BIM 技术在装配式内装设计中的应用

谢伦杰，戴江文

（云南城投众和装饰有限公司，云南昆明 650000）

随着现代建筑工业技术发展，新材料、新产品、新技术的出现，促进了建筑行业建造技术和建造方式的更新迭代。以装配式建筑为代表的新型建造方式，将一体化设计、工业化生产和装配式施工与信息化技术紧密结合，推动了我国建筑业走向提质增效、绿色发展之路。装配式装修作为装配式建筑的一个重要组成部分，以自身施工周期短、建造质量高、绿色环保等优点，已成为新时期建筑装饰行业的热点话题。由于建造方式的不同，装配式装修施工过程中预制部品部件数量多，施工精度要求高，施工现场安装任务大，如果前期设计粗糙，缺乏有效的技术保证，则极易导致工程装修出现质量问题。现阶段，传统的二维平面设计本身就具有抽象性、线条性的特征，存在设计意图表达不明确，信息传递不畅，结构描述不清晰等问题，在利用二维的设计成果对施工进行指导的过程中，缺乏直观性[1]。因此，在设计人员从三维想象转到二维图纸，施工人员再由二维图纸重构成三维部品部件的过程中，极易出现错、漏、碰、缺等问题[2]。导致设计成果不能有效服务于装配式部品部件的生产、施工和后期利用。相比之下，近年来发展起来的建筑信息模型（building information modeling，BIM）技术能够有效地改善上述问题。因此，将BIM 技术应用于装配式装修中是必要的[3]。

本文以BIM 技术在“众和家”全装配式装修研发实验房项目中的设计应用为例，介绍并探讨装配式内装BIM 技术的设计思路。

1 装配式装修概述

从行业标准定义来看，装配式装修是以标准化设计、工厂化部品和装配化施工为主要特征，以实现居住质量和建造效率提升的新型装修模式[4]。在工业4.0 的大背景下，面对传统装修技术工人紧缺、施工周期长、工艺流程复杂、施工环境差、装修质量不确定等通病，装配式装修从项目运作上将施工阶段前置部品在工厂加工，实现单套室内工期缩短60%，材料损耗降低80%。从产品角度上将墙、地、顶、管线、卫生间、厨房六大装修模块拆分成若干标准化部品部件，现场仅需装配施工，大幅度提升装修品质，且后期维护成本较低。从材料角度，采用硅酸钙复合板等环保材料，实现零甲醛，保障室内环境零污染。

2 BIM 技术在装配式装修行业的应用现状

BIM 技术是基于三维数字模型的信息集成，诞生于20 世纪70 年代，由美国的“BIM 之父”查克·伊斯曼（Charles M.Eastman）教授首次提出。BIM 提供的是一种更接近现代化的设计思维模式，作为一种可视化的设计工具，是建筑工程领域继CAD 技术出现之后，又一次重大的科技革命，相比传统的二维设计，其可视化、模拟性、优化性、协调性、可出图性等特点及应用流程与装配式装修模式高度契合。

目前国内行业的发展现状，装配式内装实施对象以公租房、长租公寓等居多。其设计领域对新材料、新产品的研发和应用层出不穷，但BIM 技术应用还处在探索初期。目前国内各建设、生产、装饰等企业，如：亚厦、金茂、万科、金螳螂、和能人居、优格、丰屋、开装、中寓等均有相关的BIM 应用研究成果。普遍将BIM 作为完善传统设计的辅助工具，BIM 工程师根据已有的二维设计图纸搭建可视化模型，以三维实体模型为载体进行可视化协调和方案优化等工作，项目决策者利用BIM 的可视化、模拟性等技术优势，快速地发现并解决设计方案中存在的缺陷和问题，提高设计质量，同时减少设计变更。经走访调研，BIM 在装配式装修实际应用过程中尚存在装配式模型搭建效率低，模型有效利用率低、建模周期长等问题。此外，设计临时变更频繁导致BIM 建模人员及设计人员返工量增大，造成较大的时间压力，针对装配式装修的BIM 设计应用模式有待继续探索。

