淺談BIM設計在裝配式項目中的運用
——以蔡甸區裝配式過渡房項目為例

陳晶 殷煒

1.中南建筑設計院有限公司 湖北 武漢 430000

2.中鐵第四勘察設計院集團有限公司 湖北 武漢 430000

裝配式建筑是以工業化建造方式為基礎，實現結構系統、外圍護系統、設備與管線系統、內裝系統等四大系統一體化，以及策劃、設計、生產與施工一體化的過程[1]。

其技術集成創新體現在，明確裝配式建筑的概念、內涵及頂層設計；首次構建裝配式建筑的四大建筑集成系統；提出裝配式建筑的系統集成設計；將建筑當做完整產品進行統籌設計；強調了裝配式建筑全生命期可持續的品質技術；對裝配式建筑“六化”提出建造方式要求。

裝配式建筑兩本標準規定的裝配式建筑系統集成關鍵包括四大基礎：一是強調裝配式建筑建造是系統組合的特點；二是解決四大系統之間的協同問題；三是解決各系統內部的協同問題；四是體現裝配式建筑的整體性能和可持續性[1]。

1 項目基本信息

1.1 項目概況

本項目為中建鋼構有限公司投資開發的蔡甸區過渡房項目，項目場地位于武漢市蔡甸區五賢北路附近。

過渡安置房項目作為一類由政府進行籌劃建設的福利性住房，建設量龐大，建設任務繁重。適用于可持續發展的工業化生產方式。在可研、設計、生產、施工和運營等環節形成成套集成生產技術，實現建筑產品節能、環保、全壽命周期價值最大化。

1.2 項目BIM要求

1.2.1 建筑設計標準化

降低生產成本，縮短生產時間，提高生產結果的可預測性，降低產品缺陷率，提高勞動生產率，提高利潤率。

1.2.2 構件部品生產工廠化

減少施工現場的工作量和勞動力，改善工人的勞動環境，加快生產進度、節約人工、提高效率，減少原料的浪費，保護環境。

1.2.3 施工安裝裝配化

施工人員現場裝配，減少濕作業，使建筑更安全、耐用、節能。

1.2.4 生產經營信息化

每一個構件的所有的信息完全掌握，了解每一部分的現狀，統籌運營。

1.2.5 建設項目生產集成化

對設計、制造、施工進行技術和標準整合，實現交流無障礙和三個生產過程的有效銜接。

2 項目BIM策略

2.1 基于BIM的概念設計

基于BIM的概念設計-Revit1.0綜合模型優勢：各個專業間采用鏈接的方式在一個模型體上設計,實現專業間信息傳遞的準確、及時、完整，同時通過協同和可視化及時發現、解決問題[2]。劣勢：所出圖紙和整體的三維模型無法滿足本項目的要求：1）模塊化；2）可持續利用3）集約化。

2.2 基于BIM的深化設計

以建造的方式搭建模型——三板預制裝配式體系模型（如圖1所示）。

圖1 BIM中心模型系統圖

預制構件體系模型是由預制屋面板，預制樓面板，預制墻板組成的三板預制裝配式體系模型。

內外裝飾部分，例如：鋼柱外包裝飾、入戶管線、梁外包、樓梯公共區域、樓板板面裝飾、吊頂，通過深化模型配置設計。

這種標準化的設計體系和模塊化的生產方式，契合工業化批量建造模式。選擇這種具有適應性的工業化建造方法，利用BIM信息模型對建筑中各種部品信息進行全過程信息跟蹤，實現真正的產業化裝修與施工。

2.3 基于BIM的施工策劃

用構造的標準將三板體系模型細化成由工業元件分級組成的精細元件模型。

真實信息錄入——與部品廠家聯合，建立真實產品的BIM信息模型，將廠家的產品信息錄入其中，給這個體系提供生產階段的信息支持。每種部品都附帶了編號、名稱、型號規格、成本等信息。

工程量統計數據——對部品的成本計算產生直觀可控的項目成本。

工程做法模擬——三維模型直接呈現構件連接方法。

施工進度模擬——廠家與施工方在同一平臺上安排施工進度。

運維端口預留——完備的數據庫后期可以直接與運維軟件對接。

3 預制鋼結構屋頂

3.1 建筑精細設計

本項目為雙坡鋼結構屋面，在BIM模型中一層層細化屋頂模型，采用三層結構拼合，從內至外依次為鋼框架、保溫層、壓型鋼板。同時細化各屋面節點構造，如：屋脊、檐溝、鎖邊構件等各交接處施工的三維模型，以便于施工時，作為施工的三維示意參考[3]。

3.2 結構分析研究

通過構建屋面的鋼結構屋頂模型，利用軟件進行結構變形、應力等相關結構計算。

3.3 三維動畫演示

通過BIM模型三維動畫演示，進行拼裝屋蓋框架，指導屋面施工。步驟如下：1）拼裝屋蓋框架；2）搭設屋蓋集成拼裝胎架；3）將屋架框架放置于胎架上；4）集成管線；5）鋪設保溫層及壓型鋼板；6）安裝下方吊頂。

4 預制鋼結構樓板

4.1 建筑精細設計

本項目為鋼結構樓板，在BIM模型中細化樓板模型，采用五層結構拼合，從上至下依次為內墻連接件、裝飾面板、板下預穿管線、鋼桁架、吊頂。同時細化各連接件處節點構造，以便于施工時，作為施工的三維示意參考。

