基于BIM技术的叠合板深化设计工具开发与应用研究

周 明，谭伟健，陈东华，刘 晨

（广东省建科建筑设计院有限公司 广州 510500）

0 引言

在建筑信息模型（BIM）技术的推动下，建筑行业正在经历一场深度的技术革新。尤其是在装配式建筑设计领域，BIM 技术以其强大的数据集成和可视化能力，为设计人员提供了前所未有的便利。本文着重探讨BIM 技术在预制构件深化设计阶段程序开发与应用的相关问题，以便为相关领域的发展提供有益的参考。伴随着建筑行业的飞速发展，装配式建筑的应用越来越广泛。预制构件不仅具有节约材料、减少工期的优势，而且能够提高建筑的整体性能。然而，预制构件的设计过程往往对设计精度要求较高，这对设计人员提出了更高的要求。传统的二维设计方法已经无法满足这些需求，因此，寻求一种更为高效、精确的设计方式对于我们当前的需求显得尤为关键。

叠合板近年在装配式建筑中得到了广泛的应用，特别是在住宅项目中，为了满足装配率的要求，叠合板的使用几乎成为了一种常态。因此，叠合板的深化设计对于装配式建筑具有重要意义。BIM 技术的出现为预制构件深化设计提供了新的思路和方向。BIM技术能够将建筑、结构、机电等各个专业的数据整合在一个平台上，使项目各方可共享和使用信息。

在BIM 技术的帮助下，设计人员可以更加直观地查看预制构件的布局和受力情况，从而更好地进行设计和优化。此外，BIM 技术还能提供精确的尺寸控制和材料用量计算，大大提高了设计效率和准确性。然而，目前BIM 技术在装配式建筑上的应用还处于初级阶段，需要进一步开发和研究。本研究将针对这一现状，提出一种基于BIM 技术的预制构件深化设计程序开发方案。该方案将包括程序的功能模块、数据交互方式、用户界面设计等方面，以解决传统设计模式中的效率、精度等问题。

此外，本研究还将对BIM 技术在叠合板深化设计中的应用进行深入探讨，分析其优势和局限性，提出相应的解决方案和应用建议。本研究将为BIM 技术在建筑行业的应用提供新的思路和方法，采用数字技术来改善建筑行业的效率、质量和可持续性。

BIM 技术以其可视化、数据化、协调性、模拟性和可出图性的特点，为建筑行业带来了革新性的信息化工具，通过将整个建筑的数据和信息整合为模型，BIM技术在项目全生命周期内发挥着重要作用［1］，有助于实现各参与方之间的信息协同，进而提高生产效率，降低成本，并有效缩短项目周期［2］。

通过将BIM 技术应用于装配式建筑的构件深化阶段，并利用BIM 技术开发相应的设计程序，能够显著提高装配式建筑的构件深化设计效率。本文以叠合板为研究对象，详细研究BIM 技术在装配式构件深化设计中的应用方法。结合我国装配式建筑的规范和特点，介绍了BIM 技术应用于装配式构件的设计方法以及程序各个功能模块的设计思路。基于Revit 软件平台，利用Revit二次开发技术结合C#编程语言，详细阐述了叠合板深化设计程序的二次开发过程［3］，包括开发过程中所需的技术和方法，以及如何将该程序应用于公共建筑项目的预制构件深化设计中。

1 装配式叠合板构件深化设计方法概述

本文主要探讨BIM技术在叠合板深化设计阶段的开发与应用。通过BIM技术，将建筑信息参数化，并在构件深化阶段实现以下功能：①构件拆分；②构件模型配筋；③构件出图。这为叠合板深化设计提供了有力的工具和手段［4］。设计方法流程如图1所示。

图1 装配式构件设计流程Fig.1 Prefabricated Component Design Flow Chart

1.1 叠合板构件拆分

叠合板构件拆分深化设计是一个复杂的过程，需要综合考虑多个因素，如构件尺寸、形状、配筋等。在传统的设计方法中，往往采用手工绘制或计算的方式进行拆分设计，这种方法不仅效率低下，而且出错率极高。因此，开发一种高效的程序，对叠合板构件拆分深化设计进行管理就显得尤为重要。

叠合板拆分的过程中，应同时考虑构件的运输和安装问题，确保构件的尺寸和重量符合施工要求。针对不同部位的构件，可以采用不同的拆分方式，如连续梁的短跨方向上的叠合板可以一次浇筑完成，而在长跨方向上的叠合板则可以按照不同浇筑层进行拆分。利用Revit 的二次开发设计的程序可以减少大量人工操作，只需要输入拆分参数便可将全部同种类型的构件一次拆分完毕，大幅提升设计效率。

