基于BIM的装配式建筑预制构件参数化设计.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2023 年 12 月 23 日 作者简介:贾永刚(1978),男,汉族,河北省邯郸人,大学本科,高级职称,研究方向为工程建筑建设。-143-基于 BIM 的装配式建筑预制构件参数化设计 贾永刚 大名县住房和城乡建设局,河北 邯郸 056900 摘要:摘要:在国家相关政策的大力推动下,装配式建筑正在以施工工期短、能量消耗少、劳动力成本低等优势快速发展。从建筑设计角度来看,基于 BIM 的装配式建筑参数化设计以三维的形式实现信息模型的联动性,不仅解决了模型重复导致的建模效率低以及因设计变更造成的经济损失等问题,同时也符合 BIM 正向设计的发展方向,顺应建
2、筑信息化和工业化相互融合的发展趋势。因此,本文以装配式剪力墙结构预制构件为研究对象,采用参数化设计思想,利用 Revit 建模软件二次开发强大的拓展性,提出参数化模型。关键词:关键词:BIM 技术;装配式建筑;参数化模型 中图分类号:中图分类号:TU318 0 引言 随着经济社会的高速发展,信息技术在全世界范围内受到高度重视,为国家各个行业的发展带来了极其重要的影响。为了实现信息化技术在建筑业的普及与应用,提高建筑行业的信息化程度,于此相关的政策接连出台。2022 年“十四五”建筑业发展规划提出了加快智能建造与新型建筑工业化协同发展的主要任务,并要求到 2025 年基本形成 BIM 技术框架和
3、标准体系。同时,要推动自主可控 BIM 软件研发,并引导企业建立 BIM 云服务平台,以推进信息传递云端化,实现设计、生产和施工环节的数据共享。此外,相关政策还提出要大力发展装配式建筑,强力推进新型建筑工业化,构建装配式建筑标准化体系和生产体系,推动生产和施工智能化升级,完善适用不同类型装配式混凝土建筑结构体系。这些政策将推动建筑业的技术和工业化水平与时俱进,实现中国建筑业的可持续发展。装配式建筑构件在生产设计过程中,由于设计数量多、类型相似但是尺寸与规格还略有差别的建筑构件的存在,容易造成高错误率、低设计效率等问题。BIM 技术软件的二次开发可以为此提供一种有效的解决方案,利用数据化、参数化
4、的运行本质,将建筑设计模型化、对象化。BIM 技术的参数化功能,能够对标准构件进行精准的设计布置,有效地解决了这部分工作任务量大、技术水平单一等痛点问题,保证装配式建筑构件质量的可靠性。1 装配式建筑预制构件参数化设计 在 Revit 软件中主要有两种方式生成不同类型的预制构件模型。第一种较为常用的建模方式是直接通过 RevitAPI 提供的接口进行模型的生成。在这个过程中,需要选择构件所属的族进行建模,通过给定预制构件一些参数,比如构件的几何参数、材料参数、结构参数,包括长度、宽度、厚度、是否为结构模型构件等,通过 RevitAPI 进行插件的研制,能够以筛选、匹配的方式生成所需预制构件模型
5、。第二种建模方式是首先在 Revit2108 软件上,创建具有预制构件几何参 数 的 模 型 并 将 其 保 存 为 族 文 档,通 过 在VisualStudio 中编写代码并调用 Revit 内置模型文档,在创建操作文档时即可直接加载模型,并根据所需的几何参数,通过修改完成模型的创建。1.1 装配式剪力墙的参数化设计 1.1.1 整体剪力墙参数化设计模型(1)RevitAPI 整体剪力墙参数化建模 为了能够更加准确地模拟整体剪力墙的性能,采用第一种参数化建模的方式。在此过程中,需要明确一些主要参数,包括整体剪力墙的长度 h、宽度 l 和厚度 c。在 Revit 项目文件中一般使用的是公制单
6、位,长度的基本单位为毫米。而在 RevitAPI 中,长度的基本单位为英尺,因此需要进行单位转换,1英尺即304.m。整体剪力墙模型较为简单,不再对其坐标关系进行表述。(2)RevitAPI 整体剪力墙参数化插件 在 RevitAPI 中墙体的创建使用 WallCreate(),根据其方法中的各个参数要求,需要依次给定一条墙线,中国科技期刊数据库 工业 A-144-这条墙线是由两点坐标组成,再依次给定墙体类型、标高 ID、墙高、墙体偏移量,并判断是否翻转、是否为结构墙体,根据建模要求输入,即可创建整体剪力墙的模型。1.1.2 小开口整体剪力墙参数化设计模型(1)RevitAPI 小开口整体剪力
