BIM 技術(shù)在長效住宅設(shè)計運(yùn)維中的應(yīng)用研究

高 鏑

(北京工業(yè)大學(xué)，北京 100124)

1 概述

1.1 我國的長效住宅

在我國，城市人口密度高，住宅面積小且使用壽命較短，居住條件也相對較差。隨著人們對居住水平認(rèn)識的不斷提高，消費(fèi)者已經(jīng)逐漸從對“大房子”的追求轉(zhuǎn)變?yōu)閷Α昂梅孔印钡淖非?。新的居住價值觀造成了居住需求的轉(zhuǎn)變，住宅的空間形式也隨之發(fā)生著變化。然而傳統(tǒng)的住宅在空間多樣性上的欠缺以及在住宅建設(shè)中很少考慮住宅全壽命周期的更新和改造等問題一直沒有得到解決，可改造性能差也使得住宅居住品質(zhì)不能得以長期維持，既浪費(fèi)了大量的資源，也是社會財富的巨大損失。

因此大力發(fā)展長效住宅逐漸成為在彌補(bǔ)住宅個性化缺失的同時節(jié)約社會資源，提升住宅使用價值的重要解決手段。開放住宅是長效住宅的基礎(chǔ)，其對住宅全生命周期運(yùn)行狀況的關(guān)注及以人為本的設(shè)計初衷為住宅建設(shè)指明了方向。目前我國已經(jīng)開始了對開放住宅的研究，并建成了一些實驗性項目，典型案例如北京雅世合金公寓等。但同日本、荷蘭等國相比還存在著明顯的差距，其中不僅包括部件的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)等硬性的技術(shù)能力，相關(guān)的政策支持和配套措施也是不容忽視的重要一環(huán)。只有當(dāng)產(chǎn)業(yè)與政策相互配合，我國的長效住宅建設(shè)才能得到長久穩(wěn)定的發(fā)展。

1.2 我國的長效住宅設(shè)計體系和其面臨的困境

我國的長效住宅設(shè)計體系大體可以分為三個層面:工程層面、設(shè)計層面、使用層面。三者共同構(gòu)成了開放住宅的全生命周期。

1)工程層面包含項目開發(fā)商、建筑設(shè)計師和住宅用戶，三者共同決定了長效住宅的使用性質(zhì)和設(shè)計方向，其核心應(yīng)是住戶的使用需求。然而由于缺少現(xiàn)實有效的供開發(fā)商、建筑師及用戶之間交流的平臺，用戶參與程度同理想狀態(tài)相去甚遠(yuǎn)。

2)設(shè)計層面包含支撐體設(shè)計、填充體設(shè)計及內(nèi)裝修部品設(shè)計。在支撐體與填充體相繼實現(xiàn)后，部品設(shè)計已經(jīng)悄然成為影響開放住宅使用的關(guān)鍵。然而由于缺少相關(guān)改造經(jīng)驗與建筑信息，用戶在填充體改造過程中容易對支撐體部分造成一定程度的破壞且改造方案在施工前沒有有效的技術(shù)手段來表達(dá)和驗證，填充體的改造往往留有遺憾，甚至產(chǎn)生不可協(xié)調(diào)的困難從而重新施工，造成不必要的建材浪費(fèi)。

3)使用層面包含填充體變更、部品更換以及社區(qū)維護(hù)管理。填充體與裝修部品相對使用年限較短且容易更換。由于部品類型與數(shù)量繁多，需要對其信息進(jìn)行統(tǒng)一的記錄與管理方便日后查閱。對于開發(fā)商來說，開放住宅的后期維護(hù)同樣需要完整詳細(xì)的建筑信息。因此建筑信息整合是長效住宅維持高效運(yùn)轉(zhuǎn)與資源節(jié)約的關(guān)鍵所在，需要一種高效的技術(shù)手段完成以上工作。

2 BIM技術(shù)為長效住宅帶來改變

由于以上問題的存在，我國的長效住宅在其核心環(huán)節(jié)——長效性及開放性的體現(xiàn)上存在著很大的欠缺。而隨著BIM技術(shù)的出現(xiàn)和不斷完善，則為我們帶來了相應(yīng)的解決方案。

BIM技術(shù)作為建筑業(yè)信息化的最新解決方案已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到了一定程度的實踐和驗證，其對建筑物在全生命周期中建筑信息的關(guān)注及其具備直觀性、協(xié)作性的工作方法都相比于傳統(tǒng)的建筑設(shè)計手段有了飛躍性的提升。下面對BIM技術(shù)在長效住宅設(shè)計使用過程中可能發(fā)揮決定性因素的部分展開探討。