1.2 叠合板构件配筋

在完成了构件的拆分后，针对项目的构件拆分方案，将在Revit 软件中对所需的构件模型进行配筋设计。通过Revit 软件的参数化建模功能，可以快速调用钢筋的规格种类、位置以及数量等参数，以确保项目所需构件的准确组装。对于常用尺寸构件可将其配筋参数保存形成构件配筋参数信息库，供随时调用。利用Revit 的二次开发可简化建模过程，提高工作效率，同时也能更准确地模拟实际建筑方案中的钢筋结构，对叠合板构件在节点的碰撞检査可快速找出节点设计问题，便于修改。

1.3 叠合板构件出图

在装配式预制构件的出图过程中，存在大量数据需人工计算及整理，包括叠合板的尺寸、形状、重量、体积、配筋等信息，传统的二维设计需人工绘制构件的平立剖及大样图等，计算整理构件各项数据以制作构件参数表，效率低下且错误较多。为了优化设计流程，减少人工干预可能出现的问题，通过Revit 二次开发手段对构件的参数数据加以利用，应用程序的数据整合功能对构件参数进行分析计算，并自动生成相应的构件参数表［5］，这一过程有助于提升设计工作的效率和质量（见图2）。并按照预先设定的图纸布置原则，将各视图及构件参数表规则排布，批量生成能满足各方要求的构件图纸。

图2 程序设计流程Fig.2 Programming Flow Chart

2 基于BIM技术的叠合板深化设计程序开发

在第一节提出的叠合板构件深化设计方法的基础上，本研究设计并开发出一套基于BIM 的装配式叠合板构件深化设计程序，本节将重点探讨其架构设计和功能模块的设计思路。

2.1 BIM-叠合板深化设计程序架构

本程序选用Visual Studio 和.NET 框架作为开发环境，通过应用C#语言调用Revit API 内的函数和接口，实现对Revit 软件功能的扩展。程序设计流程如图2所示，整体的技术方案如表1所示。

表1 整体技术方案Tab.1 Overall Technical Solution

2.2 程序功能模块

基于此前提出的程序开发需求，此程序的开发将通过IextemalApplication 和IexternalCommand 作为实现显示程序的功能模块菜单及编译具体任务的接口，利用人工编写代码程序，可以在Revit 中添加功能面板按钮，以实现程序功能需求。功能界面包括构件拆分模块、构件深化模块、构件出图模块。功能面板界面如图3所示。

图3 功能面板界面Fig.3 Function Panel Interface

2.2.1 构件拆分模块

本模块设计的目的是为了简化构件拆分的操作流程，根据需求和revitAPI，设计合理的开发架构。其关键的代码开发思路如下：①将构件拆分模块划分为多个子模块，每个子模块具有独立的功能和接口，便于维护和扩展；②设计合理的拆分算法，用于将楼板构件拆分成单个叠合板，算法基于板的各种要素，如板的厚度、长度、宽度，以及自定义的拆分方式（如输入详细数据拆分等）；③设计合理数据库交互，Revit模型的数据存储在数据库中，需要编写代码来与数据库进行交互，以读取和写入数据；④对于拆分过程中的大量计算或耗时操作，可以使用异步处理方式，提高插件的性能和响应速度；⑤设计合理的异常处理机制，对开发过程中可能出现的问题进行捕获和处理。构件拆分模块功能界面如图4所示。

图4 构件拆分模块功能界面Fig.4 Component Split Module Function Interface

2.2.2 构件配筋模块

本模块包括分布钢筋及桁架钢筋的布置，根据需求和RevitAPI，设计合理的开发架构，包括数据存储、数据处理、界面展示等方面。构件配筋的设计思路是：①建立一个配筋库，包含不同类型和规格的钢筋元素；②设计合理的配筋算法，用于将钢筋元素分配到叠合板构件中，算法基于叠合板中预制层钢筋布置要求，如钢筋的类型、直径、间距，以及设计的强度要求、保护层厚度等；③设计合理的交互方式，如对话框、菜单、快捷键等，方便用户使用和操作，根据装配式构件的特点，实现钢筋的拆分和布局功能，以便于用户手动调整和优化配筋方案；④对编写的代码进行测试和调试，确保功能正确性和稳定性。可以使用模拟数据和测试工具来验证代码的正确性和性能；⑤将开发好的功能集成到Revit 软件中，并进行部署和发布。在集成过程中，需要注意与Revit 软件的兼容性和稳定性，确保不会对现有功能产生影响。同时，需要考虑数据安全和版本控制等方面的问题。构件配筋模块功能界面如图5所示。

图5 构件配筋模块功能界面Fig.5 Component Reinforcement Module Function Interface

2.2.3 构件出图模块

该模块设计目的是简化出图流程，提高构件出图的效率。该模块包括构件视图布置和构件参数表生成。构件配筋的设计思路是：①出图数据库：我们需要编写代码来与数据库进行交互，以读取和写入数据。其中包括构件型号、重量、规格以及相应的钢筋及混凝土信息；②图纸标注与注释：根据功能需求，模块中加入图纸标注与注释的功能，例如自动添加标高、尺寸标注、材料注释等；③设计合理的交互方式，如对话框、菜单、快捷键等，使用户能够选择要出图的叠合板构件，并定义出图的规则和参数。这个界面将提供一种直观的方式来调整出图布局。使用Revit API 提供的部品创建工具和API 函数，结合预制构件的属性信息和位置信息，生成所需的构件视图及构件参数表，进行视图的布置和优化。构件出图模块功能界面如图6所示。

