基于BIM的裝配式建筑裝修一體化設計及措施探討

文／華晶晶、徐志強 中國建筑第八工程局有限公司 上海 200122

引言：

裝配式建筑是通過工廠預制部品部件在工地進行模塊化組裝的一種新型建筑建造形式，相較于傳統建造方式，可在一定程度上減少人力、物力以及財力方面的浪費，提升施工安全性與速度，對環境較為友好，這為改善資源消耗與建筑行業勞動力供求矛盾日益緊張的現狀提供了新的思路。而BIM 技術的推廣與應用使得裝配式建筑裝修一體化得以實現，“BIM+裝配式裝修”注重消費者的個性化需求，能為消費者提供更為滿意的高品質建筑，推動行業可持續發展。

1、裝配式建筑裝修

以住宅建筑為例對裝配式裝修進行分析。

1.1 拆分裝修系統

住宅空間根據性質可劃分為書房、臥室、客廳、餐廳以及衛生間等空間，而住宅裝修以創造安全舒適的室內環境為目的，就是對住宅空間進行改善以及美化的一種行為。頂棚、墻面、樓地面等界面以及門窗的裝飾，陳設布置、固定家具以及水電管線系統安裝等是住宅裝修的主要內容。論文將裝修體系劃分為界面系統、廚衛系統以及管線系統，其中界面系統指的是直接連接建筑室內空間的樓地面、墻面、頂棚圍造空間的相關界面，將其二次拆分為樓地面、頂棚以及墻面3 個模塊；廚衛系統主要是營造廚衛物理環境與功能完善所涉及的相關部品構件，集成設計且整體安裝的新型廚衛系統，將其二次拆分為廚房模塊與衛浴模塊。

1.2 建立模數化體系

由于裝配式住宅主要構件均為標準化設計、工業化預制生產，再運到施工現場組裝而成，因而構件的標準化設計離不開模數化，裝配式建筑設計中模塊化集成是在模數制基礎上進行的。包括3 個關鍵要素：

（1）模數：根據極差數理論對國際模數數列進行確立，模數的基本單位為M（1M=100mm），向下為M/2，M/5，M/10 的分模數數列，向上為2M、3M、6M 的擴大模數數列，模數間數字協調性好且有均勻極差。

（2）模數化建立：為保證部品通用化與節點標準化，能夠基于模數單位自由組合部品，需進行裝飾部品的模塊化設計，部品構件尺度不同所需的模數也存在差異，如墻面板與吊頂飾面板進行模塊化設計時，考慮板材通用性與安裝便捷性，模數基本單位可選擇3M 或者2M，而集成櫥柜模塊化設計時櫥柜的模數基本單位則選擇1M；為實現櫥柜間拼接，單個櫥柜的長度與寬度應為基本單位的整數倍；附加板以及壓條等部品應根據尺寸選擇分模數，如壓條基本單位可采用M/5 或M/10。

（3）模數網格：裝配式住宅的內部構件是通過模數網格進行組合的，這就要求裝修設計時采用同樣的模數網格，為避免兩者出現尺寸偏差等問題，在設計階段就應采用模數網格中斷的方式實現住宅與裝修兩者模數網格間的協調。

1.3 一體化設計策略

1.3.1 空間層級

住宅初步設計階段需確定戶型空間尺度、層高、支撐結構以及墻體分割等，此時住宅與裝修設計是同步進行的，這樣做有兩方面好處：（1）能夠較大程度減少住宅設計對裝修風格的限制，例如裝修風格為極簡風，則戶型設計時就應盡量保持界面的完整性，減少連續門與斷墻；（2）能夠減少甚至避免住宅設計在功能方面對裝修設計造成的不良影響，如住宅設計層高過低則架空底板與吊頂設計就難以進行，需要基于空間功能采取優化措施。例如，廚房空間對吊頂需求高而對熱舒適性與層高等要求較低，若層高低則考慮安裝吊頂不安裝架空底板，若凈高不滿足吊頂安裝要求則應對層高進行更改。

