产加工与组装，对生产加工与组装过程进行监管，并根据生产加工与组装过程中的反馈对所述装配式结构进行调整。

本方案的原理及优点是：在对装配式建筑进行设计时，通过对建筑的需求数据与环境数据进行采集，并将建筑的结构与配置根据采集到的数据进行设计与结构拆分形成装配式建筑中的各个构件；通过对各装配式构件的成本进行分析，判断所设计的装配式构件的生产成本与建筑整体建造成本与预设成本之间的差异，当建筑的实际建造成本超出预设成本时对建筑的装配式结构的拆分进行调整，使得建筑的建造成本与预设成本相匹配；再根据需求数据与环境数据对各结构进行深化设计，使得建筑的各结构经过深化设计后能够交付生产装配；在对各构件生产与组装过程进行监管，根据在生产与组装中存在的问题进行反馈，并及时对建筑的装配式结构进行调整，保证装配式结构能够根据生产与装配过程中遇到得问题对结构进行实时改进，提高装配式建筑在设计、生产环节的配合度，保证装配式建筑在设计与实施过程中问题能够及时解决，提高装配式建筑施工的整体效率。

优选的，作为一种改进，在步骤一中，所述需求数据包括户型需求、结构需求与功能需求；所述环境数据包括地形信息、位置信息与气候信息。通过对需求数据与环境数据的充分采集，使得对装配式建筑的结构与功能进行设计时能够更加贴合需求与实际情况，保证设计结果的匹配度。

优选的，作为一种改进，在步骤二中，所述建筑配置包括户型配置与功能配置，所述建筑结构包括主体结构与功能结构，所述主体结构根据所述户型配置与所述环境信息进行构建，所述功能结构根据所述功能配置进行构建。

优选的，作为一种改进，在步骤三中，所述装配式结构拆分还包括装配式配件，所述装配式构件包括所述装配式建筑的主体结构，所述装配式配件包括所述装配式建筑的功能结构；所述装配式构件还根据构件参数与构件类型进行分类。通过对不同类型的结构进行分类，便于对装配式建筑中的多个结构进行管理，同时对各结构进行分类，便于在对结构设计进行修改，提高设计过程的便捷性。

优选的，作为一种改进，在步骤四中，所述装配式结构调整包括所述装配式构件类型与数量优化。

优选的，作为一种改进，步骤五中，所述深化设计内容包括轮廓及节点构造设计、配筋设计、水电预留预埋设计、吊点设计、施工预埋设计。

一种基于BIM的装配式建筑设计系统，包括数据单元、设计单元与生产单元，所述数据单元包括数据采集子单元与数据分析子单元，所述数据采集子单元用于对所述需求数据与所述环境数据进行采集，所述数据分析子单元用于根据所述数据采集子单元采集的数据进行分析；所述设计单元包括配置设计子单元、结构设计子单元与结构拆分子单元，所述配置设计子单元与所述结构设计子单元分别用于根据所述数据单元的数据对建筑的结构与配置进行设计，所述拆分子单元根据所述结构设计子单元与所述配置设计子单元的设计内容对建筑结构进行拆分；所述生产单元用于根据所述拆分子单元的拆分结果，对所述建筑的结构进行生产加工。

优选的，作为一种改进，所述设计单元还包括成本分析子单元，所述成本分析子单元根据所述拆分子单元的拆分结果，对建筑的生产与建造成本进行分析，所述拆分子单元根据成本分析结果对建筑拆分结构进行调整。

优选的，作为一种改进，还包括深化设计单元，所述深化设计单元根据所述设计单元的设计结果，对建筑结构进行深化设计并生成生产加工图。

优选的，作为一种改进，所述生产单元包括加工管理子单元与施工管理子单元，所述加工管理子单元与施工管理子单元分别用于对建筑构件生产与组装过程的监管，并将监管内容反馈于所述设计单元。

