研究 | 模块化建筑数字设计

在模块化建筑设计流程中，建筑、结构、机电等各专业设计人员需要密切配合，以解决空间、功能等冲突问题。因此，模块化建筑的数字化设计应涵盖各专业模块及设计阶段，充分发挥数字化技术在可视化、协调性、模拟性和优化性等方面的优势，提升模块化建筑设计的整体水平。

建筑设计数字化通过先进的数字化工具和平台，实现了建筑设计从概念到深化的全过程自动化。结合传统设计专家经验和AI 评估技术，设计系统可以从楼栋设计、立面设计和模块设计的各个环节进行数字化操作。这种数字化设计方法不仅简化了传统设计流程，还大大提高了设计成果的精确度和可操作性。通过数据共享和实时更新，设计与施工之间的信息割裂问题得到了有效解决，确保了设计方案在施工中的顺利实施。

楼栋设计模块在Rhino 平台上实现了建筑平面布局概念设计的自动生成与交互。首先，设计人员通过信息输入模块，可输入场地限制、建筑容量、楼栋选型及层数等基本建筑信息。随后，系统自动生成初步的模块化建筑方案模型，同时提供对各层平面及平面内模块功能进行编辑和调整功能，确保方案符合设计需求。此外，系统利用AI 技术，集成了多项模块化及建筑设计规范，能够自动评估设计指标并实时提供反馈，保证方案的合规性。

立面设计模块集成了Rhino 与Revit 端的立面部品，并通过数据中台实现立面数据的准确传输。在Rhino 端，系统基于楼栋设计模块的楼栋数据，自动计算基于模块的立面与屋面范围，并自动生成符合指定风格的立面与屋面模型。设计人员既能够对立面、屋面及材质参数进行全面调整，也能对特定立面单元进行门窗等部品的替换和参数配置，从而实现理想的立面效果。

在Revit 端，整楼立面模块根据方案设计阶段的立面数据，自动构建细化的立面模型，同时允许设计人员对立面单元进行批量编辑，以满足详细的出图需求。

模块设计模块在Revit 端利用前期方案设计数据，实现模块模型的自动生成与精准定位。首先，方案管理模块可读取并解析前期设计数据，自动创建项目中心文件及各模块模型文件。而后，模组生成模块基于专家系统，自动生成包括酒店客房、楼电梯间等多功能的Revit 全专业模型。模块生成后，智能参变模块支持设计人员进行模块设计深化调整时，实现模型的自动参数化调整。最终，置入模组模块读取模块定位信息，自动链接并准确放置相应的模块模型文件。

结构设计数字化的目标是承接前置建筑设计数字化工具产出的设计数据进行自动化模块建筑结构建模计算和结构整体优化，全自动完成结构设计与验算的整体流程，并将优化后的构件模型传输给Revit 辅助精准施工。

程序读取建筑设计数据后，在YJK 软件中自动精准建模结构模型。这一过程减少了手工建模的成本和可能出现的人为建模的错误，确保建筑和结构模型的一致性，同时保证了模块化建筑特殊结构类型施工端处理方式的前瞻性，以避免后续可能出现的施工问题。

在YJK 软件的建模工作完成后，数字化工具能够自动精确地计算出结构各部分所受的荷载，确保结构在各种使用情况下的安全性。当前数字工具提供符合目前中国专项模块化结构计算标准的适配参数，同时将异于传统结构的模块化结构计算算法内置于程序中，保证模拟叠箱、叠箱- 钢框架两类模块化建筑整楼结构验算的科学性和落地性。除整楼结构计算之外，结构师可以选择当前所有模块类型中的任意模块进行吊装验算。单个模块的吊装验算算法能够运算垂直吊、地盘吊等多种吊装方法计算以及整体模式和片墙模式的吊装方式计算，输出角件抗剪承载力和钢丝绳最大拉力结果。系统最终自动导出符合审图要求的结构计算报告。

