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基于BIM的装配式建筑模块造价管理研究
基于BIM的装配式建筑模块造价管理研究
 
江西昌大优建工程技术服务有限公司熊黎黎 罗灵
 
摘要:应用装配式技术来建造房屋,模块化设计是推动装配式技术和建筑产业化的重要途径,通过模块化设计,使装配式建筑在设计源头就更加完善。基于BIM技术,将各部品模块作为功能区模块的创建步骤,形成多个功能区模块,最后将功能区模块重组形成系统模块,可展现部品模块组合形成系统模块的过程。在模块设计过程中,赋予计价信息,使用模块化计价方式可提高造价管理的效率,并且更加适合装配式建筑的生产发展。
关键词:BIM技术; 装配式建筑; 模块化设计;模块化计价;造价管理分析
1.基于BIM的装配式建筑模块计价概念
装配式建筑是指将加工厂或施工现场预制的构件,通过机械吊装和一定的连接手段和工业化的建造方式,把零散的预制构件连接成为一个整体来建造房屋。这就要求装配式建筑的各类构件必须精准化、标准化设计,才能达到构件在现场拼装时达到完美匹配顺利吊装安装。模块化作为标准化的一种形式,既是标准化发展的结果,也是标准化的最高形式。BIM技术具备可视化、集成性、对象功能分类及识别、自定义参数等优势。将BIM技术与装配式建筑相结合,可最大程度上完善装配式建筑的设计。只有基于BIM技术应用模块化设计规则设计出既能满足部品规范又能满足使用者多样化要求的模块系统,才能使装配式建筑更快的走进产业化的进程。当建筑物的工业化生产发展到一定阶段,装配式建筑将现场浇筑柱、梁、板、墙、楼梯、阳台板等各类构件转为直接购买成品混凝土构件,原有的按照分部分项工程套取定额子目的计价方式不再适用。随着建筑部品的集成化设计,逐渐建立构件库、部品件库,将具有一定模数特征的部品,如整体卫生间、整体厨房逐渐发展成以整套价格计算。本文依据《装配式建筑工程消耗量定额》,基于BIM技术的部品创建规则,以卫生间结构功能区为例,探索一种装配式建筑计价分析的思路。
2.装配式建筑模块化设计准则
采用先按功能区域将建筑物分成几大分区,每个分区作为一个一级系统;再分别对多个一级系统的内部,再进行功能细分,按功能确定对每级模块进行划分的原则。以卫生间作为单位工程的基本功能区域,是构成建筑空间的基本功能模块。在整个模块化系统模型中,卫生间作为建筑的构成模块,是整个装配式建筑系统的第一次分解的结果,成为一级模块。将一级模块按照单一功能模块的原则二次分解,得出卫生间通常需要结构功能区、隔墙功能区、便溺功能区、盥洗功能区、电力功能区、暖通功能区以及具有装饰功能的墙、柱、地面和天花等,而这些能够有独立功能的模块作为上一级模块的分解结果,即二级模块,而每个二级模块由更小的部品构成,如:结构功能区由柱、梁、板、墙等部品构成;便溺功能区由立式小便池、蹲厕、坐便器等部品构成,这些部品则构成三级模块。将系统分成三级模块,具体对应关系如下:
(1)一级模块对应于整个卫生间系统,由二级模块组合而成(偶尔也能由三级模块直接组成)
(2)二级模块可由一级模块分解而成,同时可理解为由三级模块组合而成,这一层级的模块作为一级模块与三级模块之间的桥梁,可加快一级模块在组合时的效率。
(3)三级模块是模块库中最小的层级,是指组成二级模块或直接组成一级模块的部品。
通过结合《装配式建筑工程消耗量定额》里“装配式混凝土结构工程”分部工程里的各分项工程中对装配式混凝土结构工程部分进行划分:柱、梁、板、墙、楼梯、阳台板及其他、套筒注浆、嵌缝打胶、后浇混凝土浇捣、后浇混凝土钢筋、后浇混凝土模板,将这些分项工程作为三级模块。在本文中,只选取部分在整体卫生间中可能使用到的三级模块进行模块化设计,从而在模块组合之后对卫生间一级模块进行造价汇总,在汇总过程中即模块组合的过程中,体现模块化计价的优势。
在系统模块进行组合时,采取一个由上到下挑选模块的方式。设想一个组合出新系统的例子,当需要设计一个新的系统时,即需要一个一级模块,这时从功能模块即二级模块中挑选,如果刚好有可以满足需求的二级模块,直接组合这些二级模块即可。如果没有可以满足需求的二级模块,则需要先组合二级模块,再由满足需求的二级模块去组合出一级模块,但在实际情况中,完全满足一级模块组合需求的二级模块是比较难得的,而重新组合一个新的一级模块需要的精力是比较多的,这时二级模块的作用就体现出来了,这时需要考虑组成一级模块的二级模块是哪个部品或哪些部品是不满足需求的,只需从这个二级模块进入去挑选组成该二级模块的部品(即三级模块),对某卫生间的部分模块分级划分举例如表1。
 
 
 