附图说明

图1为本发明实施例中设计方法的流程框图。

图2为本发明实施例中设计系统的模块图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

如图1所示，一种基于BIM的装配式建筑设计方法，包括以下步骤：

步骤一、数据采集，包括对用户的需求数据与建筑所在地的环境数据采集；其中用户需求数据包括户型需求、结构需求与功能需求，环境数据包括地形信息、位置信息与气候信息。其中地形信息包括建筑所在地的地形走势、地质结构与地质组成信息。位置信息包括所在地的水源、地震带信息以及周边人类活动带来的震动与腐蚀信息。气候信息包括当地的温度、降雨、降雪、光照与风力情况。

步骤二、根据对采集到的需求数据与环境数据进行分析，并根据分析结果对建筑配置与建筑结构进行设计；其中建筑配置包括户型配置与结构配置，建筑结构包括主体结构与功能结构。具体的在对建筑进行设计时，根据用户需求数据对建筑的结构、户型配置与功能配置内容进行设计；根据环境数据对建筑的结构进行加强，其中根据地形信息与位置信息中的地质情况与建筑周边存在的震动情况，对建筑整体或局部的支撑强度与抗震能力进行针对性的加强，根据位置信息中存在的腐蚀情况与气候信息对建筑结构中的耐腐蚀能力与抗侵蚀能力进行加强，并根据气候信息对建筑的通风能力、保温能力进行加强；其中对于建筑结构加强的具体内容为现有技术，在此不再进行赘述。

步骤三、根据步骤二中设计的建筑结构，对建筑的结构根据装配式需求进行结构拆分形成装配式构件与装配式配件，并在拆分时对各装配式构件与装配式配件的连接结构进行设计，并根据装配式构件与装配式配件的结构参数、构件类型或配件类型进行分类，在拆分完成后根据设计的建筑结构与连接件对装配式建筑进行模拟组装。具体的在对建筑进行拆分时，根据建筑的承重结构、支撑结构、装饰结构与功能结构对建筑进行拆分；并且在对承重结构与支撑结构进行拆分时，根据各结构的承重点或受力点选择拆分位置，具体的在本实施例中拆分位置的选择可以是远离建筑的承重点或受力点，在其他实施例中拆分位置还可以选择其他拆分位置。在完成结构的拆分后，在各结构的拆分位置选择与结构相适配的连接结构，并在各结构的拆分位置添加连接结构形成装配式构件与装配式配件。在对装配式构件与装配式配件进行模拟组装时，对各构件与配件的连接结构进行微调，保证各构件与配件之间组装的适配性。

步骤四、根据装配式构件对构件的生产成本、运输成本与装配成本进行初步分析，将成本分析结果与预设成本进行对比，并根据对比结果对装配式结构进行调整，在对装配式结构进行调整时通过对建筑的结构以及拆分方式对装配式构件的类型与数量进行优化；其中预设成本为该建筑的总生产成本的80％-90％。保证建筑的各项成本能够在总成本的范围之类，避免建筑在施工过程中超出预算范围；同时在进行估算时将预设范围设为总生产成本的80％-90％，使得估算成本与总生产成本之间保留有足够的余量，提高装配式构件在生产与装配过程中操作的灵活度。

步骤五、将装配式构件根据需求数据与环境数据对各构件的功能结构进行深化设计，并根据深化设计结果形成生产加工图；其中在深化设计过程中包括对装配式构件与装配式配件的轮廓及节点构造设计、配筋设计、水电预留预埋设计、吊点设计、施工预埋设计进行设计。

步骤六、根据生产加工图对装配式结构进行生产加工与组装，对生产加工与组装过程进行监管，并对生产加工与组装过程中遇到的问题与反馈进行收集，并根据生产加工与组装过程中的反馈对装配式结构进行调整。具体的在对装配式结构的生产加工过程进行监管时，通过对装配式构件与装配式配件生产过程中的生产效率与合格率进行监管，其中当装配式构件与装配式配件的生产效率低于预设范围时，首先对生产流程与生产设备进行排查，判断生产过程是否存在异常，当生产流程与生产设备不存在异常时，设计单元针对在生产过程中遇到的问题对装配式构件或装配式配件的结构进行微调，提高装配式构件与装配式配件的生产效率。对于在组装过程中遇到的问题，首先对组装过程与组装方法进行排查，判断在组装过程中是否存在操作失误，若操作过程中不存在失误，检查该装配式构件或装配式配件的结构是否存在错误或异常，当装配式构件或装配式配件的结构存在问题时，及时对该装配式构件或装配式配件的结构进行修改，并生成新的生产加工图对该装配式构件或装配式配件进行生产。并且在装配式建筑的组装过程中，还对装配式建筑组装的实际需求进行采集，并通过组装过程中的反馈，对装配式建筑的结构进行调整；具体的在组装过程中对于装配式建筑在组装过程中产生的问题与改进需求进行采集，并通过采集到的问题与需求对装配式构件与装配式配件的连接结构进行改进优化。

