探討基于BIM模塊化設(shè)計方法在裝配式建筑中的應(yīng)用

康思誠

（中國水利水電第八工程局有限公司 湖南長沙 410000）

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑行業(yè)與信息技術(shù)的聯(lián)系增加，BIM新理念應(yīng)運而生，打破了傳統(tǒng)設(shè)計方法在住宅產(chǎn)業(yè)化方面的制約，使建筑成本得到有效降低，推動著建筑設(shè)計朝著信息化、參數(shù)化的方向飛速發(fā)展。在BIM模塊化設(shè)計背景下，通過“搭積木”的方式將模型單元拼裝起來，形成建筑整體模型，不但使設(shè)計效率得到顯著提升，還能夠促使建筑產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)鏈變得更加完善。

1 BIM模塊化設(shè)計的概念與原理

1.1 概念

模塊化設(shè)計以模塊為基礎(chǔ)，通過“搭積木”的方式將模塊組合成一系列標(biāo)準(zhǔn)化的模型，也可以在性能、結(jié)構(gòu)上有所差異，充分適應(yīng)不同用戶的需求。在建筑設(shè)計中，模塊化設(shè)計更傾向于對各類功能空間進行劃分，使相同功能空間處于同一單元當(dāng)中，并對單元模塊進行集成，使建筑完成從單元到整體的轉(zhuǎn)變。目前，在許多公寓住宅、醫(yī)院、酒店、教學(xué)樓等建筑中得到了廣泛應(yīng)用。

1.2 原理

對于不同功能的構(gòu)件來說，在BIM模塊化設(shè)計的方式上也不盡相同，主要原理為：根據(jù)業(yè)主的相關(guān)要求，由設(shè)計單元負(fù)責(zé)制定建筑方案，使建筑中的各項功能能夠與戶主需求相符合，建筑設(shè)計人員根據(jù)各項功能從模型庫中挑選出相應(yīng)的模塊，并根據(jù)一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進行整合，從而實現(xiàn)對功能模塊的設(shè)計；在設(shè)備模型的選擇上應(yīng)遵循拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對各類整體模型進行整合，使其具有較強的專業(yè)性，在BIM設(shè)計平臺上構(gòu)建整體模型，對其進行協(xié)調(diào)、碰撞檢測、優(yōu)化處理，使其真正成為一個專業(yè)模型；在深化構(gòu)件庫中選擇適當(dāng)?shù)臉?gòu)建，對整體模型進行設(shè)計與拆分，在生產(chǎn)、施工等基礎(chǔ)上完成對模塊的設(shè)計，BIM模塊化設(shè)計基本原理流程如圖1所示[1]。

圖1 BIM模塊化設(shè)計原理圖

2 BIM模塊化設(shè)計在裝配式建筑中的應(yīng)用措施

2.1 項目概況

貴陽市觀山湖區(qū)上枧安置房項目總占地面積約26萬m2，包括1#～12#棟住宅樓，一個小學(xué)及幼兒園，建筑高度95.5m，是貴州省第一個裝配式高層住宅項目。

2.2 BIM模塊化技術(shù)應(yīng)用難點

（1）BIM模塊設(shè)計與生產(chǎn)、施工方面聯(lián)系較多，需要信息的高度耦合，還需要與業(yè)主、配件供應(yīng)方等取得聯(lián)系，將相關(guān)或者沖突的信息挑選出來，融合到設(shè)計當(dāng)中，否則會由于信息不準(zhǔn)確導(dǎo)致設(shè)計混亂，為后續(xù)施工帶來極大影響。

（2）預(yù)制構(gòu)件數(shù)量較多，大量工作重復(fù)。對于裝配式建筑來說，作為顯著的優(yōu)勢在于構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化，因此在設(shè)計初期會將具有相同功能、種類的構(gòu)件整合到一起，減少構(gòu)件的數(shù)量。但是，隨著模塊化設(shè)計的不斷深入，生產(chǎn)、施工單位介入進來，很可能出現(xiàn)許多外形相似但存在細(xì)微差別的構(gòu)件，如若采用人工方式進行BIM建模，則會產(chǎn)生許多重復(fù)的工作量，造成大量資源浪費。

（3）模型數(shù)據(jù)傳遞受阻。BIM技術(shù)最為顯著的特點便是信息的傳遞與組合，使設(shè)計和施工達到無縫銜接的目標(biāo)。在裝配式建筑設(shè)計中，為了便于單個預(yù)制構(gòu)件的出圖與工程量統(tǒng)計，通常會對項目中的構(gòu)件進行拆分，并通過鏈接的形式拼裝起來，但Revit軟件并無文件信息提取功能，使整個建筑中模型數(shù)據(jù)的順利傳輸受到極大阻礙[2]。

2.3 模塊化設(shè)計措施

（1）戶型的總體設(shè)計

在戶型內(nèi)設(shè)計方面，設(shè)計師以戶型功能要求為依據(jù)，對裝配式建筑戶型進行布置，從結(jié)構(gòu)庫中選取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)戶型，結(jié)合戶型功能、結(jié)構(gòu)設(shè)計方案等對設(shè)備模塊進行選擇，使建筑、戶型能夠相互匹配，以免出現(xiàn)構(gòu)件不合，相互碰撞等情況。在對戶型內(nèi)設(shè)計過程中，最為關(guān)鍵的便是剪力墻體系的模塊化設(shè)計，該部分設(shè)計量較大，采用系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的戶型庫能夠在很大程度上使協(xié)同效率提高，從而達到模塊精準(zhǔn)化的設(shè)計目標(biāo)。