2.1 開放性帶來的溝通平臺

長效住宅的核心環(huán)節(jié)是工程層面中的三者之間實現(xiàn)完整、實時的溝通與互動。住宅用戶將對填充體的個性化的使用需求反映給建筑師和開發(fā)商，三者共同決定住宅未來的設(shè)計走向，同時避免溝通不暢造成的日后拆改。而我國目前對住宅用戶提供的參與平臺更多時候顯得“有名無實”，有些“菜單”式的裝修選項其實質(zhì)也是以增加賣點(diǎn)為目的的。因此我們需要找到一種住戶參與設(shè)計的方法，真正建立起聯(lián)系三者之間參與溝通的橋梁，以便充分體現(xiàn)長效住宅的開放性特點(diǎn)。

BIM技術(shù)的出現(xiàn)，打破了建筑行業(yè)間傳統(tǒng)的以圖紙為媒介的低效交流模式。開放性的信息模型讓不同環(huán)節(jié)的參與者之間可以有效、無損的瀏覽設(shè)計過程中的建筑信息。這種即時、直觀、低成本的溝通模式不僅節(jié)約了資源，更讓住宅用戶也可以依據(jù)獲得的部分建筑信息與設(shè)計團(tuán)隊進(jìn)行交流，根據(jù)個人需求完善填充體的設(shè)計。

2.2 共享性帶來的協(xié)同設(shè)計

從單工種單獨(dú)完成工作到不同工種協(xié)同設(shè)計，從不同信息模型的整合到同一模型的整體設(shè)計，從虛假的效果表現(xiàn)到實現(xiàn)“所見即所得”，BIM技術(shù)給傳統(tǒng)的協(xié)作設(shè)計方式帶來革命性的進(jìn)步。隨著“云”技術(shù)的發(fā)展，使用云服務(wù)器也成為了應(yīng)對BIM龐大計算量的有效途徑。BIM模型可通過設(shè)計團(tuán)隊專享的云服務(wù)器或互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)整個工作團(tuán)隊的共享與協(xié)同。建設(shè)項目經(jīng)由一套成熟的BIM共享工作體系實現(xiàn)高效的運(yùn)轉(zhuǎn)。

以往住宅用戶很難切實參與到自己住宅的設(shè)計過程當(dāng)中，原因之一是開發(fā)商與設(shè)計方面對的住戶數(shù)量龐大，每位住戶對住房的需求又千差萬別，信息繁雜。用有限的精力與資源很難滿足所有住戶的需求。然而當(dāng)新的協(xié)同方式出現(xiàn)后，住戶完全可以在開發(fā)商提供的項目文件中領(lǐng)取自己購買到的修改權(quán)限，自行或在專業(yè)人士的指導(dǎo)下完成填充體部分的設(shè)計或修改優(yōu)化。完成的填充體模型可以將包含全部建材與家具部品的相關(guān)信息統(tǒng)一反饋給開發(fā)商，由開發(fā)商統(tǒng)一采購和施工，最終連同住房一同交付給住戶。住戶既可免去繁重的“裝修”環(huán)節(jié)，同時保證了住房的施工質(zhì)量。

2.3 權(quán)限分配帶來的可控性

我們時常遇到這樣的情況:自己的住房因相鄰住戶不負(fù)責(zé)任地進(jìn)行家裝改造而遭到破壞，從而產(chǎn)生糾紛。其原因通常在于業(yè)主及施工團(tuán)隊對建筑的結(jié)構(gòu)信息以及鄰里住房的改造信息無從掌握，僅憑經(jīng)驗盲目施工造成了不必要的損失。

在項目進(jìn)行過程中設(shè)計人員可以從共享網(wǎng)絡(luò)中的中心文件中領(lǐng)取各自專業(yè)參與的設(shè)計環(huán)節(jié)的模型修改權(quán)限，其他人員僅可將模型鏈接后作為參照底圖，沒有修改權(quán)。結(jié)合BIM技術(shù)的權(quán)限分配特性，設(shè)計人員可以將長效住宅支撐體部分的BIM模型共享到互聯(lián)網(wǎng)上幫助住戶瀏覽自己所購買的套型信息，并為其設(shè)定設(shè)計與修改填充體部分的工作權(quán)限，如此一來便可在住戶參與設(shè)計的過程中，避免對沒有設(shè)計權(quán)限的建筑結(jié)構(gòu)(支撐體部分)造成破壞，保證施工的安全性和建筑的長效性。

