基于BIM技術(shù)在嶺南鄉(xiāng)村裝配式民居設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探究

李浩， 卞觀宇

（廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院）

1 引言

隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的全面推進(jìn)，鄉(xiāng)村民居建造已成為我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展的重要組成部分。然而在生態(tài)文明視域下，堅(jiān)守住綠水青山，推動(dòng)鄉(xiāng)村民居建設(shè)綠色發(fā)展，使鄉(xiāng)村民居建造更具科學(xué)、環(huán)保、安全等已是社會(huì)行業(yè)各界關(guān)注的重要研究課題。BIM技術(shù)應(yīng)用于城市裝配式建筑已在我國(guó)主要城市廣泛應(yīng)用，但在廣大的鄉(xiāng)村地區(qū)，鄉(xiāng)村裝配式民居的設(shè)計(jì)和施工等目前還處于起步階段。因此，就加強(qiáng)BIM技術(shù)在鄉(xiāng)村裝配式民居設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究具有非常現(xiàn)實(shí)的社會(huì)意義。

2 BIM技術(shù)定義及優(yōu)勢(shì)

BIM （Buliding Information Modeling）是建筑信息模型的簡(jiǎn)稱。自2002年歐特克( Autodesk) 公司推出，它是指建筑物在設(shè)計(jì)和建造過程中，創(chuàng)建和使用的“可計(jì)算數(shù)字信息”[1]。BIM技術(shù)已有約二十多年的發(fā)展，現(xiàn)今得到建筑行業(yè)的廣泛應(yīng)用。具體指區(qū)別傳統(tǒng)的CAD二維設(shè)計(jì)，以信息技術(shù)手段進(jìn)行的虛擬仿真三維設(shè)計(jì)，包括但不限于BIM軟件規(guī)劃分析、設(shè)計(jì)、造價(jià)、施工、運(yùn)營(yíng)管理、驗(yàn)收等服務(wù)。

BIM技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)，區(qū)別于其他傳統(tǒng)軟件技術(shù)主要體現(xiàn)為具有可視化、參數(shù)化、協(xié)同化、模擬化等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。尤其是在不同項(xiàng)目、不同軟件、不同專業(yè)、不同單位及參與者之間具有出色的協(xié)調(diào)能力，能有效提高生產(chǎn)效率，加強(qiáng)質(zhì)量控制和綠色低碳排放等方面具有獨(dú)一無二的優(yōu)勢(shì)。

3 鄉(xiāng)村裝配式民居的定義和特點(diǎn)

鄉(xiāng)村裝配式民居區(qū)別于城市工業(yè)性、公共性、商業(yè)性、農(nóng)業(yè)性等裝配式建筑。范圍和定義可理解為應(yīng)用于廣大美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的低層農(nóng)民裝配式住宅、民宿、臨時(shí)居住用房等配套建設(shè)項(xiàng)目，區(qū)別于傳統(tǒng)民居建造方式通過工廠預(yù)制各部件并在現(xiàn)場(chǎng)工地裝配而成的民居建筑。主要包括鄉(xiāng)村裝配式混凝土民居建筑、鄉(xiāng)村裝配式鋼結(jié)構(gòu)民居建筑和鄉(xiāng)村裝配式木結(jié)構(gòu)民居建筑三大種類。主要特點(diǎn)體現(xiàn)為：大部分部件異地工廠加工完成，減少現(xiàn)場(chǎng)澆筑作業(yè)，建筑裝修一體化，生產(chǎn)效率較高，符合綠色節(jié)能要求，建造成本控制等方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。但不同材料和技術(shù)的鄉(xiāng)村裝配式民居建筑又有其不同的特點(diǎn)。

