BIM与数字设计:近观大量的木构件如何从工厂到达施工现场

BIM与数字设计:近观大量的木构件如何从工厂到达施工现场插图 © Brock Commons Tallwood House, The University of British Columbia, Student Housing. Courtesy of naturallywood.com

    柯布西耶对汽车的着迷,可以从很多他在其建筑作品前自豪地在车边摆造型的照片看出。根据这位法国*瑞士裔建筑师的说法,建筑工业化除了带来更高效和更经济的施工外,也会像现代汽车底盘支持汽车车身的创新与现代设计一样,为提升建筑美感打下基础。然而汽车自1930年代以来,已经有了天翻地覆的变化,相比建筑业在应用其他行业的先进成果时,缓慢很多。

    但这种情况正在一点点改变。因重视效率、可持续性发展和避免使用不可再生燃料资源,以及因新建筑、新基础设施的需求量不断增加,建筑业也开始引入许多新技术,包括那些已经在其他行业应用的技术。除此之外,可再生材料如木材,也被选定为理想的建筑材料,特别是同步引入以下新技术与新方法时:创新的大规模生产木构件如交叉复合木材(CLT)、胶合木;新的设计方法和流程如BIM(建筑信息模型)与DfMA(面向制造和装配的产品设计);可视化工具如VDC(虚拟设计与施工);生产工具如CNC(计算机数控)。以上提及了很多缩略语,我们将在本文中尝试解释它们。

    BIM与数字设计:近观大量的木构件如何从工厂到达施工现场插图1 Laminated veneer lumber production in British Columbia. Image © Brudder Productions. Courtesy of naturallywood.com

    BIM与数字设计:近观大量的木构件如何从工厂到达施工现场插图2 Manufacturing of CLT panels, glulam beams and steel connectors for Brock Commons Tallwood House by Structurlam/Monashee. Image © Brudder Productions. Courtesy of naturallywood.com

    面向制造和装配的产品设计(DfMA)是一种设计理念,它关注产品部件的可制造性和最终产品的可装配性。它是两种方法的联合,即面向制造的设计和面向装配的设计,在产品设计的初期,很多决策都是为了避免生产过程中可能出现的问题和提高效率。

    BIM与数字设计:近观大量的木构件如何从工厂到达施工现场插图3 Glulam beams are pre-drilled and connections are fitted in a factory setting. Image © Brudder Productions. Courtesy of naturallywood.com

    这是一种在许多行业都被广泛运用的方法,而在工程建设中,当使用大量的交叉复合木材或胶合木产品时,这种方法尤其适用。这是因为当采用大量的木材来进行设计和建造时,施工就更多地是木构件的组装,与传统的施工方法完全不同。大量的木板、梁和柱在工厂中被生产出来,然后运至施工现场,而这些木构件在生产过程中即考虑了暖通、电力和管道等的开口与截断。为了让整个流程从开始到结束都非常地顺畅,在项目的一开始即组织参与的各方来为最终的产品献计献策非常重要,这样就避免了施工现场的延期和返工。

    也是在这一点上,在整个流程中引入建筑信息模型(BIM)非常有帮助。BIM指可以让项目参与各方在虚拟的空间中协同设计、建造和运营项目的一系列技术、流程和政策,为建筑全寿命周期内的有效决策打下坚实基础。换句话说,为了让项目高效运转,参与的每个人说相同的语言,即BIM,很重要。它允许对一项工程的所有部分进行可视化和虚拟建造,便于理解方案的可行性与可装配性。此外,BIM通过三维模型,呈现了设计方案,有利于项目团队间的合作,并消除了传统二维图纸中容易出现错误的风险。而模型还可以进一步导入到相关的结构与热分析软件中,或是为计算机数控机床生成相关的数据文件。

    BIM与数字设计:近观大量的木构件如何从工厂到达施工现场插图4 PH1 / Hemsworth Architecture. Image © KK Law. Courtesy of naturallywood.com

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    理想情况下,项目有良好的组织架构,各个领域的负责人有较好的输入与输出,能帮助项目各环节间无缝流转,使得生产与施工更顺畅。简而言之,在建筑项目中,一旦建筑师完成最初的设计,结构工程师和安装工程师即应介入,就建筑部件预安装进行设计。之后项目又回到建筑师那里,对细节做进一步优化。在每一个设计阶段,整个设计团队,包括负责建筑部构件生产或组装的人员,都应参与进来。在设计的各个阶段运用BIM,将削减建筑图纸转化成加工图纸所需的时间,并促进设计团队与外部加工厂之间的协作,这对项目的成功至关重要。

    BIM与数字设计:近观大量的木构件如何从工厂到达施工现场插图5 Flow diagram of the collaborative feedback loops that generate the projects's comprehensive digital model of Brock Commons Tallwood House, The University of British Columbia, Student Housing

    BIM与数字设计:近观大量的木构件如何从工厂到达施工现场插图6 PH1 / Hemsworth Architecture. Image © KK Law. Courtesy of naturallywood.com

    BIM与数字设计:近观大量的木构件如何从工厂到达施工现场插图7 PH1 / Hemsworth Architecture. Image © KK Law. Courtesy of naturallywood.com

    BIM与数字设计:近观大量的木构件如何从工厂到达施工现场插图8 © Brock Commons Tallwood House, The University of British Columbia, Student Housing. Courtesy of naturallywood.com

    位于不列颠哥伦比亚大学的18层楼高的Brock Commons Tallwood大楼,是这方面的一个成功案例。在这一复杂项目中,虚拟设计与施工(VDC)被深度运用,以支持各方对设计与施工的分析。项目的建筑信息模型给出了每一个建筑构件的属性数据(链接到一个外部的数据库),并创造出一个可进行性能模拟与测试的虚拟项目模型。虚拟设计与施工是BIM的一项子内容,主要根据真实的构件尺寸模拟建筑安装。由于虚拟设计与施工能提供一个反映施工过程的全面、准确与精细的模型,它能辅助设计阶段、施工前期和施工阶段的规划与各方交流。

    就像这份文件描述的,本项目在项目的一开始即建立了虚拟设计与施工模型,模型包含了所有的结构构件、内部装饰和机电系统,以及施工流程中的各种细节和辅助设施。该模型在项目实施过程中辅助决策,建模人员与设计团队紧密合作,及时通知团队需要解决的问题与冲突,对模型进行快速迭代与更新,确保模型始终是准确的,真实反映项目。

    BIM与数字设计:近观大量的木构件如何从工厂到达施工现场插图9 © Brock Commons Tallwood House, The University of British Columbia, Student Housing. Courtesy of naturallywood.com

    在施工前期,虚拟设计与施工模型帮助创立了建筑的两层模型,以测试为项目研发的解决方案以及施工的可行性。虚拟设计与施工模型同时也是形成生产模型的基础,生产模型将直接被计算机数控机床、交叉复合木材板的拉伸试验使用。

    BIM与数字设计:近观大量的木构件如何从工厂到达施工现场插图10 © Brock Commons Tallwood House, The University of British Columbia, Student Housing. Courtesy of naturallywood.com

    一项经过仔细规划和整合的项目,辅以相应的组织,施工起来会更快。在这个18层的建筑项目中,整个结构在第一批预制构件到达现场后的不到70天就完工了。这意味着工期的大幅缩短,也就是施工成本的大幅减少。设计的时间变长了,而施工的时间缩短了。这种情形有很好的发展前景,特别是当还同时应用可再生材料时。

    如果想了解更多的有关BIM和大体量木结构施工的潜在影响力的内容,可参考这份不列颠哥伦比亚大学BIM主题研究实验室所出的报告。

    译者:孙莉

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