基于BIM技術(shù)的裝配式住宅設(shè)計(jì)策略研究

吳燕青 吳超濱 袁玲

摘 要：隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，建筑技術(shù)不斷進(jìn)步，BIM技術(shù)日益成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、提升企業(yè)效益的工具和手段。近年來(lái)，裝配式住宅與BIM技術(shù)在提高設(shè)計(jì)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(guò)闡述裝配式住宅含義及BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，探究BIM技術(shù)在裝配式住宅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，并以廚房設(shè)計(jì)為例分析基于BIM技術(shù)的裝配式住宅設(shè)計(jì)策略，以促進(jìn)裝配式住宅設(shè)計(jì)創(chuàng)新發(fā)展，推動(dòng)現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);裝配式住宅;廚房設(shè)計(jì)

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

一、裝配式住宅的定義、構(gòu)件和特點(diǎn)

（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(lái)傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)轉(zhuǎn)移到構(gòu)件加工廠進(jìn)行，在工廠加工制作好樓板、地板、墻板、陽(yáng)臺(tái)等構(gòu)件，然后運(yùn)輸?shù)浇ㄖ┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組合拼裝，通過(guò)可靠的連接方式在現(xiàn)場(chǎng)裝配安裝而成的建筑。裝配式住宅采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)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(lè)高，一個(gè)個(gè)建筑構(gòu)件可以像搭積木一樣一層一層拼裝起來(lái)，這樣不僅可以提高建筑施工的質(zhì)量，還能加快工程進(jìn)度，有利于文明施工、安全管理。

對(duì)于裝配式住宅而言，在具體施工的過(guò)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，從而保障整個(gè)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(fù)責(zé)承重，地板、樓梯為次級(jí)受力構(gòu)件。在裝配式住宅設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，預(yù)制的構(gòu)件包括疊合樓板、樓梯、空調(diào)板以及飄窗等?，F(xiàn)階段，商業(yè)開發(fā)項(xiàng)目通常會(huì)使用裝配式建筑的構(gòu)建方式，“三板”應(yīng)用工程的預(yù)制率一般可以達(dá)到20%以上。

（二）裝配式住宅的特點(diǎn)

在現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)作業(yè)的空間局限性，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。目前，裝配式住宅所采用的構(gòu)件在工廠預(yù)制完成，在施工、裝修等環(huán)節(jié)使用。在施工過(guò)程中，工廠可以負(fù)責(zé)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(biāo)準(zhǔn)化，管理更加信息化，具有很高的性價(jià)比，符合綠色建筑設(shè)計(jì)理念。

二、BIM技術(shù)定義及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（一）BIM技術(shù)定義

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡(jiǎn)稱BIM）是指建筑物在設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中，創(chuàng)建和使用的“可計(jì)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(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。BIM技術(shù)是在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多維模型信息集成技術(shù)，是伴隨著信息技術(shù)在建筑業(yè)的深入運(yùn)用而產(chǎn)生的，是對(duì)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(dá)，它能夠應(yīng)用于工程項(xiàng)目規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工、預(yù)算、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等各個(gè)階段，實(shí)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(chǔ)上的數(shù)據(jù)共享。BIM技術(shù)不僅能夠用于設(shè)計(jì)之中，還可應(yīng)用于項(xiàng)目全壽命周期的工程管理等其他領(lǐng)域。在應(yīng)用階段，BIM技術(shù)能夠提供一個(gè)協(xié)作的平臺(tái)供項(xiàng)目各方使用，同時(shí)不斷豐富、更新數(shù)據(jù)庫(kù)。

（二）BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.實(shí)現(xiàn)虛擬建筑構(gòu)建

在設(shè)計(jì)裝配式住宅的時(shí)候，可以利用BIM構(gòu)建虛擬建筑模型。在過(guò)去的施工過(guò)程中設(shè)計(jì)師會(huì)存在很多施工問(wèn)題，影響施工進(jìn)程，而采用BIM技術(shù)構(gòu)建虛擬建筑能夠解決很多施工問(wèn)題[2]。通過(guò)BIM模擬施工，提前發(fā)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)存在的安全隱患，然后尋找解決辦法，從而在現(xiàn)實(shí)施工中直接解決這些問(wèn)題和隱患，減少人力物力的損耗，這是BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在。