3 装配式内装BIM 设计技术路线

3.1 软件平台选择

BIM 软件的选择是实现目标的首要环节，目前市场上的BIM 软件种类繁多，大致可分为建模和用模2 大类。建模类软件包括方案设计相关BIM 软件、基础建模相关BIM 软件、具有BIM 接口的参数深化软件。用模类软件主要包括绿色建筑分析软件、结构分析软件、造价测算软件等。BIM 是一个由若干软件相互协同工作的平台，考虑后期用模时的数据相互交换，建议选用兼容性、关联性较好的软件。

本文选用Revit 作为装配式装修设计核心建模软件，是信息数据处理的集成中心。此外，针对装配式装修预制部品部件多，设计精度要求高的特殊需求，采用新兴的参数化设计方法，将基于Rhino 平台的Grasshopper（简称GH）可视化编程插件无缝连接Revit 作为参数深化设计的主要工具，通过参数和程序控制三维模型，比手工建模进行模糊的调整更加精确、更具逻辑性[5]，优化装配式内装BIM 设计方法。

3.2 装配式装修BIM 设计技术路线

3.2.1 建模

（1）族库建立。Revit 族主要分为Categories、Family、Type、Instance4 个层级。Categories 是最高级别的族类别，例如墙族、柱族、门族、窗族等。Family 属Categories 中的子级，例如墙族下的基本墙族、复合墙族、幕墙族等[6-10]。Type 属Family 中的子级，例如基本墙族下的200 mm×300 mm 族、200 mm×400 mm 族等。Instance 则为Revit 模型创建中的最小图元单位。Revit 是基于族的BIM 建模类软件，族作为Revit 模型最重要的组成单元，在族中可以根据实际项目的具体需要创建包含长度、高度、形状、颜色、材质等属性信息的族，将其载入具体的Revit 项目中实现族实例的创建，具有可重复利用的特性，有利于提高设计与建模的效率。

（2）参数化建模。通过一定的逻辑关系，输入参数对模型进行数据驱动，不必手动创建每个模型。同时参数化的建模方式可以实现对标准模块的可视化修改，提高建模与后期修改的工作效率。

3.2.2 用模

（1）碰撞检测。通过三维实体模型，直观地发现并全面、准确地排查出错误、遗漏及各专业间的碰撞等问题[11]，避免因设计缺陷导致的设计变更及工程洽谈等，大幅提高生产和现场施工的工作效率，减少返工，提高工程质量，节约成本，缩短工期，降低风险。

（2）施工图出图。建立企业施工图样板，通过三维模型直接出二维平面施工图和三维大样图，可避免在传统二维平面设计中，由于涉及工种复杂，导致图纸中平立剖之间、建筑图和结构图之间、水电与装饰部之间出现冲突问题。

（3）工程算量。工程计量、计价量是前期设计的重要任务。基于三维信息模型实现工程量清单的快速提取，为材料采购提供参考，保证工程量计算、计价的效率和准确性，避免施工浪费。

4 工程设计应用案例

4.1 工程概况

“众和家”全装配式装修研发实验房项目，位于昆明市官渡区，是云南省第一个全装配式装修实验房项目，项目包括110 m2全装配式住宅户型和80 m2全装配式公寓户型，2 套户型设计与施工方式不同于传统装修方式，均采用100%装配式设计和100%干法施工，房间类型多，技术难度大。

4.2 建模

附属器具族导入到项目中即可，如图5 所示。

图5 装配式户型模型

4.2.1 族库建立

通过Revit 自身的建族功能，创建基本族类型如图1 所示，并通过嵌套的方式组合形成部品部件载入到Revit 项目模型中。针对Revit 软件因自身原因无法创建复杂结构模型族的问题，使用Grasshopper 作为复杂模型与Revit 族之间的桥梁，通过外部导入或自建的方式在Rhino 中创建好符合要求的模型，Grasshopper 通过运算器拾取模型并通过“Revit 运算器”将其直接转化为Revit 族。即通过Grasshopper 节点运算器对DirectShape 运算器通过连线方式输入族名称、族材质、族类别和依附模型等族参数，生成参数族。