数字化工具还能够进行结构设计的优化。例如，通过自动荷载计算，设计师可以检测到局部柱构件的轴压比是否超出限制，及时发现设计中的问题，并进行优化调整。在整体指标优化限制下，程序可以自动优化柱、梁、斜撑的截面尺寸，在满足设计的效率和结构安全性的同时，计算最节省的钢材料用量，提高项目经济性。最终，使用程序完成优化后的结构模型可以自动导出给Revit 进行自动建模，便于后续的施工和制造，这一过程减少了手工操作的复杂性，提高了整体工作效率。

机电设计数字化机电数字化的核心在于从功能和需求出发，实现系统的灵活配置和系统的数字化生成，主要包括优化功能选择与点位设置，实现管线自动化生成和参数精准优化。

模块化建筑设计数据中台是实现从概念设计到深化设计的全流程整合的关键。它通过数据中台的建设，与建筑设计流程和AI 技术相结合，快速实现设计阶段的对接，确保数据无损流通和共享。将设计经验集成于平台，实现设计控制，减少错误，提升准确性，并加速各专业间的沟通。

为了确保建筑模型信息在Rhino、YJK 和Revit 等软件中的流转，数据中台通过提供统一的数据定义，实现数据的通用性与兼容性，包括对于信息、模型、关系的定义。首先，对信息对象进行了标准化的处理，包括模块化建筑中所涉及的项目信息、经济技术指标表、做法表等。其次，对于模型对象，根据业务类型和定位方式的不同进行了抽象的统一定义，以便容纳设计过程中不断新增、种类繁多的构件对象。最后，使用了关系型数据库，来描述模块化建筑设计对象之间复杂的相互联系。通过定义清晰的关系对象，可以确保数据在不同系统间的流转不会因关系模糊而产生歧义。

在构建模块化建筑的数据中台时，标准数据接口至关重要，它们支持数据的统一管理和多端流转。数据保存接口确保不同软件的数据能自动转换并统一保存，保持一致性和可信度。数据获取接口则允许用户以本地软件格式从数据中台获取数据，提高了数据的灵活性和可用性。这些接口共同构成了数据服务的基础，保障了设计数据的有效整合。

模块化建筑数据中台采用版本记录机制，关键在于数据融合。信息对象按产生阶段和关联分类，便于管理和追踪，实现快速定位和更新。统一版本号确保数据同步更新，动态同步机制保障数据自洽和可靠性。这保证了数据完整性、一致性、兼容性，防止错误数据入库，提升了多端协作的效率和质量。

模块化建筑数字化工具的核心价值，在于提出了行业寻变的愿景：用技术提供了一个设计生产模式的创新基础，为寻求突破的个体、团队、企业到行业本身，提供了创立新范式的机会。

模块化建筑数字化设计工具内置了规范要求、设计经验与加工限制，降低了从业人员对相关领域规范认知和设计经验的依赖。作为更懂规范的“设计助理”，它使设计师能够专注于设计本身，而非繁琐、重复的细节处理。其价值不仅在于个体工作效率的提升，更是在于设计创造力的促进。另外，对于经验尚浅的新手，搭载项目知识库的数字化工具是更有经验的“带教前辈”，使其快速获取所需知识和经验，加速孵化具有独立创作能力的设计师。

对数字化平台通过BIM 技术，提高了项目团队的实施效率和设计精度。它允许团队在不同业务端协作，实时共享设计信息，减少沟通成本。统一的话语体系确保了信息一致性和透明度，加快了项目进度和变更响应。与模块厂家的数据联通，实现了精准施工，减少了误工返工，加快了方案实施。

数字化平台的结构化、标准化设计数据助力建筑企业数字化转型。在此平台上，设计经验以统一格式记录，便于收集与分析。模块化设计数据的生产、流通、积累转化为企业的数字资产，构建知识库，使设计能力与经验成为可积累、复用的资产。这降低了对个体设计师的依赖，增强了企业对市场变化的适应性。

模块化数字化平台，作为推动智能化建筑设计的关键力量，最终目标是推动建筑产业的工业化转型。面对建筑市场的紧缩，这一转型策略对于行业突破困境至关重要。模块化建筑及其设计生产一体化的数字化工具，将推动建筑构件的产品化与设计生产流程的标准化。随着建筑工业化的不断深入，一个更加高效、环保、智能的建筑生产新时代即将到来。

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