1.3.2 系統層級

系統層級設計指的是裝修設計時為避免各系統間產生矛盾沖突，對各系統進行一體化設計，進行某一系統設計時應對其他系統的需求予以考量，例如，管線系統設計時可預留智能馬桶與空調的插口，而樓地面設計時可將管線系統與地暖模塊空間預留出來，注重系統間的集成設計，從美觀性與空間方面優化裝修設計，對不同系統進行組合。需要注意的是，應基于界面系統進行美觀層面的優化并將管線、設備系統與其結合起來進行設計，為增加空間整體性，可將整個空間組成與管線系統中體量大的部分結合起來，隱藏化處理管線系統中的開關與插座，或者將造型與界面紋理結合起來提升空間美觀性?；诠芫€系統對空間層面進行優化，設計應根據界面系統裝修方案進行，在集中的界面布置管線。為最大限度減少管線侵占室內空間，在墻面布置管線時應盡可能集中，減少管線較少墻面的架空層寬度，必要時也可不設架空層；若房間存在架空地板設計，應減少或避免吊頂架空。

系統層面一體化設計包括系統間一體化設計和系統內一體化設計，后者針對整體廚房與衛生間，這是因為廚衛空間小、功能豐富，包含許多設施設備，采用一體化設計能夠較好地實現功能性與美觀性的統一。以廚房為例，櫥柜設備是整個廚房空間的核心，管線與界面等系統的調整應根據設備系統進行，必要時根據住戶需求進行可變設計，預留出烤箱和洗碗機等設備的水電點位，基于模數化、模塊化思想進行櫥柜集成設計。

1.3.3 構件層級

連接構造設計是構件設計的關鍵，應遵循適度可變與易于安裝的原則。適度可變原則指的是構件設計時為防止誤差導致現場安裝問題而對部分構件采取彈性設計，若誤差不大則可利用彈性構件或構件自身可變性來解決，如針對隔墻龍骨設計可變龍骨，針對頂棚吊桿設計活動螺絲。而易于安裝原則是單個構件尺度不能過小，構件數量與種類不能過多。

裝飾層一體化設計主要針對板材的拼接處理。玄關隔斷、臥室背景墻以及電視墻等部位會涉及到不同類型板材的拼接處理，需要考慮材質觀賞性、拼縫處理、墻面凹凸與紋理搭接，對于色調與紋理差別大的材質，可用金屬條對拼縫進行強化，對于色調與紋理接近的材質則避免墻面凹凸過大將拼縫做淡化處理。吊頂板、地磚、地板、裝飾板以及瓷磚等拼縫處理是同類型板材拼接的主要處理內容，裝修要求高的起居室吊頂多為石膏板吊頂，粉刷與拼縫隱藏使用涂料與乳膠漆進行，而裝修要求不高的廚衛空間則多為明框鋁合金吊頂且無需處理拼縫。對于位置各異的板材拼接處理應利用材質、紋理、色調以及其他構造區分界面，如白色墻面配原木色地板，在地面與墻面的交界位置設置踢腳板。

1.3.4 色彩層級

由于墻面與入住者的活動間交互較多，加上門窗、掛鏡線、背景墻以及踢腳線等使得墻體設計更為復雜，對于面積小的房間，可采用一體式墻面，主色調采用同一顏色按照上淺下深原則布置，具體顏色選用依據房間實際功能與朝向，空間小房間選擇淺色調，西向房間選用偏冷色調，墻面、部品采用中間色，餐廳可使用橙色進行布置，臥室等休息空間不宜布置大紅色等過于鮮艷的顏色。頂棚設計主色調多選擇米黃、象牙白等單一的淺色，并結合吊頂造型以及與內部空間、家具布置或空間內其他界面紋理、顏色協調對應進行裝飾。

1.4 界面系統模塊化設計

1.4.1 頂棚

頂棚包含懸吊式與直接式，裝配式建筑裝修時對于直接式頂棚需要采用拼接或卡扣等方式將其與裝飾板固定起來，因而需要對裝飾進行模數化設計，從兩個角度分析，利用邊角彈性化設計可解決分模數尺度模數化問題，從板材部品組合入手解決擴大模數尺度模數化問題。標準版尺度設計中應避免單個部品重量與尺度過大或者過小，為了避免現場裁板應提前預制好小尺度板材，標準板與調節板組合可以是M 單位的整數；對M 以內的空隙做彈性設計以免出現切割板材或漏縫漏邊的情況，如采用修邊條方式。