本申请还提供一种基于BIM的装配式建筑设计系统，适用于上述装配式建筑设计方法，如图2所示，包括数据单元、设计单元与生产单元，数据单元包括数据采集子单元与数据分析子单元，数据采集子单元用于对需求数据与环境数据进行采集，数据分析子单元用于根据数据采集子单元采集的数据进行分析；

设计单元包括配置设计子单元、结构设计子单元与结构拆分子单元，配置设计子单元与结构设计子单元分别用于根据数据单元的数据对建筑的结构与配置进行设计，拆分子单元根据结构设计子单元与配置设计子单元的设计内容对建筑结构进行拆分；

设计单元还包括成本分析子单元，成本分析子单元根据拆分子单元的拆分结果，对建筑的生产与建造成本进行分析，拆分子单元根据成本分析结果对建筑拆分结构进行调整。

还包括深化设计单元，深化设计单元根据设计单元的设计结果，对建筑结构进行深化设计并生成生产加工图。

生产单元包括加工管理子单元与施工管理子单元，加工管理子单元与施工管理子单元分别用于对建筑构件生产与组装过程的监管，并将监管内容反馈于设计单元。

具体实施过程如下：

在对装配式建筑进行设计时，通过数据单元对用户对于建筑的实际需求进行收集以及建筑所在地的环境信息进行调查，并对收集的数据进行分析生成装配式建筑所需的数据；设计单元根据数据单元分析的数据内容，对建筑的整体结构与建筑配置进行设计，得到建筑的初步设计结果，在设计完成后将建筑根据装配式建筑的需求，对建筑的结构进行拆分，形成可以拆装连接的装配式构件，并在各构件之间设计用于装配连接的连接件，并通过模拟软件等工具对拆分后的构件进行模拟装配。

在对建筑的构件拆分完成后，通过对各构件的生产成本、运输成本与组装成本进行初步估算，并将估算结果与预设成本进行对比，当估算结果超过预设成本时，对建筑的结构进行重新拆分或设计，实现对装配式构件的类型与数量进行优化，以降低装配式构件的生产、运输与装配成本。在装配式构件的初步设计完成之后，对各装配式构件进行深化设计并形成生产加工图，使得装配式构件在完成组装之后能够与建筑内的装修、水电等工程相匹配，提高建筑的后续施工效率。

在装配式构件设计完成之后，通过设计单元生成的生产加工图对各装配式构件进行生产加工，并将生产完成的装配式构件运输至建筑的施工现场对建筑进行装配，其中在装配式构件的生产与组装过程中，生产单元对在生产制造与装配过程中装配式构件存在的问题进行收集，比实时将收集到的问题反馈至设计单元，设计单元针对反馈的问题进行分析，对该装配式构件的结构进行调整或者对生产或装配过程进行指导，保证装配式构件的生产与装配过程的顺利进行。

在本方案中通过对建筑需求与环境数据的全面采集与分析，使得在对建筑进行设计阶段的内容能够与实际情况相匹配，避免在设计后再对设计内容进行修改，降低装配式建筑实施的效率；并且在对建筑设计完成后，通过对建筑的拆分、成本估算以及深化设计等过程中，不断对结构进行优化与完善，避免建筑在设计阶段存在较大的问题，影响装配式建筑的正常推进与实施。进一步的本方案中将数据采集、结构设计与建筑施工的过程相互融合，对于在各阶段中存在的问题及时对设计内容进行调整，提高各环节之间的连接性与配合度，保证装配式建筑各环节推进的效率。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。