建筑工业化深化设计与工程实践

 侯本才，马文文，郭瑞峰，王奇龙

 （中建一局集团建设发展有限公司，北京  100102）

[摘要]基于建筑工业化发展趋势与现阶段建筑、结构设计背景，总结了建筑工业化项目进行深化设计的必要性；结合建筑工业化项目的预制构件深化设计实例，从各专业、施工流程角度出发，阐述了深化设计内容与流程；基于BIM技术，介绍了深化设计关键技术创新；介绍了深化设计在具体项目中的应用。

[关键词]装配式；预制构件；深化设计；建筑信息模型

[中图分类号]TU741  [文章编号]1002-8498(2016)10-0038-04

1研究背景

 近年来，随着建设需求的增加、劳动力成本的增长以及资源环境的恶化，传统建筑设计、施工方式开始出现瓶颈；随着国家针对绿色建筑、建筑工业化政策的颁布，各地政府、开发商、施工单位对建筑工业化的关注度迅速提高；国家转变经济的增长方式促进各行业转型升级，导致建筑业转型升级迫在眉睫。绿色、低碳、节能、环保的建筑工业化模式已经在全国范围内迅速扩展。

 由于建筑工业化采用工厂预制一装配式施工方式，对预制构件的设计、生产、安装等图纸均有特殊要求。然而，原建筑设计、结构设计、机电设计等各专业图纸信息，不足以指导建筑工业化模式的生产、施工，因此建筑工业化深化设计环节不可或缺。

2预制构件深化设计

2.1  预制构件深化设计概念

 建筑工业化的核心是预制构件，其深化设计的核心工作即预制构件的深化设计。预制构件深化设计，是指基于BIM技术，运用图纸手段，整合建筑、结构、电气、设备、建材、生产、施工等专业需求于一体，进行的二次设计。

 在整个建筑工业化项目中，深化设计具有承上启下的关键作用。合理的深化设计能够有效减少由于专业交叉、设计人员专业局限性而造成的预制构件深化设计表达内容不够全面等问题，是保证深化设计图纸能够集中反应各专业需求的核心，是预制构件高品质、高精度生产的前提，也是指导工程现场装配式施工顺利进行的可靠保障。

2.2预制构件深化设计内容

 一套完整的建筑工业化项目深化设计图纸需要包含：深化设计总说明、预制构件平面布置、立面布置、节点深化设计、预制构件深化设计等内容，所涵盖专业包括建筑、结构、机电等。此外，不同于传统建筑现浇施工方式，工业化建筑特有的预制构件  生产、装配式安装对深化设计有特殊的要求，建筑工业化深化设计主要内容如下。

 1)建筑专业  在建筑设计院给出建筑专业设计图纸基础上，预制构件深化设计中须明确指出构件外形尺寸、构件表面做法、开洞信息、防水做法、保温做法以及构件的体积、混凝土量、构件质量等信息。

 2)结构专业  在结构设计院给出结构专业设计图纸基础上，预制构件深化设计需完成所有钢筋定位、钢筋型号、钢筋形式、钢筋数量等详细信息，做到能够指导加工厂进行钢筋生产的深度。

 3)机电专业  预制构件的深化设计必须整合机电专业信息，如综合管线排布、线盒位置预留等，均须在深化设计阶段确定。

 4)构件生产与安装  建筑工业化深化设计需要能够指导预制构件的加工生产，因此预制构件加工过程中的一系列措施性节点均须在深化设计中进行考虑，如在构件深化设计中需要考虑工厂模具的设计、脱模方案、脱模埋件的设置等信息，并明确脱模埋件、吊装埋件的定位与尺寸。

 5)工业化措施  建筑工业化施工免去了现场搭设模板的过程，但需要设计支撑体系进行定位和临时支撑，如墙板需要斜支撑、叠合板需要独立支撑等，支撑体系的构件设计与埋件布置定位须在深化设计中进行明确。

3  预制构件深化设计流程

 预制构件深化设计基本流程如下：校对设计院图纸→确认深化设计依据→构件设计→BIM信息化建模→模型校对审核→深化设计出图。

 1)校对设计院图纸  深化设计是对各专业设计图纸的信息整合、二次设计，在深化设计之前，需要充分了解原建筑设计、结构设计、机电设计等，发现原设计图中存在的设计问题，并与各专业设计及时沟通解决问题。

 2)确认深化设计依据  深化设计作为设计阶段的延续，所依据规范、标准、图集的确定是其顺利开展的重要前提。应该做到将项目所依据的标准整理成文，与各专业设计进行核定，明确深化设计依据，统一设计标准，从而避免出现同一工程设计标准不同的现象。

 3)预制构件设计建筑工业化深化设计的核心是预制构件的设计，预制构件设计工作的基础是构件的拆分，构件拆分的核心是构件连接节点的设计。在确定各类型预制构件节点区连接形式后，即可进行预制构件的组合设计工作。构件组合设计分为水平构件拆分和竖向构件拆分。进行预制构件组合设计时，要遵循尽量减少构件种类，保证“少型号、多组合”的拆分原则。

 4) BIM信息化建模  结合建筑、结构、水、暖、电5个专业的最终图纸，对模型进行深化设计，其重点在于钢筋的布置以及数据的载入，使模型具有全套的准确信息，达到模拟的目的。基于BIM技术的预制外墙板构件模型如图1所示。

 5)模型校对审核  完成预制构件模型建立之后，需要对模型进行构件内各专业审核，重点在于钢筋的布置信息、洞口尺寸及位置、各专业埋件的预留预埋是否准确等，在确保准确无误的情况下再进行下一环节操作。