1.4.2 墻體

室內墻面設計可通過不同紋理、材質以及色彩運用提升室內環境的美觀性。墻體部品模數與頂棚相同，采用部分組合與邊角彈性化設計方式進行解決。墻體界面調節板寬度為M 整數倍的可對大尺度模數化進行調節，而角板可根據實際情況生產，應遵循模數化原則與板材鋪設綜合設計電視墻、背景墻等墻面，線條與材質更換應以M 作為基本單位。

1.4.3 樓地面

地面直接受力且容易發生磨損，選擇地面材料時應著重考量功能性，其次才是藝術性和觀賞性，PVC 地板、木地板以及地磚比較常見。傳統樓地面界面裝飾板的模數化相對成熟，其單個面板尺度不大且切割難度不高，而裝配式裝修界面板材尺度小且不具備架空地面所需強度，因而在架空層與裝飾層之間設置承力板來解決。承力板主要功能為支撐和找平，因而鋪設時將所需板材寬度組合即可形成基于M 的連續整數，也可滿足任一進深房間要求。

1.5 廚衛系統設計

廚衛系統設計包含兩個方面：（1）集成櫥柜：基于櫥柜與電器接口標準化、模數統一化以及管線布置合理化的櫥電一體化設計理念，在櫥柜中融入電器功能，在同一模數網格設計櫥柜各部分尺度，櫥柜內部空間、各櫥柜間以及電器設備間應能完美組合，根據需求于櫥柜內部安裝網架、拉籃等各種形式的收納掛架，若收納不足可于墻面增設相應器具；設備尺度小可用櫥柜組合設計，同時采用整體板設計操作臺面，并與燃氣灶與水槽進行一體化設計。（2）集成吊頂：以扣板為單位的子模塊是吊頂的基礎，將照明、暖通以及新風等鋪設于架空層就能實現集成吊頂的多種功能。尺寸相同情況下，集成吊頂可實現模塊外觀造型的自由更換，如某尺度的板材可以更換為相同尺寸的照明或取暖模塊。

1.6 室內空間照明

傳統客廳一般照明多選擇吸頂燈或吊燈，在電視機或沙發附近布置落地燈或臺燈，現代風格客廳一般照明多選擇暗藏燈管，同時使用燈帶與射燈予以補充；功能復雜的廚房需要完成一些類的烹飪相關活動，于頂面集中均勻布置照明燈具，以免陰影對廚房活動操作產生影響，同時在工作臺面上設置燈帶補充照明，對于功能相對單一的餐廳，可選擇2800K 左右暖色光作為光源，照明則是在餐桌上方布置吊燈；衛生間采光多選擇集成吊頂，補充照明則于梳妝鏡和洗手臺設置燈帶；對于以睡眠為主要功能的臥室選用低色溫的暖色光，一般照明選用暗藏燈管，并在寫字臺床頭等位置設置臺燈、落地燈或者壁燈。

2、BIM 裝修模塊庫

2.1 建立模塊庫

“BIM 技術+裝配式建筑”住宅裝修設計以實現標準化、信息化裝修為目的，優化裝修設計，提升設計水平，實現裝修部品的工業化、標準化生產。其中，建立模塊庫是必要且重要的。模塊庫建立流程包括：裝修部品分類選擇-部品模型編碼與信息創建-裝修部品審核入庫-裝修模塊管理功能實現-裝修部品分類與選擇。創建過程中對模塊庫內容予以豐富從而避免部品數量過少不能滿足設計需求，同時模塊庫應同時為設計師與廠家提供服務，使得兩者均可調用其中數據以提升工作效率。