4.2 結構分析研究

通過構建樓板的鋼結構模型，利用軟件進行結構變形、應力等相關結構計算，優化板間支撐位置。

4.3 三維動畫演示

通過BIM模型三維動畫演示，進行拼裝鋼結構樓板，指導樓面施工。步驟如下：1）裝配式樓板框架拼接；2）設置樓板拼裝胎架（高度1.8m的結構層）；3）裝配式樓板框架就位；4）集成管線；5）鋪設頂部水泥纖維板；6）安裝底部吊頂。

4.4 提交工廠預制

經過圖紙和模型及施工演示，核對設計數據無誤后，提交工廠進行構件生產，同時在出廠前完成基礎的樓板龍骨組裝和樓面石膏板鋪設。

5 預制輕鋼龍骨墻體

5.1 建筑精細設計

本項目為預制輕鋼龍骨墻體，在BIM模型中細化墻體模型，采用集成管線形式，形成管線-墻體一體化設計，節約內部使用空間，實現結構、裝飾、功能三位一體。從內至外依次為預埋管線、墻體與樓面角鋼連接件、墻體龍骨、主體墻體、裝飾面板。同時細化各連接件處節點構造，以便于施工時，作為施工的三維示意參考。

5.2 結構分析研究

通過構建墻板的鋼結構模型，利用軟件進行結構變形、應力等相關結構計算，優化板間支撐位置。

5.3 三維動畫演示

通過BIM模型三維動畫演示，進行拼裝鋼結構墻板，指導墻面施工。步驟如下：1）鋪設胎架、放線；2）鋪設鋼板；3）拼裝墻體框架及鋼筋；4）鋪設管線及鋼絲網；5）鋪設墻面板；6）墻面翻身；7）澆筑發泡混凝土；8）鋪設鋼絲網；9）鋪設墻面板；10）將墻體直立，進行粉刷裝飾。

5.4 提交工廠預制

經過圖紙和模型及施工演示，核對設計數據無誤后，提交工廠進行構件生產，同時在出廠前完成基礎的墻板龍骨組裝和墻面管線預埋鋪設等內容。

6 樣板房實踐

樣板房區域位于武漢市蔡甸區五賢北路附近，靠近項目實施地點，擬建規模10m*15m=150m2的樣板房。

具體流程如下：1、立鋼柱——2、搭建主體結構框架——3、安置預制樓板——4、安置輕鋼龍骨屋面——5、砌筑基礎墻體——6、安裝預制外墻——7、安裝鋼結構樓梯——8、安裝空調臺太陽能板。

7 BIM的實踐成果及總結

7.1 與廠家配合的一體化空間

對特殊功能空間模塊進行精細化設計，將家具，成品部品等模型置入模塊中，完成一體化的預制空間一體化模型。樓梯間公共區域，采用鋼樓梯，預制管道，裝修整體設計安裝（如圖2所示）；整體式衛浴，與廠家配合預留洞口，整體安裝衛浴房間，一體成型防水底盤，無滲漏隱患（如圖3所示）；結構牢固可靠，與建筑的構架獨立分開，安裝簡便，底盤直接與基面上固定，強板塊快速拼裝；集成排水：一體式排水地漏；太陽能集熱系統，預埋安裝連接件，現場直接安裝。

圖2 公共區域管道安裝圖

圖3 整體式衛浴安裝圖

7.2 現場細部處理

7.2.1 吊頂

吊頂內按照接線盒，用于墻板與樓板間電纜線連接，利于后期維修，電纜線采用纜蟲電線連接器。

7.2.2 鋼柱及梁外部裝飾

外包材料為發泡混凝土，放置于外側與水泥纖維板之間，是一種含有大量封閉氣泡，密度小，保溫隔熱，耐火的輕質節能環保型建筑材料。水泥纖維板是一種環保型安全綠色建筑材料，由合成木纖維組成，防火不燃級別為A1級，防水防潮，隔熱隔音，安全無毒，耐酸堿，耐腐蝕（如圖4所示）。

圖4 梁柱外包完工圖

7.2.3 樓板與主體結構的連接

樓板桁架與鋼梁梁托之間采用螺栓連接，樓板模塊端部預留200mm的空隙做后裝段（如圖5所示），除補裝樓板桁架對應的結構材料外，還需進行與其他結構間的水電管線貫通連接。

圖5 樓板與主體結構連接圖

7.2.4 柱與墻體連接

內墻板與鋼柱、鋼梁之間均采用L型角鐵和燕尾釘進行固定連接。

7.2.5 門與墻連接

上部軌道按照及門框外包。

7.3 完成成果

完成成果如圖6-8。

圖6 客廳

圖7 衛生間

圖8 項目實景外觀照片

8 結束語

對保障性住房標準化模塊化的研究與應用，是住宅產業化發展的理論前提和方法論基礎,其目的是為了建立一整套具有適應性與通用性的標準化設計體系。

根據研究成果形成的《保障性住房標準化設計型圖集》、《產業化技術圖集》、《BIM標準化部品圖庫》，實現建筑設計標準化、實現構件部品生產工廠化、實現施工安裝裝配化、實現生產經營信息化、實現建筑項目生產集成化。

在蔡甸區推動保障性住房產業化的發展標準的，可以為后期大批量建造提供堅實的技術基礎。