2.解決傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)難題

在設(shè)計(jì)住宅建筑的時(shí)候，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式是設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)過(guò)程需要耗費(fèi)大量的人力、物力。住宅建筑設(shè)計(jì)圖的繪制要求設(shè)計(jì)人員要非常嚴(yán)謹(jǐn)和細(xì)心。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式下，圖紙的繪制過(guò)程十分復(fù)雜，設(shè)計(jì)人員在繪制過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，這對(duì)后續(xù)的施工會(huì)造成很大的影響。但是在使用了BIM技術(shù)以后，這些問(wèn)題就迎刃而解。將BIM技術(shù)應(yīng)用于住宅建筑設(shè)計(jì)，不僅可以減少物力和人力成本，提高設(shè)計(jì)人員的工作效率，還可以降低設(shè)計(jì)錯(cuò)誤率，從而減少傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)中存在的一系列問(wèn)題。

3.減少對(duì)資源的消耗

在生產(chǎn)裝配式住宅構(gòu)件時(shí)，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(shè)計(jì)發(fā)展理念。從整體上看，裝配式建筑和我國(guó)目前提倡的環(huán)保、低碳、綠色等理念相契合。目前，將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式住宅建筑設(shè)計(jì)，能夠提高設(shè)計(jì)精度和效率，減少對(duì)能源的消耗，減少資源浪費(fèi)，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(hù)環(huán)境。

三、BIM技術(shù)在裝配式住宅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（一）在前期規(guī)劃中的應(yīng)用

近年來(lái)，裝配式住宅的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，一些建筑企業(yè)越來(lái)越重視BIM技術(shù)在裝配式住宅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。在設(shè)計(jì)裝配式住宅時(shí)，BIM技術(shù)能發(fā)揮很大的作用。在施工前期，建筑企業(yè)要結(jié)合設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行規(guī)劃，利用BIM技術(shù)可以全面分析施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，例如分析場(chǎng)地的風(fēng)環(huán)境、光環(huán)境，分析整個(gè)建筑的空間布局。在初步分析場(chǎng)地之后，可以構(gòu)建相應(yīng)的模型，從而明確場(chǎng)地的總體布局。利用BIM技術(shù)能夠?yàn)榻ㄖ髽I(yè)施工提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支撐，為后續(xù)施工工作開展奠定基礎(chǔ)，提高設(shè)計(jì)效率，促進(jìn)施工工作順利開展。

（二）在方案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在設(shè)計(jì)裝配式住宅時(shí)，將BIM技術(shù)應(yīng)用于方案設(shè)計(jì)，不僅可以提高設(shè)計(jì)效率，還可以對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。在設(shè)計(jì)裝配式住宅時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以利用BIM技術(shù)制定多個(gè)方案，并對(duì)其展開分析，對(duì)比不同方案中的建筑布局、造型、工程造價(jià)、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(shí)候，利用BIM模型進(jìn)行體塊推敲，從而確定各個(gè)功能空間的面積。建筑師在設(shè)計(jì)的時(shí)候可以結(jié)合BIM數(shù)據(jù)，修改、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，從而推動(dòng)后續(xù)施工工作的開展[3]。

（三）在協(xié)同設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

所謂的協(xié)同設(shè)計(jì)是構(gòu)建統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如線型、顏色、圖層、打印樣式等內(nèi)容，設(shè)計(jì)專業(yè)人員可以以此為基礎(chǔ)，在統(tǒng)一平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，建立各自專業(yè)的三維設(shè)計(jì)模型，然后將平臺(tái)上對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行匯總，并整合分析，使不同設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)之間進(jìn)行內(nèi)部交流，減少因?yàn)闇贤ú粫乘斐傻腻e(cuò)誤、疏漏等，實(shí)現(xiàn)圖紙信息的統(tǒng)一性。這樣當(dāng)修改了某處地方，其他相關(guān)聯(lián)的地方會(huì)自動(dòng)修改，設(shè)計(jì)效率隨之提高，設(shè)計(jì)質(zhì)量也會(huì)更高。