2.4 三維設(shè)計帶來的可視化

長效住宅在我國尚處于探索與實驗階段，其全新的結(jié)構(gòu)體系和管線排布方式與傳統(tǒng)住宅有著相當(dāng)大的區(qū)別，設(shè)計難度也有所提升。與以往的二維設(shè)計手段不同，BIM模型可以隨時將建筑信息轉(zhuǎn)化為三維圖形信息在設(shè)計人員面前直觀地展示出來。住戶同樣也可以通過專門的第三方軟件參與到設(shè)計當(dāng)中，在專業(yè)人員的指導(dǎo)下放置戶內(nèi)分隔墻;確定整體衛(wèi)生間和廚房的位置以及形式;修改內(nèi)墻面以及地面的材料和色彩;擺放及確定家具的位置和尺寸等等;最終通過三維視圖和渲染圖直觀地感受居室內(nèi)部的裝修效果，避免了在施工結(jié)束后住宅效果同預(yù)期存在差距而造成的返工。

2.5 可出圖性與糾錯

傳統(tǒng)家裝模式普遍遵循著口述需求—現(xiàn)場測量—施工排查—交付使用的含糊流程，往往因為施工階段的疏忽造成出現(xiàn)預(yù)期之外的問題，如果返工不僅浪費(fèi)了財力也延誤了工期。BIM模式與之不同，設(shè)計師在完成BIM模型之后，可以準(zhǔn)確、快速地導(dǎo)出包括管線圖、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)詳圖、碰撞檢查糾錯報告在內(nèi)的施工圖紙，并在工程中直接指導(dǎo)工人施工，實現(xiàn)有圖可依。這樣做不僅在一定程度上節(jié)約了成本，還提高了施工的精度。

2.6 信息、預(yù)算與長效性

任何類型的建筑其生命周期都基本遵循5個階段:可行性研究階段，初步設(shè)計與施工圖設(shè)計階段，施工驗收階段，交付使用、管理與維護(hù)階段，銷毀階段。發(fā)展建筑的長效性應(yīng)在其各個階段中都有所體現(xiàn)。在全過程的不同階段中，參與活動的人和他們進(jìn)行的活動都根據(jù)所在建筑全過程的階段不同而不同。不同階段信息交付的完整性與系統(tǒng)性是BIM技術(shù)所能實現(xiàn)的另一項重要功能，在項目進(jìn)行過程中，不同參與方可以在模型中插入、抽取、更新或修改相關(guān)信息，完成協(xié)同作業(yè)。

一個完整的BIM模型包含了工程層面三方關(guān)注的全部核心信息，其中非幾何信息(NGI)成為住宅發(fā)揮長效性的關(guān)鍵因素。模型建立時輸入其內(nèi)的建筑材料與內(nèi)裝部品的相關(guān)信息(類型、數(shù)量、尺寸、材質(zhì)、價格、顏色、使用年限、經(jīng)銷商等)都屬于非幾何信息，設(shè)計人員可以輕松進(jìn)行調(diào)閱與比對。設(shè)計階段住戶可以根據(jù)這些信息和自身的預(yù)算情況隨時調(diào)整工程方案。當(dāng)住宅交付使用后，運(yùn)營方也同樣需要這些信息對住宅進(jìn)行維護(hù)與管理。因此，BIM模型的信息深度直接決定了項目的開支與建筑的長效性。

2.7 節(jié)能與舒適度

相比傳統(tǒng)的2D設(shè)計手段只能在設(shè)計完成后依靠獨(dú)立的分析工具介入，BIM模型建立過程在住宅的可持續(xù)設(shè)計方面有著巨大的優(yōu)勢。強(qiáng)大的信息傳遞能力使得設(shè)計師不再需要為了節(jié)能計算重新建模而直接使用BIM協(xié)同分析軟件進(jìn)行節(jié)能設(shè)計。當(dāng)填充體部分設(shè)計初步完成時，住戶也可以在設(shè)計師的指導(dǎo)下根據(jù)現(xiàn)有的室內(nèi)部品信息通過BIM輔助軟件強(qiáng)大的分析能力對居室的熱環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境等環(huán)節(jié)進(jìn)行計算，來了解居室未來的舒適程度并最終通過修改優(yōu)化相關(guān)設(shè)計，實現(xiàn)家居環(huán)境的節(jié)能環(huán)保。

3 結(jié)語

BIM技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)走過了十幾個年頭，更多的人已經(jīng)注意到其對解決我國目前建筑界存在的問題和提升我國建筑產(chǎn)業(yè)核心競爭力有很現(xiàn)實和迫切的意義。如今，我國BIM技術(shù)已經(jīng)從發(fā)展與完善核心技術(shù)的1.0時代進(jìn)入到探討與挖掘使用方法的2.0時代，設(shè)計企業(yè)的應(yīng)用水平有了飛速的提高。同時，隨著北京市《民用建筑信息模型設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》的出臺，我國對BIM使用標(biāo)準(zhǔn)的探討和完善也有了實質(zhì)性的進(jìn)展。可以說，將BIM技術(shù)應(yīng)用于長效住宅領(lǐng)域的基礎(chǔ)條件已經(jīng)具備，而真正實現(xiàn)還需要從業(yè)者不斷的探索與實踐。

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