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过去十年，建筑行业开始创新以提高效率、增加利润并实现时间框架的确定性。 预制构件在建筑中越来越多的出现就是创新的一个方面，预制服务在美国、英国、加拿大和澳大利亚的项目中越来越受欢迎。 在工厂位置组装结构的多个组件并将这些组件运输到现场位置，或预制结构，也称为模块化结构或制造和组装设计 (DfMA)，已被认为是一种有效的方式来减少成本，有助于及时完成项目，并减少健康和安全事故。

组件的预制结构允许工程和其他工作以更少的现场资源更快地进行，因为现场开始看起来更像是一个使用预制元件的装配位置。 预制组件是使用一系列软件设计的，这些软件专门用于创建 MEP (M&E) 预制模块以及结构和建筑设计的建筑物和建筑组件。 我们结合 BIM（建筑信息模型）技术，研究了建筑中一些不同类型的预制件以及支持预制件的软件。

众所周知，预制建筑服务或制造和装配设计 (DfMA) 或模块化建筑服务通常被认为适用于标准用途的完整单元。 但模块化建设涉及的远不止于此。 它涉及范围广泛的子组件和预制构件，例如消防楼梯、电梯、管道、供暖和制冷以及符合 ADA 标准的空间，它们可以在场外制造并运输到工地。 可以预制建筑物的更复杂的元素，例如带有面板的立面。 即使是在整个项目中重复出现的子组件，例如医疗机构的病房、浴室、教室和教育机构的科学实验室，也适用于预制过程。 预制构件种类繁多，可大致分为 3 类：结构、建筑和工程相关。 本文将更详细地探讨这些 DfMA 元素中的每一个。

1、结构预制

DfMA 的选项在结构设计空间中几乎是无穷无尽的。 高大的塔楼或大型大厅，甚至承重墙以及 L 形挡土墙都是可以预制的结构的组成部分。 承重墙通常是建筑物的外墙，甚至可以是公寓之间的墙，它增强了结构的刚度，现在可以在场外制造并运送到现场。 在预制模具中浇铸单元，放置在网格图案中，用于地板/屋顶。 其他通常预制的元素，无论是作为整个单元还是作为现场组装的几个组件，包括：

  • 将梁和地板荷载传递到基础和梁的柱子
  • 横梁（单个开口上的简单横梁或框架中看到的更复杂的横梁）
  • 大梁
  • 混凝土腰部（将柱子连接到梁）
  • 由混凝土制成的楼梯
  • 混凝土墙板
  • 空心板
  • 楼板
  • 混凝土架
  • 露台街区
  • 频道
  • 托梁
  • 钢架

对于使用钢框架的结构，可以在没有柱子、梁和混凝土的情况下建造多层。 这些钢架是根据直接连接到 CNC（计算机数控）机器的计算机模型设计和制造的，确保了安装的高精度和速度。

适用于住宅结构，预制箱元件技术涉及一个过程，在该过程中，结构在现场与准备组装的箱单元组装在一起。 这种箱形元件通常包括承重框架、墙壁、地板和屋顶，以及窗户、HVAC 和电气设备及配件。

2、建筑预制

当然，许多建造的结构元素也被认为是建筑元素，为此创建的细节包括建筑设计和场外制造的建筑规范要求。 建筑中常用的预制构件包括：

  • 建筑围护结构和覆层
  • 楼梯
  • 内部承重墙，较轻的隔板
  • 开放式、封闭式面板系统
  • 浴室，厨房，带电气和管道系统
  • 墙壁元素
  • 屋顶元素
  • 天花板元素
  • 窗户、门、通风设备
  • 石膏板组件
  • 木结构墙元素
  • 地板用木材、水泥、石膏和其他材料制成的面板
  • 隔音板

3、工程预制

技术先进、设计精良的预制、钢筋和预应力构件也被用于项目的工程构件中。 工程中使用的预制组件涉及几个单独的元素，例如：

  • 包含暖通空调、管道系统、电气托盘/梯子/篮子、洒水装置和排水装置的单支柱走廊模块
  • 包含从厂区到楼层的建筑服务的单支柱立管模块
  • 包含用于机房和能源中心的机械设备的成套设备

模块化工艺件是一个框架内的系统，易于运输。 单个模块包含工艺系统，并且可以组装多个流程模块以创建整个便携式设备，有时称为“盒子中的系统”。 多件工艺系统可能由协调的原材料件、公用事业件和加工单元组成。 多个件可实现并行施工。

厂房、机械室或锅炉房是结构中专用于机械设备和相关电气设备的房间或区域，所有这些都可以预制。 机房通常包含以下内容：

  • 空气处理器
  • 锅炉
  • 冷却器
  • 热交换器
  • 热水器和水箱
  • 水泵（用于生活、加热/冷却和消防用水）
  • 主要分配管道和阀门
  • 洒水器分配管道和泵
  • 备用发电机
  • 电梯机械
  • HVAC（供暖、通风和空调）设备

模块化天花板和立管系统由用于存储、处理和规划的建筑组件组成。 这些系统使现场组装建筑服务解决方案变得更快、更容易。

预制组件可用作工厂橇、机房以及天花板和立管模块，因为它们已经考虑了模块的所有悬挂和附件，因此不需要机库和现场安装单独服务。 通常，这些模块是在 3D BIM 协调阶段创建的，在此阶段，早期规划将允许更有效的布局。

4、软件

建筑、结构和 MEP (M&E) 服务的预制用于高效和有效的预制过程。 使用的一些更流行的软件解决方案包括：

AutoCAD、Revit、Inventor、FabricationMEP

建筑预制的首选软件是 Revit、AutoCAD 和 Inventor。 他们提供：

  • 详细的 3D 模型，以及用于立管、走廊和机房的准确模块和线轴图纸，以加快建筑服务安装。
  • 预制钢结构的精确 3D 模型和相关图纸。
  • 特定区域的综合 3D 模型和详细制造图纸，例如酒店浴室隔间或医院浴室隔间、外墙板、多用途机架、病房顶墙，以降低成本和加快安装

