基于BIM技術的裝配式住宅設計策略研究

吳燕青 吳超濱 袁玲

摘 要：隨著現(xiàn)代高新技術的迅猛發(fā)展，建筑技術不斷進步，BIM技術日益成為推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展、提升企業(yè)效益的工具和手段。近年來，裝配式住宅與BIM技術在提高設計合理性、保障建筑施工安全性、確保生活環(huán)境穩(wěn)定性方面發(fā)揮了重要作用。通過闡述裝配式住宅含義及BIM技術應用優(yōu)勢，探究BIM技術在裝配式住宅設計中的應用，并以廚房設計為例分析基于BIM技術的裝配式住宅設計策略，以促進裝配式住宅設計創(chuàng)新發(fā)展，推動現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

關鍵詞：BIM技術;裝配式住宅;廚房設計

基金項目：本文系2020年度福建省中青年教師教育科研項目“基于BIM技術的裝配式住宅設計策略研究”（JAT201126）研究成果。

一、裝配式住宅的定義、構(gòu)件和特點

（一）裝配式住宅的定義與構(gòu)件

裝配式住宅建筑是裝配式建筑的一種類型，是把原來傳統(tǒng)的現(xiàn)場施工作業(yè)轉(zhuǎn)移到構(gòu)件加工廠進行，在工廠加工制作好樓板、地板、墻板、陽臺等構(gòu)件，然后運輸?shù)浇ㄖ┕がF(xiàn)場進行組合拼裝，通過可靠的連接方式在現(xiàn)場裝配安裝而成的建筑。裝配式住宅采用標準化設計方式、工廠化生產(chǎn)方式、裝配化施工方式、信息化管理方式，是現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)方式的代表。裝配式建筑可稱為建筑界的樂高，一個個建筑構(gòu)件可以像搭積木一樣一層一層拼裝起來，這樣不僅可以提高建筑施工的質(zhì)量，還能加快工程進度，有利于文明施工、安全管理。

對于裝配式住宅而言，在具體施工的過程中所采用的構(gòu)件一致，安裝方便，可以為之后建造房屋和室內(nèi)裝修等工作打下堅實的基礎，從而保障整個建筑的穩(wěn)定性。目前，裝配式住宅中主要是梁體、柱體以及墻體等構(gòu)件負責承重，地板、樓梯為次級受力構(gòu)件。在裝配式住宅設計項目中，預制的構(gòu)件包括疊合樓板、樓梯、空調(diào)板以及飄窗等。現(xiàn)階段，商業(yè)開發(fā)項目通常會使用裝配式建筑的構(gòu)建方式，“三板”應用工程的預制率一般可以達到20%以上。

（二）裝配式住宅的特點

在現(xiàn)場作業(yè)中，采用裝配作業(yè)的方式可以有效降低現(xiàn)澆作業(yè)量，打破現(xiàn)場作業(yè)的空間局限性，提高勞動生產(chǎn)率。目前，裝配式住宅所采用的構(gòu)件在工廠預制完成，在施工、裝修等環(huán)節(jié)使用。在施工過程中，工廠可以負責生產(chǎn)裝修使用的構(gòu)件，從而提高整體效率。和傳統(tǒng)建筑相比，裝配式住宅重量偏輕，只需有基本構(gòu)造圖即可施工，施工速度快，效率高[1]。從整體上看，裝配式住宅更加標準化，管理更加信息化，具有很高的性價比，符合綠色建筑設計理念。

二、BIM技術定義及應用優(yōu)勢

（一）BIM技術定義

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）是指建筑物在設計和建造過程中，創(chuàng)建和使用的“可計算數(shù)碼信息”，是數(shù)字化的建筑多維信息模型。這一模型以建筑工程項目的各項相關信息數(shù)據(jù)為基礎，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。BIM技術是在計算機輔助設計等技術基礎上發(fā)展起來的多維模型信息集成技術，是伴隨著信息技術在建筑業(yè)的深入運用而產(chǎn)生的，是對建筑工程物理特征和功能特性信息的數(shù)字化承載和可視化表達，它能夠應用于工程項目規(guī)劃、勘察、設計、施工、預算、運營維護等各個階段，實現(xiàn)建筑全生命周期各參與方在同一多維建筑信息模型基礎上的數(shù)據(jù)共享。BIM技術不僅能夠用于設計之中，還可應用于項目全壽命周期的工程管理等其他領域。在應用階段，BIM技術能夠提供一個協(xié)作的平臺供項目各方使用，同時不斷豐富、更新數(shù)據(jù)庫。

