基于BIM技術(shù)的裝配式建筑在特色民居中的應(yīng)用★

劉新月 楊繼華 楊繼清 李 鳳 賽曉曉

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，云南 昆明 650201；2.中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051； 3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)國際學(xué)院，云南 昆明 650201)

0 引言

隨著美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的推進(jìn)，我國鄉(xiāng)村民居的建造逐漸增加，但廣泛存在建造上的質(zhì)量問題，甚至一些地區(qū)的民族特色被肆意亂改亂建，不符合我國建設(shè)美麗鄉(xiāng)村的理念和鄉(xiāng)村振興的策略。同時(shí)，傳統(tǒng)民居實(shí)際使用年限短、需要不斷翻新改建，既浪費(fèi)資源又破壞環(huán)境，阻礙了鄉(xiāng)村人居環(huán)境的提升、制約了美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的發(fā)展。

目前，裝配式建筑已經(jīng)廣泛應(yīng)用在我國城市建設(shè)中，但是在廣大農(nóng)村地區(qū)卻很少使用。相較于傳統(tǒng)農(nóng)村自建房，將裝配式建筑應(yīng)用在鄉(xiāng)村特色民居中，“拼裝”完成后即可入住，有利于鄉(xiāng)村長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展同時(shí)符合住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、工業(yè)和信息化部關(guān)于開展綠色農(nóng)房建設(shè)的相關(guān)工作要求。

1 農(nóng)村自建民居的現(xiàn)狀分析

農(nóng)村自建房基本不受《建筑法》約束和調(diào)整，房屋建設(shè)存在一定的質(zhì)量問題與安全隱患。農(nóng)戶缺乏專業(yè)知識(shí)，對(duì)擬建房屋地質(zhì)條件不具備專業(yè)認(rèn)識(shí)能力，無法從專業(yè)角度進(jìn)行評(píng)估并采取相應(yīng)的避險(xiǎn)措施；沒有房屋結(jié)構(gòu)體系的概念，憑經(jīng)驗(yàn)建房，結(jié)構(gòu)不合理，施工粗糙、材料浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重；缺乏房屋節(jié)能環(huán)保專業(yè)知識(shí)，保溫性能差，能耗大，舒適性差；房屋設(shè)計(jì)與建造太隨意，民俗文化的延續(xù)脫節(jié)，近幾年新建的民居與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性越來越差，鄰里建筑的風(fēng)格差異越來越大，村落傳統(tǒng)居住文化的影子越來越遠(yuǎn)，與目前國家提倡的美麗鄉(xiāng)村建設(shè)理念不符。

以大理白族民居為研究對(duì)象，隨著現(xiàn)代混凝土建筑的興起，很多白族民居原來的面貌已經(jīng)被改變，甚至被現(xiàn)代洋房同化，與傳統(tǒng)民居形成混雜的局面，村鎮(zhèn)失去了原有的韻味。

大理白族民居傳統(tǒng)民族文化保存困境：

1)材料費(fèi)用高，雇工費(fèi)用高。白族傳統(tǒng)民居用土木結(jié)構(gòu)或石木結(jié)構(gòu)，木材價(jià)格昂貴且浪費(fèi)嚴(yán)重。

2)結(jié)構(gòu)混亂，安全問題明顯。

3)工程花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，傳統(tǒng)建造速度太慢。

4)村民對(duì)現(xiàn)代居住條件的追求日益提高，迫切走出傳統(tǒng)民居狹窄落后的生存空間。

5)現(xiàn)代建筑文化的沖擊。

2 裝配式建筑在民居建設(shè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

裝配式建筑與傳統(tǒng)一磚一瓦的修建形式不一樣的是把現(xiàn)場(chǎng)施工搬到裝配式建筑的工廠，改變?cè)械纳a(chǎn)模式。特色民居的墻體、地面樓板和樓梯等結(jié)構(gòu)構(gòu)件都在工廠制作完成，施工現(xiàn)場(chǎng)的工人們用搭積木的方法建造起一棟棟民居。這樣就可以節(jié)約勞動(dòng)力，減少工序，節(jié)約時(shí)間，減少污染從而推動(dòng)鄉(xiāng)村建筑行業(yè)成功轉(zhuǎn)型升級(jí)和供給側(cè)改革，將國家混亂的鄉(xiāng)村民居建設(shè)規(guī)范化。