2.2 編碼及管理

編碼方面應遵循唯一性、簡明性與合理性的原則，具體編碼應在部品分類的基礎上進行，注意不能按照一個標準區分系統的不同構件，應單獨分類各個系統。編碼分為類型編碼與屬性編碼，前者將所在系統、一級與二級模塊都包含在內，以拼音形式表述系統與一級模塊的編碼，后者則包含部品材質、顏色以及尺度等屬性信息，這些參數是為了保證部品的唯一性。管理方面，部品庫權限包括管理與使用，修改、審核、刪除以及入庫等操作屬于管理權限內容，由管理人員所享；使用權限則是使用人員享有但只有信息提取、提交權限而不涉及刪改等管理權限，但可向管理人員反饋信息。

3、案例分析

3.1 工程概況

本工程總建筑面積50.6 萬m，包含地下23.3 萬m以及地上27.3 萬m，建筑功能涉及到地下配套設施、住宅以及商用等。

3.2 一體化設計

3.2.1 設計流程

就設計思維而言，裝配式住宅建筑與內裝設計方案相互促進生成，沒有主次之分，很大程度上可以降低建筑空間對內裝的限制，減少兩者的矛盾與沖突。就建造流程而言，受建造模式影響，裝配式住宅建筑需多專業協同完成設計工作。由于裝配式住宅是采用預制部品構件拼裝完成的，這就對部品構件設計、生產以及拼裝等環節的協同提出了較高的要求，對相關人員專業素養要求較高，在設計流程中需要對各個專業設計方案協同性予以考量，方案設計、施工圖方案和深化方案均由統一團隊完成一體化設計。

3.2.2 BIM 技術的應用

BIM 技術應用包括：（1）BIM 族庫與模型的建立：結合工廠生產情況對預制構件參數化族庫進行構建，并將設計、生產以及施工等各個環節串聯起來；利用BIM 技術，就所需構件進行建模并建立構件庫，按照其類型編碼，將模型與裝配構件通過內置插件聯系起來，進而確定各構件位置。（2）可視化裝修方案的設計：利用BIM 技術可視化功能展示整體設計方案，形成可視化的樣板間供消費者觀看，系統內置參數調整功能可以提供個性化定制服務。

3.2.3 裝配式裝修

裝配式墻板使用全墻掛板密拼技術連接，內層支撐使用輕鋼龍骨并將管線層預留，在保溫層安裝巖棉板，裝飾層選擇復合墻板材料，采用全干法施工。使用金屬封條與假縫裝飾墻面接縫，除浴室淋浴區采用防水底盤外，其余墻面與地面裝飾板采用硅酸鈣復合板材料。如圖1所示，架空地板與地暖安裝時，樓地層找平采用地面支架，并將水電管線布置在其中，利用卡扣與螺栓實現地面支架與承載基板間的固定。采暖選用低溫熱水系統，于地暖上部完成封頂安裝。吊頂以石膏板為主，使用輕鋼龍骨作為結構體系支撐，廚衛則選用鋁扣板材料。

圖1 架空地板與地暖安裝

3.3 “BIM+裝配式裝修”的優越性與缺陷

（1）優越性方面，相較于傳統裝修，“BIM+裝配式裝修”優越性表現在節約資源與施工時間，對環境友好?？晒澕s60%的施工時間，由于采用預制方式，施工時簡單安裝即可，同時管線分離設計在保證管線層完整的前提下減少了修復。

（2）缺陷方面，由于構件采用預制方式可能會存在一定的邊角料與廢料，而且受當前產業化水平影響批量化優勢還能形成，使得成本較高，高出同檔次20%-30%，接口通用性不高會對施工中的替換產生一定限制，無法更換為不同類型裝飾板。同時裝飾層存在一定問題，如選用硅酸鈣板在打印不同材質時存在種類限制，質感模仿效果有待提升，裝飾層難以完美將原材料質感表現出來。

結語:

綜上所述，隨著資源緊缺問題的與勞動力匱乏的日益突出，綠色環保且發展前景廣闊的裝配式建筑逐漸興起。BIM 技術在建筑行業有效應用為裝配式建筑裝修一體化設計提供了有力的技術支撐，使其得以實現。“BIM+裝配式裝修”一體化設計存在諸多不可取代的優勢，同時也存在一些不足，相信隨著技術的發展以及研究的深入，這種信息化、一體化的裝修設計模式的優勢將會得到更為充分的發揮。