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：隨著現代高新技術的迅猛發展，建筑技術不斷進步，BIM技術日益成為推動產業發展、提升企業效益的工具和手段。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、確保生活環境穩定性方面發揮了重要作用。通過闡述裝配式住宅含義及BIM技術應用優勢，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新發展，推動現代建筑產業化發展。

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、構件和特點

（一）裝配式住宅的定義與構件

裝配式住宅建筑是裝配式建筑的一種類型，是把原來傳統的現場施工作業轉移到構件加工廠進行，在工廠加工制作好樓板、地板、墻板、陽臺等構件，然后運輸到建筑施工現場進行組合拼裝，通過可靠的連接方式在現場裝配安裝而成的建筑。裝配式住宅采用標準化設計方式、工廠化生產方式、裝配化施工方式、信息化管理方式，是現代工業化生產方式的代表。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件一致，安裝方便，可以為之后建造房屋和室內裝修等工作打下堅實的基礎，從而保障整個建筑的穩定性。目前，裝配式住宅中主要是梁體、柱體以及墻體等構件負責承重，地板、樓梯為次級受力構件。在裝配式住宅設計項目中，預制的構件包括疊合樓板、樓梯、空調板以及飄窗等?，F階段，商業開發項目通常會使用裝配式建筑的構建方式，“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

在現場作業中，采用裝配作業的方式可以有效降低現澆作業量，打破現場作業的空間局限性，提高勞動生產率。目前，裝配式住宅所采用的構件在工廠預制完成，在施工、裝修等環節使用。在施工過程中，工廠可以負責生產裝修使用的構件，從而提高整體效率。和傳統建筑相比，裝配式住宅重量偏輕，只需有基本構造圖即可施工，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，創建和使用的“可計算數碼信息”，是數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據為基礎，通過數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的深入運用而產生的，是對建筑工程物理特征和功能特性信息的數字化承載和可視化表達，它能夠應用于工程項目規劃、勘察、設計、施工、預算、運營維護等各個階段，實現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據共享。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作的平臺供項目各方使用，同時不斷豐富、更新數據庫。

（二）BIM技術應用優勢

1.實現虛擬建筑構建

在設計裝配式住宅的時候，可以利用BIM構建虛擬建筑模型。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，提前發現建筑設計存在的安全隱患，然后尋找解決辦法，從而在現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技術的優勢所在。

2.解決傳統建筑設計難題

在設計住宅建筑的時候，傳統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一些錯誤，這對后續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

在生產裝配式住宅構件時，生產方式一般為流水線生產。這種方式既能減少施工成本，又能提高整體工作效率。流水線生產能夠減少環境污染，符合綠色、低碳、環保的設計發展理念。從整體上看，裝配式建筑和我國目前提倡的環保、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、節能建筑材料，有利于保護環境。

三、BIM技術在裝配式住宅設計中的應用

（一）在前期規劃中的應用

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技術能發揮很大的作用。在施工前期，建筑企業要結合設計目標進行規劃，利用BIM技術可以全面分析施工現場的環境，例如分析場地的風環境、光環境，分析整個建筑的空間布局。在初步分析場地之后，可以構建相應的模型，從而明確場地的總體布局。利用BIM技術能夠為建筑企業施工提供相應的數據支撐，為后續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、結構樣式、能耗等，從而得到最優的方案。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合BIM數據，修改、優化設計方案，保證設計的科學性和合理性，從而推動后續施工工作的開展[3]。

（三）在協同設計中的應用

所謂的協同設計是構建統一的設計標準，如線型、顏色、圖層、打印樣式等內容，設計專業人員可以以此為基礎，在統一平臺上進行設計，建立各自專業的三維設計模型，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部交流，減少因為溝通不暢所造成的錯誤、疏漏等，實現圖紙信息的統一性。這樣當修改了某處地方，其他相關聯的地方會自動修改，設計效率隨之提高，設計質量也會更高。

專業人員可以使用BIM技術實現信息的分享。在協作過程中，不同專業人員可以利用BIM平臺實現項目協作，提高設計的整體水平，及時分享相關信息，同時每個專業組都可以及時得到完整的項目信息和數據，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平臺不僅能夠實現信息共享的實時性，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

本文選擇福建林業職業技術學院江南校區公租房設計項目進行公租房內廚房模塊的裝配式設計。該區域公租房建筑占地面積578.19平方米，地上建筑層數為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構體系，主體結構合理使用年限為50年。本文主要進行公租房內廚房模塊的裝配式設計，從公租房的特點和功能出發，結合工業化生產的建造成本、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最終的設計目標。以建筑師設計方案內容為基礎，利用BIM數據庫，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，可根據現場情況進行微調，以滿足戶型設計要求。

在利用BIM數據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，按照統一的標準設計廚房。以開間進深尺寸模數協調為基本原則，處理好不同模型的接口問題，然后結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，從而使整個內裝空間協調統一。其中，將室內高度設計為2.85米，采用標準的墻壁板材尺寸。將結構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，選擇木色環紋地板。

應用BIM技術進行裝配式住宅設計時，將室內凈空高度設計為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部功能，同時還會影響到其流線功能。在櫥柜的內部中需要預留一個墻壁和托板實現連接，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角櫥柜實現煙的排放。圖3為裝配式廚房內部效果圖，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裝配式安裝，實現整體化設計，既方便安裝又節省了空間。

五、結語

在設計裝配式住宅時，應用BIM技術具有一定的必要性。利用該技術可以構建虛擬建筑模型，從而解決傳統建筑設計中的問題，不僅能夠降低設計成本，還可以減少資源的浪費，實現綠色環保設計。BIM技術有助于裝配式建筑的設計和建造，能夠推動現代建筑產業化發展，促進建筑業發展模式轉型。

參考文獻：

[1]蔣勤檢.國內外裝配式混凝土建筑發展綜述[J].建筑技術，2010（12）：1074-1077.

[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，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，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：

福建林業職業技術學院