表1 卫生间部分模块分级划分表
一级模块
二级模块(功能区模块)
三级模块(部品模块)
卫生间
结构功能区(装配式混凝土结构工程)
装饰功能区
钢丝网架轻质夹芯隔墙板
轻质条板隔墙
预制轻钢龙骨隔墙
防滑地砖
墙面砖
吸音板吊顶
成品木门
便溺功能区
坐便器
坐便器水箱
蹲便器
自闭式冲洗阀
蹲便器台阶
立式小便器
立式小便器角阀
卫生间隔断
盥洗功能区
椭圆形洗手盆
洗手盆龙头
洗手盆台面
洗涤池
仪容镜
地漏
暖通功能区
矩形风管
矩形Y形三通
矩形T形三通
矩形弯头
回风口
电力功能区
盘状吸顶灯
开关
插座
3.各级模块的创建
基于BIM技术,以计价为目的,进行各级模块的创建。依据上述原则划分出的各级模块,基于Revit依次创建各级模块。按照从最小一级的模块逐步创建,形成大一级的模块思路进行。与《装配式建筑工程消耗量定额》中的定额项目相同的三级模块,则采用《装配式建筑工程消耗量定额》中的定额,在创建三级如:柱、梁、板、墙、采用预制混凝土构件安装中柱的定额项。如果在现行《装配式建筑工程消耗量定额》的定额项中还没有涉及到的模块,如便溺功能区、盥洗功能区、暖通功能区、电力功能区所涵盖的各三级模块,依旧执行《房屋建筑和装饰工程消耗量定额》、《江西省安装工程消耗量定额及单位估价表》中相关的定额项和规定。这也符合在《装配式建筑工程消耗量定额》的总说明中第四条关于该定额作为现行《房屋建筑和装饰工程消耗量定额》的补充,与之配套使用。本定额仅包括符合装配式建筑项目特征的相关定额项目,对装配式建筑中采用传统施工工艺的项目,应根据本定额有关说明按《房屋建筑和装饰工程消耗量定额》的相应项目及规定执行。基于BIM技术创建部品模块时,在进行模块设计的同时,将三级模块的各部品携带造价信息,三级模块携带的造价信息即为组成该部品的工作内容所对应的定额项。主要基于Revit软件平台,逐个创建三级模块,在创建足够的部品模块库后组合成各功能区二级模块。
3.1 创建三级模块
创建三级模块的核心内容是在BIM核心建模软件Revit中创建足够多的部品模块以满足不同的需求,以组合出丰富的满足需求的二级模块。在创建三级模块的时,除添加常用的三维信息外,还需赋予构成该三级模块造价信息,此处赋予的造价信息在具体表现形成上为该三级模块实体所需的工作内容所对应的定额项。本文在该部分内容以阐述构成结构功能区和装饰功能区这两类二级模块的三级模块为例,具体展现在Revit中创建这些三级模块的具体操作步骤。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         
(1)构成结构功能区二级模块的三级模块在整体卫生间中有柱、梁、墙、板。这四类构件在Revit中的创建相对简单,采用系统族(族是指在Revit中,类别中具有相同参数定义的图元,系统族指在Revit中预定义的族,一些基本建筑构件)中的“柱”、“梁”、“墙”、“板”构件,通过直接点击相应的命令后添加属性信息再直接布置即可。
(2)创建装饰功能区的轻质条板隔墙、防滑地砖、墙面砖、吸音板吊顶、木门。在Revit采用系统族中的“墙”构件,添加隔墙的各类属性即可直接创建隔墙。厕浴间、厨房等受水或非腐蚀性液体经常浸湿的楼地面应采用防水、防滑类面层。在Revit中创建600*600灰色防滑地砖部品模块的方法有两种:
方法一为采用系统族中的“楼板”构件,其二为载入可载入族(使用族编辑器,通过标准族样板来定义的族)的方式。按需要创建各面层的材料、厚度信息。这里创建600*600灰色防滑地砖的面层,各面层信息如图1。为取得在创建的整块板中具有600*600的面砖灰缝外观,可点击“材质浏览器”的“填充图案”,在弹出的“填充样式”对话框中,操作界面如图2,选中相应的基本样式(此处点选“模型”样式),再点击“编辑”按钮,在弹出的“修改填充图案属性”中,修改与面砖灰缝对应的线间距和角度。完成防滑地砖部品模块的各项属性的编辑后,按照需要范围在绘制界面编辑边界。
图1 600*600灰色防滑地砖面层信息图 图2 添加灰缝外观效果操作界面图
方法二为先创建防滑地砖部品族,再将族载入到项目中。创建好了族之后,载入到Revit软件新建的项目,点击“插入”选项卡下的“载入族”命令,选择需要的族载入到项目中,点击“构件”下拉箭头中的“放置构件”,完成面砖的放置,再通过“复制”或者“阵列”命令,进行大范围面砖楼地面的铺设,由于是单块的面砖,在铺设之后会自然形成灰缝的外观效果。创建的防滑地砖部品模块,在Revit中的三维效果如图4。