3.1 鄉(xiāng)村裝配式混凝土民居建筑

鄉(xiāng)村裝配式混凝土民居建筑也稱為鄉(xiāng)村PC建筑，因?yàn)镻C是預(yù)制混凝土的意思。目前PC建筑已在我國(guó)大中城市廣泛受到關(guān)注，尤其是在房地產(chǎn)商品房已得到了較好的應(yīng)用和實(shí)踐[2]。能較好地改變工地臟、亂、差的現(xiàn)象，適合應(yīng)用于不同的地理和氣候環(huán)境。尤其是全現(xiàn)澆外墻能較好的區(qū)別傳統(tǒng)建筑外墻磚體開裂、空鼓、滲漏等問題，能較好地提升建筑質(zhì)量。但由于其投資相對(duì)較大，個(gè)性化不足和需多專業(yè)協(xié)調(diào)等，也存在一定缺點(diǎn)。尤其是多專業(yè)協(xié)同就必須借助BIM技術(shù)手段來把控整個(gè)工程過程，提高設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝的精度。

3.2 鄉(xiāng)村裝配式鋼結(jié)構(gòu)民居建筑

鄉(xiāng)村裝配式鋼結(jié)構(gòu)民居建筑具有較好的抗震性、抗風(fēng)性、環(huán)保性、舒適性、可循環(huán)性、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。其墻體采用節(jié)能材料，具有較好的隔熱和隔音效果，所以較為適合地處亞熱帶的嶺南地區(qū)。也正因如此，其因受地理氣候影響，所以在應(yīng)用范圍上也有一定局限性。但總體而言，通過BIM技術(shù)的支持，對(duì)于鄉(xiāng)村臨時(shí)性建筑、民宿、小型鄉(xiāng)村民居住宅等采用裝配式鋼結(jié)構(gòu)民居建筑還是不錯(cuò)的選擇。

3.3 鄉(xiāng)村裝配式木結(jié)構(gòu)民居建筑

鄉(xiāng)村裝配式木結(jié)構(gòu)民居建筑是以木結(jié)構(gòu)為主要承重的建筑，我國(guó)古代傳統(tǒng)榫卯技術(shù)與裝配式具有異曲同工之處?，F(xiàn)今信息技術(shù)和工業(yè)技術(shù)都相對(duì)成熟，借助BIM技術(shù)的支撐，裝配式木結(jié)構(gòu)建筑的相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件、柱、梁、斗拱等均可以在工廠加工批量完成，然后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組裝。因此，傳承并發(fā)展裝配式木結(jié)構(gòu)民居建筑，如能結(jié)合當(dāng)下生產(chǎn)和生活所需，能較好地實(shí)現(xiàn)防潮、防火、防腐等處理。裝配式木結(jié)構(gòu)民居建筑在廣大的民族風(fēng)情鄉(xiāng)村中得到傳承和應(yīng)用，對(duì)美麗鄉(xiāng)村風(fēng)貌的傳承與保護(hù)具有積極的作用。

4 嶺南鄉(xiāng)村裝配式民居的發(fā)展現(xiàn)狀

嶺南地區(qū)氣候濕熱多雨，各民居建筑風(fēng)貌各異。經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平整體位于我國(guó)前沿，尤其是廣東地區(qū)鋼產(chǎn)量、工業(yè)化水平、技術(shù)人才隊(duì)伍等都處于領(lǐng)先地位。大力發(fā)展鄉(xiāng)村裝配式民居建筑，在嶺南鄉(xiāng)村有廣闊的市場(chǎng)需求。