图6 构件出图模块功能界面Fig.6 Component out of the Drawing Module Function Interface

3 工程案例

清远某学校学生宿舍工程项目，总建筑面积为26 270.35 m2，共10层。整体拆分模型如图7所示。此项目应用了本文开发的基于Revit 的二次开发插件程序。项目结构为叠合板和现浇梁柱的混合结构体系，其中楼板使用工厂预制叠合板，运至现场安装，梁柱则全部采用现浇混凝土。使用Revit 软件进行施工图模型的搭建，并使用本文开发的深化设计程序进行叠合板的深化设计出图［6］，叠合板深化设计模型如图8所示。

图7 整体拆分模型示意图Fig.7 Schematic Diagram of the Overall Split Model

图8 叠合板深化设计模型Fig.8 Composite Slab Deepening Design Model

依照板的拆分原则，叠合板构件拆分时应优化叠合板的设计尺寸，尽可能减少种类，以解决模具利用率低、运输不便和施工困难等问题。根据图纸考虑板的单向性或双向性。根据《混凝土结构设计规范（2015 年版）：GB 50010—2010》中的规定，当长边/短边＞3时，宜设为单向板；当长边/短边≤3时，宜设为双向板［7］。板之间的拼缝方式采用后浇带的形式。该项目以屋面层叠合板布置为例，进行拆分选择，相同尺寸板块设置同一编号，拆分的板设置在剪力墙、框架梁等位置，根据《装配式建筑评价标准：广东省标准DBJT 15-163—2019》［8］中的规定，后浇带宽度选取400 mm。拆分叠合板时还需要考虑运载设备的运输尺寸和重量，其长度在4 m内、宽度在2 m内、重量在2 t内。叠合板拆分后如图8所示。

在对叠合板进行深化设计时，桁架规格采用B80，上弦钢筋直径为10 mm，下弦钢筋直径为8 mm，腹杆钢筋直径6 mm［9］。以预制板尺寸3 400 mm×1 400 mm为例，根据图纸要求，用BIM 技术直观展示钢筋排布方式，分别对板的底筋间距及伸出板边距离、桁架筋间距、钢筋的弯钩形式等进行深化设计。叠合板三维布置如图8所示。

通过在装配式建筑叠合板中应用BIM 技术，对预制构件进行精细化设计，包括对叠合板拆分布置、配筋深化、自动输出构件详图等深化设计，使原有设计方案得到合理的优化，从而使叠合板更符合工厂及施工现场的需求。将BIM 技术与装配式叠合板深化设计相结合，提前发现施工过程中可能出现的问题，避免构件设计误差带来的额外成本［10］。模型输出的构件详图如图9所示。

图9 模型输出构件详图Fig.9 Model Output Details of Components （mm）

在设计过程中，设计人员借助开发的深化设计程序进行构件深化设计操作，该平台的使用使得设计人员能够更高效地处理复杂的构件细节，通过自动化和智能化的工具，他们能够更快地完成设计任务，减少了重复性和繁琐的工作。此外，该平台还提供了丰富的数据分析和可视化工具，使设计人员能够更好地理解设计结果，从而做出更明智的决策［11］。根据相关统计，与传统装配式建筑设计相比，运用此深化设计程序在深化设计阶段提升了约20%的设计效率。

4 结论

该深化设计方法引入了BIM 技术，对装配式叠合板构件的深化设计进行了全面的分析。通过快速拆分叠合板，实现各构件模型配筋设计的自动化，并且可以根据实际模型和国家相关规范自动生成叠合板构件详图。这种设计方法不仅能够提高设计效率，还能有效保证设计质量，实现了设计过程的信息共享和管理［12］。同时，通过开发配套的深化设计程序，对这一方法进行了实现和推广。该程序包括了3 个模块，可以实现模型的可视化、参数化的深化设计和出图的便捷性等功能。这一程序的实现，不仅提高了设计的效率和质量，也使得装配式建筑的设计过程更加智能化和信息化。

在实际项目中，成功应用了这一基于BIM 的装配式深化设计方法和程序。通过实际项目的验证，发现这种方法和程序能够显著提高设计的效率，实现各阶段的信息共享，同时也为装配式建筑设计领域提供了新的设计思路和技术参考。

本文研究的装配式建筑对象为装配式混凝土建筑，研究的重点为叠合板的深化设计，具有一定的局限性，诸如预制柱、预制剪力墙等其他构件，异型的叠合板构件，不同构件间的连接节点，以及其他体系的装配式建筑等方面的设计问题，本文并没有提供很好的解决方法，下一步应针对以上问题，进行开发研究。