專業(yè)人員可以使用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的分享。在協(xié)作過(guò)程中，不同專業(yè)人員可以利用BIM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目協(xié)作，提高設(shè)計(jì)的整體水平，及時(shí)分享相關(guān)信息，同時(shí)每個(gè)專業(yè)組都可以及時(shí)得到完整的項(xiàng)目信息和數(shù)據(jù)，成員查看相關(guān)信息的便捷性也隨之提高。在項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)的過(guò)程中，施工單位可以利用BIM平臺(tái)討論該方案，這樣可以減少交流不足導(dǎo)致的各種工程問(wèn)題，從而提高工作效率[4]。BIM平臺(tái)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)信息共享的實(shí)時(shí)性，同時(shí)還可以確保信息的安全性，提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

四、基于BIM技術(shù)的裝配式住宅設(shè)計(jì)——以廚房設(shè)計(jì)為例

（一）工程概況

本文選擇福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院江南校區(qū)公租房設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行公租房?jī)?nèi)廚房模塊的裝配式設(shè)計(jì)。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(jì)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(chǎng)，二至十三層為單元式住宅。建筑設(shè)計(jì)等級(jí)為二級(jí)，耐火等級(jí)二級(jí)，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(jìn)行公租房?jī)?nèi)廚房模塊的裝配式設(shè)計(jì)，從公租房的特點(diǎn)和功能出發(fā)，結(jié)合工業(yè)化生產(chǎn)的建造成本、設(shè)計(jì)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)展開設(shè)計(jì)。對(duì)于公租房中的廚房，采用標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)有助于實(shí)現(xiàn)最終的設(shè)計(jì)目標(biāo)。以建筑師設(shè)計(jì)方案內(nèi)容為基礎(chǔ)，利用BIM數(shù)據(jù)庫(kù)，選擇和公租房尺寸相符的廚房模型，設(shè)計(jì)一體化廚房[5]。在實(shí)踐過(guò)程中，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行微調(diào)，以滿足戶型設(shè)計(jì)要求。

在利用BIM數(shù)據(jù)庫(kù)展開設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可以參考其功能模塊庫(kù)，然后按照需求直接選擇廚房模塊，按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)廚房。以開間進(jìn)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(wèn)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(shè)計(jì)要點(diǎn)及策略

在設(shè)計(jì)隔墻的時(shí)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(gè)內(nèi)裝空間協(xié)調(diào)統(tǒng)一。其中，將室內(nèi)高度設(shè)計(jì)為2.85米，采用標(biāo)準(zhǔn)的墻壁板材尺寸。將結(jié)構(gòu)層到地板面層的高度設(shè)計(jì)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(shè)地暖。將廚房地板的尺寸設(shè)計(jì)為850毫米×200毫米，選擇木色環(huán)紋地板。

應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行裝配式住宅設(shè)計(jì)時(shí)，將室內(nèi)凈空高度設(shè)計(jì)為2.85米，選擇鋁塑板材進(jìn)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(guò)地板的架空層。受到距離等因素的影響，煤氣管道也通過(guò)地板架空層。圖2為廚房板塊立面圖。

櫥柜的設(shè)計(jì)不僅會(huì)影響廚房的內(nèi)部功能，同時(shí)還會(huì)影響到其流線功能。在櫥柜的內(nèi)部中需要預(yù)留一個(gè)墻壁和托板實(shí)現(xiàn)連接，對(duì)于相鄰的櫥柜，可以使用山螺絲進(jìn)行栓緊。集成灶的排煙煙道通過(guò)轉(zhuǎn)角櫥柜實(shí)現(xiàn)煙的排放。圖3為裝配式廚房?jī)?nèi)部效果圖，可以將該廚房視為一個(gè)獨(dú)立的空間模塊，搭配其他模塊組成標(biāo)準(zhǔn)化戶型。整個(gè)廚房設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)裝配式安裝，實(shí)現(xiàn)整體化設(shè)計(jì)，既方便安裝又節(jié)省了空間。

五、結(jié)語(yǔ)

在設(shè)計(jì)裝配式住宅時(shí)，應(yīng)用BIM技術(shù)具有一定的必要性。利用該技術(shù)可以構(gòu)建虛擬建筑模型，從而解決傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，不僅能夠降低設(shè)計(jì)成本，還可以減少資源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保設(shè)計(jì)。BIM技術(shù)有助于裝配式建筑的設(shè)計(jì)和建造，能夠推動(dòng)現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，促進(jìn)建筑業(yè)發(fā)展模式轉(zhuǎn)型。

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作者單位：

福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院