 6)深化设计出图  建立出图样板文件，包含深化设计图的排版样式、线型、线宽、标注等要求，导入已完成审核的构件模型，进行标注、数据调整以及储存。基于BIM技术的预制构件深化图纸如图2所示。

4  深化设计关键技术创新

4.1  基于BIM技术的参数化钢筋设计方法

 预制混凝土构件深化设计过程中，钢筋的深化是最为重要的环节。针对现阶段BIM软件在钢筋设计中存在的一些局限性问题，本研究摒弃Revit自带的钢筋，基于Revit进行了深度的二次开发，使用“基于线的公制常规模型”族样板开发了可参数化控制的钢筋族。先后完成了直线钢筋、箍筋、拉筋、竖向受力筋、竖向分布筋、水平分布筋等多种参数化钢筋的开发，形成了智能的参数化钢筋族库。每一类钢筋配以相对应的图例，便于钢筋明细表及

出图的使用。依据钢筋参数化，扩展到预埋件、线盒、预留孔等构件，实现整体参数化。钢筋参数化设计界面展示如图3所示。

 参数化钢筋可以通过对话框控制钢筋的各种参数，包括钢筋的直径、弯折度数、弯钩长度等，针对不同的钢筋可以设置不同的参数，清晰明了。尤其重要的是，钢筋可以自动避让预制混凝土构件中已经放置完毕的线盒、套筒以及施工吊装所需的各种预留预埋件，大大减少了人工绘制的劳动量。参数化钢筋包含钢筋的各种信息，涵盖了钢筋的缩略图、钢筋型号等，特别是可以自动识别计算钢筋的分段长度。有了上述种种信息，可以在生成深化设计图的同时，自动完成钢筋明细表，而无须进行人工操作，大大提高了预制构件深化设计工作的效率。

4.2基于BIM技术的深化设计出图

 基于BIM技术、运用族嵌套的方法将参数化钢筋载入混凝土模型中，进行预制构件的深化设计模型搭建。完成深化设计模型后，将三维模型旋转至出图视角，直接拖拽到软件图框视图中即可完成出图（见图4），实现由BIM软件中从深化设计到生成图纸的全过程应用。生成的平、立、剖图纸相互关联。当设计发生变更时，进行模型修改后图纸也随模型进行变动，不必再次进行图纸绘制，有效减少工作量。

4.3高效的流水线深化模式

 使用BIM技术进行深化设计包括如下流程：BIM模型搭建、深化调整、碰撞检查、工程量计算、下料单制作、图纸布置与输出。将上述步骤进行流水线化分解，由一人负责模型搭建，一人做深化调整和碰撞，一人进行工程量计算、下料单制作、图纸布置与输出。这种工作模式充分发挥了工业化中流水线工作模式的优势，使得每人只专注处理某一阶段的工作，大大提高了工作效率。同时，降低了BIM技术在建筑工业化深化设计领域应用的门槛。流

水线深化设计模型如图5所示。

 相对于传统的CAD出图模式，应用BIM技术的出图流程具有如下优势：可以更加精确地表达构件的空间关系，更加精准地表现复杂空间构件，不易出错；可以进行构件内部碰撞检测、构件与构件之间的碰撞检测；可以更高效地进行模型变更，如发现设计存在不合理，在修改时仅改动模型，即可实现多张图纸的同步修改；可以大幅度加快工程量统计的速度，与模型同步生成，并随时保持更新。

 基于以上完成的创新技术研究，不需要精通全部的BIM软件操作及全部的预制构件深化设计知识，经过简单培训即可上手。此方法将深化设计简化为搭积木式的建模，入门难度低，便于操作理解。经过实际的应用对比，使用本技术深化设计时间缩短为原有设计时间的1/4，节约时间效果显著。由于BIM技术拥有模型的碰撞检查和基于模型的工程量统计等功能，图纸的准确性也高于传统深化设计方法。在深化设计过程中进行各个构件的碰撞

检查，有效减少由于深化设计问题造成的现场误工、返工现象，有力保障了产业化住宅节能、环保、绿色、低碳的特点实现。

5  建筑工业化深化设计应用实例

 建筑工业化深化设计流程与创新技术已成功应用于多个项目，如五河万科长阳天地项目的预制外墙、预制叠合板、预制阳台、预制楼梯等构件应用；北京市CBD核心区22b地块商业金融项目的PC模板构件应用；清华大学苏世民书院项目的预制混凝土石材砖花挂板构件应用等，各个项目的顺利实施均体现了深化设计在建筑工业化工程中的重要价值。

 以长阳天地产业化居住项目为例，使用本技术深化设计时间缩短为原有设计时间的1/4，节约时间效果显著，提升了出图的准确性。深化设计结果直接导人数控加工设备，进行预制构件生产，参数化设计成果使得钢筋、混凝土、保温材料等一系列的建材损耗大幅降低，减少了施工废弃物的产生。在深化设计过程中进行各个构件的碰撞检查，有效减少了由于深化设计问题造成的现场误工、返工现象。基于BIM技术的预制构件深化设计技术的成功研究与应用，为建筑施工企业进行预制构件的深化设计提供了一个非常恰当的解决方案。

6结语

 企业发展建筑工业化离不开预制构件的生产与安装，而预制构件深化设计正是保证生产质量、安装精度的重要环节，基于BIM技术的建筑工业化深化设计，即整合各专业图纸信息进行二次设计，紧密联系设计阶段、生产阶段、安装阶段，在整个工程中起到承上启下的重要作用，为建筑工业化工程的顺利实施提供图纸基础。