（二）BIM技術應用優(yōu)勢

1.實現(xiàn)虛擬建筑構(gòu)建

在設計裝配式住宅的時候，可以利用BIM構(gòu)建虛擬建筑模型。在過去的施工過程中設計師會存在很多施工問題，影響施工進程，而采用BIM技術構(gòu)建虛擬建筑能夠解決很多施工問題[2]。通過BIM模擬施工，提前發(fā)現(xiàn)建筑設計存在的安全隱患，然后尋找解決辦法，從而在現(xiàn)實施工中直接解決這些問題和隱患，減少人力物力的損耗，這是BIM技術的優(yōu)勢所在。

2.解決傳統(tǒng)建筑設計難題

在設計住宅建筑的時候，傳統(tǒng)的設計方式是設計人員繪制平面圖，確定平面圖以后再繪制立體圖，接著還要繪制效果圖，這一設計過程需要耗費大量的人力、物力。住宅建筑設計圖的繪制要求設計人員要非常嚴謹和細心。傳統(tǒng)的設計方式下，圖紙的繪制過程十分復雜，設計人員在繪制過程中難免會出現(xiàn)一些錯誤，這對后續(xù)的施工會造成很大的影響。但是在使用了BIM技術以后，這些問題就迎刃而解。將BIM技術應用于住宅建筑設計，不僅可以減少物力和人力成本，提高設計人員的工作效率，還可以降低設計錯誤率，從而減少傳統(tǒng)建筑設計中存在的一系列問題。

3.減少對資源的消耗

在生產(chǎn)裝配式住宅構(gòu)件時，生產(chǎn)方式一般為流水線生產(chǎn)。這種方式既能減少施工成本，又能提高整體工作效率。流水線生產(chǎn)能夠減少環(huán)境污染，符合綠色、低碳、環(huán)保的設計發(fā)展理念。從整體上看，裝配式建筑和我國目前提倡的環(huán)保、低碳、綠色等理念相契合。目前，將BIM技術應用于裝配式住宅建筑設計，能夠提高設計精度和效率，減少對能源的消耗，減少資源浪費，還能減少建筑垃圾。使用裝配式綠色、低碳、節(jié)能建筑材料，有利于保護環(huán)境。

三、BIM技術在裝配式住宅設計中的應用

（一）在前期規(guī)劃中的應用

近年來，裝配式住宅的應用范圍越來越廣，一些建筑企業(yè)越來越重視BIM技術在裝配式住宅設計中的應用。在設計裝配式住宅時，BIM技術能發(fā)揮很大的作用。在施工前期，建筑企業(yè)要結(jié)合設計目標進行規(guī)劃，利用BIM技術可以全面分析施工現(xiàn)場的環(huán)境，例如分析場地的風環(huán)境、光環(huán)境，分析整個建筑的空間布局。在初步分析場地之后，可以構(gòu)建相應的模型，從而明確場地的總體布局。利用BIM技術能夠為建筑企業(yè)施工提供相應的數(shù)據(jù)支撐，為后續(xù)施工工作開展奠定基礎，提高設計效率，促進施工工作順利開展。

（二）在方案設計中的應用

在設計裝配式住宅時，將BIM技術應用于方案設計，不僅可以提高設計效率，還可以對設計方案進行優(yōu)化。在設計裝配式住宅時，設計人員可以利用BIM技術制定多個方案，并對其展開分析，對比不同方案中的建筑布局、造型、工程造價、結(jié)構(gòu)樣式、能耗等，從而得到最優(yōu)的方案。例如，在控制戶型面積的時候，利用BIM模型進行體塊推敲，從而確定各個功能空間的面積。建筑師在設計的時候可以結(jié)合BIM數(shù)據(jù)，修改、優(yōu)化設計方案，保證設計的科學性和合理性，從而推動后續(xù)施工工作的開展[3]。

（三）在協(xié)同設計中的應用

所謂的協(xié)同設計是構(gòu)建統(tǒng)一的設計標準，如線型、顏色、圖層、打印樣式等內(nèi)容，設計專業(yè)人員可以以此為基礎，在統(tǒng)一平臺上進行設計，建立各自專業(yè)的三維設計模型，然后將平臺上對各個設計人員的設計方案進行匯總，并整合分析，使不同設計團隊之間進行內(nèi)部交流，減少因為溝通不暢所造成的錯誤、疏漏等，實現(xiàn)圖紙信息的統(tǒng)一性。這樣當修改了某處地方，其他相關聯(lián)的地方會自動修改，設計效率隨之提高，設計質(zhì)量也會更高。

專業(yè)人員可以使用BIM技術實現(xiàn)信息的分享。在協(xié)作過程中，不同專業(yè)人員可以利用BIM平臺實現(xiàn)項目協(xié)作，提高設計的整體水平，及時分享相關信息，同時每個專業(yè)組都可以及時得到完整的項目信息和數(shù)據(jù)，成員查看相關信息的便捷性也隨之提高。在項目初步設計的過程中，施工單位可以利用BIM平臺討論該方案，這樣可以減少交流不足導致的各種工程問題，從而提高工作效率[4]。BIM平臺不僅能夠?qū)崿F(xiàn)信息共享的實時性，同時還可以確保信息的安全性，提高企業(yè)市場競爭力。