在施工期间，SDS/2、IDAT Precast 和 Autodesk Fabrication 是支持为预制生成精确结构和 MEP 3D 模型的相关软件选项。 此外，Autodesk 的 Revit 软件可与 Autodesk Inventor 的制造功能高效协作，以交付预制模块。

Inventor 的预制模型将任何更改与建筑设计和计算机数字控制 (CNC) 组件进行通信。 对于每种类型的预制模块，单个 Revit 组将定义规程部分。 所有学科模型都必须具有元素，以便模块在几何上分离。 这个文件可以作为一个完整的模块进行预制。 对于项目中的每种类型的预制模块，都存在一个唯一的模块模型。 任何模块组/组件都可以更新、更改、替换或删除，同时审核、接受或拒绝每个偏差。

至此，就可以在Revit中产生一个用于预制模块绘图和分析的BIM工作流。 然后它可以监视更改。 通过记录模块的预制参数，可以对数据进行统计、分析和翻译。 使用参数值，可以创建过滤器和特定于模块的视图，从而促进不同项目团队之间的协调。

在 AutoCAD 中，会显示预制构件类型的示意图和相关部分的尺寸值。 然后它可以生成已定义元素的 3D 绘图，并指定元素参数。

Autodesk 的 Fabrication CADmep™、Fabrication ESTmep™ 和 Fabrication CAMduct™ 软件有助于细化和建造更好的建筑。 BIM 360 Team、Revit 和 Fabrication 工具可以从任何地方交流、查看、标记和审查项目设计文件，并与扩展的设计团队保持联系。

5、SEMA

凭借复杂的数据和宏技术，SEMA 软件可以适应公司的特定需求。 SEMA 支持预制建筑，操作简单，可以快速高效地将构件放置在屋顶、天花板或墙壁中。

SEMA 具有广泛的编辑功能和不断更新的 3D 图像以仔细检查结构。 快速创建包含客户输入的布局和图纸。 提供了灵活的宏，专门用于楼梯。

SEMA 还提供多角度的 3D 可视化。 物体的“周围环境”，例如墙壁、窗户、天花板或家具，可以通过逼真的演示来查看，并且可以使用各种用于可视化的有用 3D 物体。 此外，还可以导入 3D 对象。 光影测量有助于物体的视觉真实性。

未完成状态的对象的尺寸可用于在短短几分钟内计算数字，用于建筑报价。 可以计算出精确到毫米的详细装配点，例如固定支架系统的参考点。 SEMA 提供广泛的紧固件、支架、端头类型、榫头、斜接接头、层状连接器、销钉和带螺栓的钢连接件库。

6、Solidworks

易于使用，易于适应可能难以创建的新兴组件，包括弧形楼梯，Solidworks 是 Dassault Systèmes 的一部分，对于设计高端组件非常有效。 它通过各种数据和技术交流输入提高生产力，并提供仿真技术来帮助验证设计。 Solidworks 可自动执行预制零件的订购、配置、设计和生产。 它具有实体建模、运动、模拟、工具箱、TolAnalyst、Circute Works、PhotoView 360、ScanTo3D、电子绘图和 DWG 编辑器。 Solidworks 开发了其他软件产品以支持 3D CAD、仿真、产品数据管理、技术交流、电气设计和 3D 体验。 甚至可以使用集成的自动化制造成本工具来估算新产品的成本，从而节省时间并提高设计师和工程师的工作效率。

7、Catia

CATIA 和 DELMIA 应用程序向客户展示了如何组装建筑物的组件。 对于 3D 模型，虽然所有部分都被表示出来，但构造的复杂性可能并不明显。 DELMIA 详细说明了构建的顺序和过程，一步一步地进行。

总而言之，BIM（建筑信息模型）技术在建筑行业中的日益普及支持了模块化建筑的成功。 BIM 环境鼓励协作过程，整合建筑、工程和施工学科。 BIM 将时间和 3D 数据无缝链接，从而准确预测涉及工厂生产到现场组装的时间表，从而支持预制。 自动化设备实际上消除了车间绘图阶段，一些制造商可以制造用于现场组装的模块。 模型非常详细，并与生产的其他方面相结合。 在设计过程中检测到冲突，从而显着节省时间和费用。 其设计阶段和协调阶段整合了各个环节，使装配式建造成为可能。 作为 BIM 流程的一部分，可以在场外制造一些建筑服务的关键模块，例如机房、水管、浴室等。 这节省了时间，因为许多重要的测试，例如压力测试和气密性测试，都是在工厂完成的。

对每个产品进行的这一系列测试意味着最终的质量接近理想，并且在产品到达现场之前发现了冲突和其他问题。 可以计算加热和冷却负荷、HVAC 管道尺寸和管道尺寸。 同时，由于模组和元器件在工厂生产，大大减少了现场劳动力。 此外，BIM 允许进行建筑服务分析，并帮助计算建筑在施工后如何运作的明智估计。 拥有模型意味着可以在流程的早期将节能技术纳入设计。 该模型还将告知客户他们建议的费用。

即使可以轻松获得方便的软件选项，一些公司仍倾向于开发自己的制造软件，因为劳动力短缺、利润下降、时间紧迫、质量控制实施不力、恶劣天气的结果、复杂的组件和安全问题。 但是，对于许多建筑公司而言，预制过程的前进方向仍然是使用当前可用的高效软件的选择或寻找具有这样做的专业知识和经验的合作伙伴。

原文链接：Software Used for Prefabrication and DfMA Design

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