嶺南地區(qū)鄉(xiāng)村民居受技術(shù)手段制約、宣傳少和政策鼓勵(lì)等因素影響。當(dāng)前嶺南鄉(xiāng)村民居依然采用磚混結(jié)構(gòu)體系建筑為主，同時(shí)存在建造具有隨意性、缺乏專業(yè)人士設(shè)計(jì)和圖紙施工，建筑缺少抗震設(shè)計(jì)，安全性能差，建筑垃圾隨意堆放，缺乏有效施工管理等問題。尤其是鄉(xiāng)村自建房基本不受相關(guān)規(guī)范的制約，農(nóng)民缺乏生態(tài)意識(shí)同時(shí)具有“攀比”和“崇洋”等心理，導(dǎo)致鄉(xiāng)村民居風(fēng)貌缺乏地域特色，毫無標(biāo)準(zhǔn)性和生態(tài)性。在研究方面，因?yàn)殛P(guān)注力度不足，鄉(xiāng)村裝配式民居相關(guān)技術(shù)研究與實(shí)踐較少，缺乏相關(guān)法規(guī)和規(guī)范?？傮w而言，目前嶺南地區(qū)乃至全國(guó)鄉(xiāng)村裝配式民居案例實(shí)踐較少，發(fā)展較為緩慢。

5 BIM技術(shù)在嶺南鄉(xiāng)村裝配式民居設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

5.1 在規(guī)劃選址中的應(yīng)用

在信息化時(shí)代的今天，現(xiàn)今鄉(xiāng)村民居依然缺少整體規(guī)劃設(shè)計(jì)，自建房見縫插針，毫無章法地生長(zhǎng)著。村民在民居規(guī)劃選址上基本依賴于傳統(tǒng)風(fēng)水理念，對(duì)道路紅線、高度限制指標(biāo)、周圍人文景觀、氣候環(huán)境和光照環(huán)境等均缺少科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。導(dǎo)致建筑在規(guī)劃選址、朝向、排列等出現(xiàn)異常凌亂的局面。BIM技術(shù)能較好的在進(jìn)行具體建筑設(shè)計(jì)之前，能全面分析現(xiàn)有選址環(huán)境，在初步分析場(chǎng)地環(huán)境后能較好地為鄉(xiāng)村裝配式民居在布局、朝向、場(chǎng)地關(guān)系等奠定重要信息基礎(chǔ)。

5.2 在設(shè)計(jì)方案中的應(yīng)用

設(shè)計(jì)方案是往往村民群眾最為關(guān)注的階段，決定民居后期功能使用的合理性，室內(nèi)空間布局的科學(xué)性和建筑外觀的美觀性等。以往方案設(shè)計(jì)先通過CAD軟件平面布局進(jìn)行二維方案推導(dǎo)，對(duì)于缺乏專業(yè)知識(shí)的普通群眾而言二維圖形缺少立體感和易識(shí)讀性，容易產(chǎn)生識(shí)圖錯(cuò)誤，不容易理解設(shè)計(jì)師方案意圖。再者便是通過SketchUp軟件進(jìn)行形體建筑模型的制作與推敲，也缺乏全方位及科學(xué)的數(shù)據(jù)性支撐。傳統(tǒng)方案設(shè)計(jì)技術(shù)手段從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案過程中效率較低，溝通成本過高。鄉(xiāng)村裝配式民居通過BIM技術(shù)能迅速形成三維模型，進(jìn)行多方案比較與多數(shù)據(jù)實(shí)行實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)對(duì)比，能較好減少設(shè)計(jì)師的時(shí)間成本，保證設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)特定地域文化和特定人群需求，通過BIM技術(shù)進(jìn)行裝配式民居設(shè)計(jì)方案研究，形成民居設(shè)計(jì)方案資源庫。

5.3 在深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

深化設(shè)計(jì)是鄉(xiāng)村裝配式民居施工準(zhǔn)備階段的重要一環(huán)。精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，能杜絕傳統(tǒng)CAD深化設(shè)計(jì)人工修改時(shí)容易產(chǎn)生的錯(cuò)誤。因?yàn)轭A(yù)制裝配式構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)要求，對(duì)模型數(shù)據(jù)或圖紙數(shù)據(jù)的精度要求相對(duì)較高。鄉(xiāng)村裝配式民居通過BIM技術(shù)形成建筑模型深化設(shè)計(jì)，然后裝配式設(shè)計(jì)人員可借助BIM模型信息二次深化三維信息，最終還能生成二維圖紙。最后再借助二維設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行模具生產(chǎn)、加工裝配式民居各部件，將設(shè)計(jì)圖紙又可進(jìn)行進(jìn)一步深化，可以使設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息更加精準(zhǔn)[3]。