图1 Revit 基本族库建立

4.2.2 参数化建模

本案以装配式饰面墙板的参数化建模为例，详细说明BIM 参数化建模过程，验证BIM 参数化建模的可行性。

（1）读取Revit 基础模型信息，并提取需要的边线。用Grasshopper 读取Revit 的模型信息，通过“Edge”运算器筛选出需要的边线，如图2 所示。

图2 提取模型信息

（2）对边线进行参数化拆分并创建装饰墙板。以600 mm为基准模数，通过Grasshopper 对装饰墙板的创建边线进行参数化拆分，并生成装饰墙板模型，如图3 所示，相邻两块装饰墙板之间预留1 mm 连接件安装位置。

图3 装饰墙板模型创建

（3）装饰墙板连接件的参数模型建立。装饰墙板的连接件一般分为安装在相邻两块装饰板之间的平接件，和安装在阴角或阳角位置用于连接相邻两块装饰板的阴角连接件和阳角连接件。以相邻两条边之间的夹角角度为判定依据，确定阴角和阳角的位置并放置Revit 族库中所创建的阴角连接件族或阳角连接件族，如图4 所示。

图4 墙板连接件模型创建

（4）根据装饰墙板的参数化建模方法继续完成地面、吊顶等硬装部分的参数化模型建立，最后将符合项目需求的其他

4.3 用模

4.3.1 碰撞检测

本案装饰要求精度高，因有展示和实验要求，各房间采用的工艺做法多，为保证装配式施工顺利进行，设计阶段应在装配式施工前解决模型之间的碰撞问题及装饰过程中的碰撞问题。本案装配式深化设计中所遇到碰撞问题，主要集中在安装部品与部品、部品与机电专业之间的碰撞，这些问题在BIM模型中都能直观地展现出来，如图6 所示。

图6 地面调平系统与管线碰撞剖切图

4.3.2 施工图出图

利用Revit 软件自身的出图功能，通过三维模型直接出施工平面图、大样图，如图7 所示。

图7 二维施工图出图示意

4.3.3 工程算量

借助Revit 以及Grasshopper 强大的功能，在BIM 设计中无论是墙面、地面、吊顶的深化设计，都对内部构造及材质进行详细记录，在绘制模型的同时，支持同步导出详细的明细表，如图8 所示。

图8 装饰地面材料单

BIM 技术不仅是一种高效的设计工具，也是一种新的建筑理念和技术，BIM 在本案中的应用证明了BIM 技术在装配式装修领域应用的可行性和必要性，提高了设计精度，实现设计对生产加工和施工应用的可视化指导，优化设计成果，减少设计工作量，提高设计效率。

5 结 语

（1）通过对装配式装修概念和优势的阐述，根据调研对BIM 在装配式装修行业的应用现状进行分析，提出了装配式内装BIM 设计的技术思路。以“众和家”全装配式装修研发实验房项目BIM 装配式内装设计应用为实践案例，具体展示了装配式装修BIM 设计过程，验证了技术思路的可行性与合理性，可为进一步促进BIM 技术在装配式装修行业中的应用提供技术参考。此外，限于目前应用的工程实例较少，装配式内装BIM 设计技术思路有待进一步探讨和完善。

（2）BIM 技术具有提高项目生产效率、优化设计、提高建筑质量、缩短工期、降低建造成本及提升运维管理水平等优势，将BIM 技术引入装饰装修工程领域十分必要。目前，国内在装配式装修方面取得的BIM 研究成果较少，BIM 参数化三维设计仍存在不少技术问题，将三维模型应用于施工、运营维护阶段的过程更是亟待研究。同时，国内BIM 技术缺少相关标准及规范，建议从政府或国家层面出台鼓励政策、强制规范等推动BIM 技术在装配式装修行业的应用。