图3 用“拉伸”创建面砖族的操作界面    图4 防滑地砖部品模块效果图
墙柱面的创建方式与楼地面类似,有两种常用的方法:
方法一为采用系统族中的“墙体”构件,其二为载入可载入族的方式。方法一的具体操作为:点击“建筑”选项卡“构建”面板中的“墙体”命令,在下拉箭头中选择“建筑墙”,点击“属性”面板中的“编辑类型”按钮,在弹出的“类型属性”对话框中,点击“结构”栏中“编辑”按钮,在“编辑部件”对话框里通过插入面层,编辑墙柱面的各层材质信息、厚度信息。点击“材质”列下的各栏,会出现一个编辑按钮,点击该按钮,可在弹出的“材质浏览器”中新建材质,为获得墙柱面装饰层的300*600米白色面砖的米白色以及灰缝的外观效果,可通过编辑材质的颜色达到米白色效果,在点击“表面填充图案”后弹出的“填充样式”对话框中选中基础图形后点击“编辑”修改线间距分别为300和600对墙面的灰缝外观进行编辑,厚度信息可点击“厚度”列下直接输入厚度信息。在需要进行墙柱面装饰的部位,紧贴着墙体进行绘制。
方法二为先创建墙面砖部品族,再将族载入到项目中,具体操作为:新建一个族,可利用多种方式进行族的各面层创建,这里以最常用的拉伸为例,点击“创建”下的“拉伸”命令,按需要进行面砖边界线的绘制,这里采用多次创建拉伸分别创建各层材质的方法,通过限制拉伸终点和拉伸起点使其差值为该层材质的厚度,材质参数可通过点击“属性”面板中“材质”栏后面的按钮添加。创建好了族之后,载入前文建立的Revit项目中,然后按照墙柱面的装修需要(包括装修的对缝要求、铺贴高度、横贴或竖贴等要求),完成墙面砖部品模块的效果如图5。
图5墙面砖部品模块的效果图     图6成品木门部品模块的效果图
采用可载入族的方式创建带有固定百叶的成品木门部品模块,需用“拉伸”、“融合”、“旋转”、“放样”、“放样融合”等创建可载入族方法创建木门的门嵌板、百叶、门框架、门贴面、门把手。完成木门模块的效果如图6。
吊顶天棚,按照市场上已有的部品规格,以600*600FC穿孔吸音板吊顶为例创建卫生间模块的吊顶。吊顶因其结构复杂,主、副龙骨交错,通过可载入族来创建,创建族的方式这里不赘述,吸音板吊顶的部品模块效果如图7。
图7 吸音板吊顶模块效果图
4.模块重组
对创建的三级模块进行重组,即把第2步创建的各级模块进行组合,基于BIM技术,模拟从小模块不断组合形成项目的过程。同时,将造价信息通过模块重组进行累加。在这步操作中,除累加构成该二级模块的三级模块中所含的定额项,还需累加在构成该二级模块时,连接各三级模块的工作内容所对应的定额项。阐述应用BIM技术模块化分析后,某个模块改变后,对整个项目的影响,从而体现基于BIM技术的模块化分析对造价方式的改变。
4.1 模块化计价的组合思路
本部分内容以创建结构功能区二级模块为例,基于装配式混凝结构工程,模拟二级模块组合为三级模块的过程。在创建三级模块,即创建柱、梁、板、墙时,三级模块柱携带了预制混凝土柱的定额项,三级模块梁携带了预制混凝土梁的定额项,三级模块板携带了预制混凝土板的定额项,三级模块墙携带了预制混凝土墙的定额项。创建二级模块时,除累加这几项定额项外,由于柱和梁、柱和墙、柱和板、梁和板、墙和墙等三级模块需要通过后浇混凝土进行连接,因此还需加上套筒注浆、嵌缝打胶、后浇混凝土浇捣、后浇混凝土钢筋、后浇混凝土模板的定额项。
在创建了多个二级模块后,与通过三级模块组合二级模块的思路一样,除累加构成二级模块的各个模块定额,还需加上连接各二级模块所需的其他定额项,以组成一级模块的模块定额。如构成整体卫生间一级模块,可通过利用便溺功能区、盥洗功能区、装饰功能区、暖通功能区、电力功能区等二级模块,建立一级模块,即组合上述的各二级功能区模块形成整个卫生间一级模块。以验证系统模块-功能区模块-部品模块的分解思路是否合理。基于Revit软件的BIM平台,主要使用链接的方式将各二级模块进行组合,链接不同功能区的过程与重组二级模块的思路契合。
4.2 模块化计价的优势
在高度产业化的建造模式下,越来越多的构件种类做到标准化生产,更多的构件逐渐可发展为满足同一功能的多类构件以组合的形式出现。在传统造价模式下,更多的是通过分部分项工程下的各工序所对应的定额项进行多次的累加得出直接工程费。在装配式建筑的发展下,传统造价模式的效率低下,可通过本文中阐述的模块化计价的方式,将定额项依据构件类型和工程实际需求进行合理模块组合,形成一个模块的定额。
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