四、基于BIM技術的裝配式住宅設計——以廚房設計為例

（一）工程概況

本文選擇福建林業(yè)職業(yè)技術學院江南校區(qū)公租房設計項目進行公租房內(nèi)廚房模塊的裝配式設計。該區(qū)域公租房建筑占地面積578.19平方米，地上建筑層數(shù)為13層，總建筑面積7761.12平方米，地上計容建筑面積為7440.71平方米，建筑高度為36.6米，一層為架空停車場，二至十三層為單元式住宅。建筑設計等級為二級，耐火等級二級，建筑為鋼筋混凝土框架和剪力墻結(jié)構(gòu)體系，主體結(jié)構(gòu)合理使用年限為50年。本文主要進行公租房內(nèi)廚房模塊的裝配式設計，從公租房的特點和功能出發(fā)，結(jié)合工業(yè)化生產(chǎn)的建造成本、設計特點、設計標準展開設計。對于公租房中的廚房，采用標準化和模塊化的理念進行設計有助于實現(xiàn)最終的設計目標。以建筑師設計方案內(nèi)容為基礎，利用BIM數(shù)據(jù)庫，選擇和公租房尺寸相符的廚房模型，設計一體化廚房[5]。在實踐過程中，可根據(jù)現(xiàn)場情況進行微調(diào)，以滿足戶型設計要求。

在利用BIM數(shù)據(jù)庫展開設計的過程中，可以參考其功能模塊庫，然后按照需求直接選擇廚房模塊，按照統(tǒng)一的標準設計廚房。以開間進深尺寸模數(shù)協(xié)調(diào)為基本原則，處理好不同模型的接口問題，然后結(jié)合住宅適用人群的具體情況，制作廚房模塊平面圖（圖1）。

（二）設計要點及策略

在設計隔墻的時候，選擇輕鋼龍骨這一新型建筑材料，將白色作為墻壁板材的顏色，并使用樹脂螺栓架空窗一面的墻。窗套方面選擇和木地板的花紋類似的花色，從而使整個內(nèi)裝空間協(xié)調(diào)統(tǒng)一。其中，將室內(nèi)高度設計為2.85米，采用標準的墻壁板材尺寸。將結(jié)構(gòu)層到地板面層的高度設計為1.35米，使用刨花板作為地板的承力層，使用地面提高的方法鋪設地暖。將廚房地板的尺寸設計為850毫米×200毫米，選擇木色環(huán)紋地板。

應用BIM技術進行裝配式住宅設計時，將室內(nèi)凈空高度設計為2.85米，選擇鋁塑板材進行吊頂，花紋方面選擇噴涂的方式繪制幾何圖案。櫥柜的高度為850毫米，和吊柜之間的距離約為450毫米。廚房的上下水管通過地板的架空層。受到距離等因素的影響，煤氣管道也通過地板架空層。圖2為廚房板塊立面圖。

櫥柜的設計不僅會影響廚房的內(nèi)部功能，同時還會影響到其流線功能。在櫥柜的內(nèi)部中需要預留一個墻壁和托板實現(xiàn)連接，對于相鄰的櫥柜，可以使用山螺絲進行栓緊。集成灶的排煙煙道通過轉(zhuǎn)角櫥柜實現(xiàn)煙的排放。圖3為裝配式廚房內(nèi)部效果圖，可以將該廚房視為一個獨立的空間模塊，搭配其他模塊組成標準化戶型。整個廚房設計可實現(xiàn)裝配式安裝，實現(xiàn)整體化設計，既方便安裝又節(jié)省了空間。

五、結(jié)語

在設計裝配式住宅時，應用BIM技術具有一定的必要性。利用該技術可以構(gòu)建虛擬建筑模型，從而解決傳統(tǒng)建筑設計中的問題，不僅能夠降低設計成本，還可以減少資源的浪費，實現(xiàn)綠色環(huán)保設計。BIM技術有助于裝配式建筑的設計和建造，能夠推動現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，促進建筑業(yè)發(fā)展模式轉(zhuǎn)型。

參考文獻：

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[2]馮金鈺.BIM技術在預制裝配式住宅中的應用研究[J].建筑技術開發(fā)，2017（24）：1-2.

[3]閆俊玲.BIM技術在預制裝配式住宅中的應用分析[J].建筑技術開發(fā)，2017（4）：103-104.

[4]盧碗玫.BIM技術及其在建筑設計中的應用研究[D].天津：天津大學，2014.

[5]周勝利.BIM技術在裝配式住宅中的實踐應用：以某保障性住房項目為例[J].廣東建材，2019（7）：77-79.

作者單位：

福建林業(yè)職業(yè)技術學院