5.4 在各專業(yè)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)，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)，不同專業(yè)之間也可以進(jìn)行協(xié)同作業(yè)，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[4]。BIM技術(shù)改變了傳統(tǒng)CAD技術(shù)時(shí)代各專業(yè)缺少統(tǒng)一的技術(shù)平臺(tái)。傳統(tǒng)鄉(xiāng)村民居的建造，通常是土建與裝修分離，結(jié)構(gòu)更是以經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，缺乏數(shù)據(jù)計(jì)算，電氣和給排水等更是通過二次裝修進(jìn)行。各專業(yè)分離、不協(xié)同作業(yè)、經(jīng)驗(yàn)主義等因素使后期二次裝修往往又要對(duì)原土建進(jìn)行拆改，產(chǎn)生的直接影響就是導(dǎo)致資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。如果鄉(xiāng)村引入裝配式民居并通過BIM技術(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)，減少設(shè)計(jì)資源和生產(chǎn)資源的浪費(fèi)，從而提高設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率。

5.5 在施工裝配及管理中的應(yīng)用

BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)鄉(xiāng)村裝配式民居可視化的模擬施工，從而能為后期各部件與現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆基礎(chǔ)提前制定科學(xué)準(zhǔn)確的建造方法和步驟。最終能做到可預(yù)知性，達(dá)到“先試后建”的目的，排除實(shí)際建造過程中可能會(huì)產(chǎn)生的錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)。也可以實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境下的施工進(jìn)度和周期管理的模擬，避免裝配過程管理混亂，裝配部件堆積過多，占用鄉(xiāng)村公共土地資源等問題的產(chǎn)生。在實(shí)際中，BIM技術(shù)能讓現(xiàn)場(chǎng)施工人員和管理人員有效獲取設(shè)計(jì)及生產(chǎn)過程中的信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息共享，提高施工現(xiàn)場(chǎng)效率，能夠保證鄉(xiāng)村裝配式民居在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完工，實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理。

5.6 在工程驗(yàn)收和維護(hù)中的應(yīng)用

基于BIM技術(shù)貫穿于鄉(xiāng)村裝配式民居建造前、中、后期全生命周期過程。后期驗(yàn)收也可基于科學(xué)精準(zhǔn)的模型數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)收活動(dòng)，從而能較好地保證建造質(zhì)量。驗(yàn)收過程中也可以動(dòng)態(tài)收集施工過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類歸納并存檔，重新生成BIM三維模型數(shù)據(jù)庫，能為日后部件的維修和維護(hù)儲(chǔ)備數(shù)據(jù)。這樣便能實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目實(shí)體和數(shù)字化竣工工程交付使用[5]。

6 結(jié)語

綜上所述，BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)鄉(xiāng)村裝配式民居信息化、工業(yè)化、綠色節(jié)能協(xié)同發(fā)展。從長(zhǎng)遠(yuǎn)意義看，有助于國(guó)家當(dāng)下提出的碳達(dá)峰與碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。鄉(xiāng)村裝配式民居是一種新的建造方式，具有明顯優(yōu)勢(shì)。雖然目前還處于起步發(fā)展階段，隨著BIM技術(shù)的應(yīng)用普及，政府對(duì)鄉(xiāng)村民居進(jìn)行規(guī)范建設(shè)和政策引導(dǎo)，在各行業(yè)共同支持推動(dòng)下，未來BIM技術(shù)應(yīng)用于嶺南乃至我國(guó)廣大鄉(xiāng)村地區(qū)裝配式民居領(lǐng)域是必然趨勢(shì)。