經(jīng)過戶型內(nèi)設(shè)計后，已經(jīng)對裝配式建筑中的內(nèi)部功能進行了明確，能夠使建筑、設(shè)備、結(jié)構(gòu)之間的設(shè)計相互協(xié)調(diào)。而戶型間則是設(shè)計師以戶型為依據(jù)，利用結(jié)構(gòu)接口組合而成的建筑單元。將BIM模塊設(shè)計法應(yīng)用到建筑系統(tǒng)當(dāng)中，能夠使構(gòu)件在被有機整合以后成為有序的整體，內(nèi)部戶型之間不但相互處于獨立狀態(tài)，還存在一定的關(guān)聯(lián)，這個供戶型之間共享的構(gòu)件便是“接口”，它屬于建筑系統(tǒng)中不可缺少的重要內(nèi)容，且是戶型之間相互溝通聯(lián)系的媒介，是完整建筑模型形成的主要內(nèi)容。

（2）標(biāo)準(zhǔn)層設(shè)計與解決的問題

該設(shè)計能夠使裝配式建筑的內(nèi)部功能變得更加豐富，以各項功能構(gòu)件作為輔助，確保內(nèi)部結(jié)構(gòu)、建筑、設(shè)備之間具有良好的協(xié)調(diào)性。在設(shè)計過程中，由設(shè)計師利用附屬構(gòu)件的方式對建筑層進行設(shè)計，一般包括地下室、標(biāo)準(zhǔn)層、首層、頂層等，其中建筑層主要包括附屬構(gòu)件、戶型兩個部分，同時也是建筑中不可替代的重要內(nèi)容。

標(biāo)準(zhǔn)層的設(shè)計應(yīng)考慮到戶型對稱問題，通常在建筑設(shè)計過程中，應(yīng)將各類荷載因素考慮其中，力求通過對各類荷載作用的發(fā)揮，使承載構(gòu)件受力問題得到有效解決，達到平衡受力的效果。在建筑系統(tǒng)中，對稱構(gòu)件能夠給人帶來更加穩(wěn)固的感覺，因此對稱復(fù)制在建筑中較為常用，但是應(yīng)注意的是通常采用對稱復(fù)制后的戶型之間很容易出現(xiàn)重合構(gòu)建，需要對重合處進行修正。另外，在對稱操作后一般模型間會缺少連接口，這時應(yīng)將連接構(gòu)件加入其中，對缺口處進行彌補和完善。在標(biāo)準(zhǔn)層設(shè)計時，應(yīng)將BIM技術(shù)應(yīng)用其中，針對建筑、設(shè)備層、結(jié)構(gòu)等進行合理的設(shè)計，從而實現(xiàn)無碰撞目標(biāo)，這對于提高建筑模型整體效果來說顯得十分必要[3]。

（3）整齊劃一的協(xié)同設(shè)計

在裝配式建筑中，協(xié)同設(shè)計主要是指將標(biāo)準(zhǔn)層、設(shè)備層、首層等設(shè)計全部完成以后，利用連接構(gòu)件將各層連接起來，形成一個完整的建筑系統(tǒng)，使各個層的功能能夠被有機整合起來，并且確保建筑內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、設(shè)備之間能夠具有較強的協(xié)調(diào)性。在建筑協(xié)同設(shè)計過程中，以標(biāo)準(zhǔn)層為基礎(chǔ)，采用“搭積木”的方式將單一的構(gòu)件拼接起來形成一個整體，達到“整齊劃一”的效果。建筑內(nèi)部的每個層都處于相互獨立的狀態(tài)，并且具有各自的功能。在設(shè)備層中，管線系統(tǒng)的安裝需要遵循自上而下的原則，而在標(biāo)準(zhǔn)層中則是以水平方向進行連接，在協(xié)同設(shè)計中，主要將功能組件的豎向組件有機結(jié)合起來，從而確保整體建筑功能的完整性。

協(xié)同設(shè)計主要是在充分發(fā)揮各專業(yè)能力的基礎(chǔ)上，通過協(xié)作的方式達到上下游之間信息方面的高效傳遞，從源頭處減少構(gòu)件錯誤、遺漏、碰撞等情況的發(fā)生，從而使設(shè)計質(zhì)量與效率得到顯著提升。從建筑設(shè)計的方向看，BIM技術(shù)主要被應(yīng)用到方案設(shè)計當(dāng)中，使協(xié)同方案變得更加完善，具有較強的競爭力，為政府、業(yè)主以及其他相關(guān)部門之間的溝通提供更多的便利，防止出現(xiàn)信息孤島情況，促進生產(chǎn)、施工、設(shè)計等各方協(xié)調(diào)工作，爭取在較短的時間內(nèi)保質(zhì)保量的完成建設(shè)項目。

3 結(jié)論

綜上所述，本文主要對裝配式建筑中BIM模塊設(shè)計法的應(yīng)用進行分析，通過研究得知，該技術(shù)能夠在戶型總體設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)層設(shè)計、協(xié)同設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用。與以往技術(shù)相比，能夠使設(shè)計步驟得到有效的精簡，并使施工效率與質(zhì)量得到進一步提高，工程制造變得更加高效，安裝與施工更加精準(zhǔn)無誤，充分符合當(dāng)前時代對構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)性提出的新要求，有效節(jié)約大量建筑成本投入，大力的促進了建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展步伐。