7、墙参数化模型 小开口整体墙和整体剪力墙有所不同,整体剪力墙是利用墙体的整体强度来抵御水平荷载,小开口整体墙需要考虑洞口的位置和面积,以及墙体的整体稳定性。小开口整体墙的主要参数有:墙的长度 h、宽度b 以及厚度 c,还有洞口的长度 h1、洞口的宽度 b1 以及洞口左上角距离墙体左上角的水平距离b2和垂直距离 h2,参数单位均为 mm。对小开口整体墙进行建模时需要创建一个线集合,此时根据需求设置模型控制点坐标与插入点坐标,以零点为插入点坐标,其余各点由 1 点确定,坐标位置如表 1 所示:表 1 小开口整体剪力墙定位点坐标函数关系 定位点 坐标 X 坐标 Y 1 0 0 2 b 0 3 b h
8、4 0 h 5(b-b1)/2(h-h1)/2 6(b+b1)/2(h-h1)/2 7(b+b1)/2(h+h1)/2 8(b-b1)/2(h+h1)/2(2)RevitAPI 小开口整体剪力墙参数化插件 在进行小开口整体墙建模时,剪力墙上洞口的处理是其中的一个关键问题。为了解决这个问题,使用RevitAPI 中的 GetWallBoundaryList()方法来创建一个线集合,即根据墙体各个面的中心线确定的四个坐标点与洞口中心线确定的四个坐标点组成八条墙线,形成一个集合,从而有效地对洞口进行处理。在进行参数化设计过程中对于小开口剪力墙由洞口与墙体之间的连接关系基于几何模型的坐标位置建立参数化
9、模型,主要考虑的是几何参数以及洞口与墙体之间的连接对整体的影响。需要注意的是,这种处理方法只考虑到与墙体其它部分的连接以及对整体结构的影响。在实际应用中,必须仔细评估各种因素,并进行合理的调整,以确保小开口整体墙的可靠性和稳定性。1.1.3 双肢剪力墙参数化设计模型(1)RevitAPI 双肢剪力墙参数化模型 对于双肢剪力墙,可以同样采用小开口整体墙的建模方法,但是具有两点劣势。一是由于双肢剪力墙需要插入点的坐标较多,生成线集合的代码也会相应增多;二是对其各点坐标进行计算也需要耗费大量的精力和时间。因此对于洞口两个及两个以上的墙体使用直接开洞的方式来创建较为简单快捷,开洞时需要确定洞口的位置,
10、本文的双肢剪力墙模型有两个洞口因此需要确定四个坐标点。(2)RevitAPI 双肢剪力墙参数化插件 在 RevitAPI 中使用 Create.NewOpening()方法,对墙体开洞来完成模型的建立。这种方法首先需要创建一面整体墙,再通过 PickObject()asWall 选择墙面主体;根据洞口墙的模型,确定开洞的坐标(洞口对角线的两点)即可。1.2 边缘构件参数化设计 1.2.1 一字形边缘构件参数化模型 根据装配式混凝土结构预制构件选用目录,在考虑结构设计和施工可行性的基础上,通过建筑设计经验与参数化建模思想的结合。在进行预制构件选用时,根据建筑需求和技术要求,提出了如图 1 所示的
11、一字形边缘构件参数化模型。图 1 一字形构件参数化模型 一字形边缘构件建模过程的主要参数:设定构件的原点为 1、边缘构件长度 b、墙的厚度 h、其他坐标点 1,2,3 根据原点位置确定,此时原点坐标与原点坐标的关系如表 2 所示。表 2 一字形构件定位点坐标函数关系 定位点 坐标 X 坐标 Y 1 0 0 2 b 0 3 b h 4 0 h 1.2.2 L 形边缘构件参数化模型 L 形边缘构件的参数化模型如图 2 所示,建模过程的主要参数:构件的原点为 1、构件横向的长度为 b1、厚度为 h1,构件纵向的长度为 h2、厚度为 b2,其余各个点的坐标位置根据原点确定,控制点坐标与原点之间关系如表
12、 3 所示。中国科技期刊数据库 工业 A-145-图 2 L 形构件参数化模型 表 3 L 形构件定位点坐标函数关系 定位点 坐标 X 坐标 Y 1 0 0 2 b1 0 3 b1 h2 4 b2 h2 5 b2 h1 6 0 h1 1.2.3 Z 形边缘构件参数化模型 对于 Z 型边缘构件,所提出的参数化模型如图 3所示,其建模过程中的主要参数:构件的原点 1、构件竖直方向的长度分别为 h1、h2、h3,水平方向的长度为 b1、b2、b3,Z 形边缘构件原点坐标与控制点坐标的关系如表 4 所示。表 4 Z 形构件定位点坐标函数关系 定位点 坐标 X 坐标 Y 1 0 0 2 b2 0 3 b
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