裝配式建筑應(yīng)用在鄉(xiāng)村民居的發(fā)展優(yōu)勢(shì)：

1)解決建筑質(zhì)量的通病，提高構(gòu)件精度，減少“肥梁胖柱”的問題，全面提升民居的綜合品質(zhì)。

2)發(fā)揮工業(yè)化優(yōu)勢(shì)，在能源使用率和節(jié)能方面的效果顯著。

3)彌補(bǔ)勞動(dòng)力短缺，施工方式不再受作業(yè)面和氣候的影響，可以一年四季全天候在工廠里批次地生產(chǎn)，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，建設(shè)周期縮短40%以上，建筑用工減少50%，改善了建筑業(yè)“用工荒”的狀況。

4)減少施工事故，提高抗震性能，改善民居建筑布局。

3 BIM技術(shù)在民居建設(shè)中的創(chuàng)新應(yīng)用

1)BIM實(shí)現(xiàn)模擬施工，及時(shí)更正施工設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，與VR技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)可視化模擬施工。將以往的平面式的構(gòu)件變成一種三維的立體模擬圖形和視頻，提前看見3D效果圖，甚至可以模擬裝配式特色民居的適用性和安全性。

2)采用BIM技術(shù)建立模型，通過BIM模型檢測(cè)工具發(fā)現(xiàn)特色民居中圖元之間的沖突，及時(shí)改進(jìn)和調(diào)整；通過視頻預(yù)先演示民居施工現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)有條件、施工順序及重難點(diǎn)解決方案；通過計(jì)算機(jī)分析得出一個(gè)裝配式建造與民族特色融合的環(huán)境友好型民居模型。

3)BIM信息分享平臺(tái)聯(lián)合RFID技術(shù)，將民居建設(shè)過程中使用的構(gòu)件的尺寸信息、安裝位置等融入RFID芯片中，從而進(jìn)行構(gòu)件的管理，提高特色民居項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)信息提取的效率，實(shí)時(shí)掌控構(gòu)件在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工過程中的信息，實(shí)現(xiàn)全過程信息共享、協(xié)同工作。通過計(jì)算機(jī)設(shè)備關(guān)聯(lián)BIM信息平臺(tái)引導(dǎo)構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)組裝，提高現(xiàn)場(chǎng)施工效率，保證了工程施工質(zhì)量。

4 裝配式建筑在民族特色民居中的實(shí)際應(yīng)用

設(shè)計(jì)外觀極具民族特色、內(nèi)部裝飾結(jié)構(gòu)現(xiàn)代簡(jiǎn)約環(huán)保的裝配式民居，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑與民族特色有機(jī)結(jié)合的目標(biāo)。將該設(shè)計(jì)理念運(yùn)用于其他少數(shù)民族地區(qū)，以推進(jìn)民族文化更廣泛的傳承和更好的延續(xù)。

現(xiàn)階段裝配式建筑較少應(yīng)用于農(nóng)村的主要原因是模具攤銷費(fèi)用高、前期投入大以及抗震的整體性和設(shè)計(jì)施工管理的專業(yè)化研究不夠。相較于普通裝配式建筑來說，研發(fā)綠色裝配式民族特色民居結(jié)構(gòu)體系，根據(jù)各個(gè)民族不同傳統(tǒng)文化特色，為每個(gè)民族設(shè)計(jì)一套專門的建筑方案，形成民族特色民居可復(fù)制性建設(shè)。建筑的結(jié)構(gòu)體系可選擇SI體系，民居的主要承重結(jié)構(gòu)的骨架具有很高的耐久性，而且骨架模式基本不變(可復(fù)制性)，民居的分隔構(gòu)件則可以根據(jù)不同民族農(nóng)戶的不同要求實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?，提高勞動(dòng)效率，解決模具攤銷問題同時(shí)應(yīng)用越來越成熟的BIM技術(shù)，可以彌補(bǔ)常規(guī)設(shè)計(jì)施工管理技術(shù)缺陷。采用帶有民族特色的可原狀拆除循環(huán)利用的裝配式結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)結(jié)構(gòu)(木質(zhì)結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)等)取消了支模、拆模工序，節(jié)省了人工；方便農(nóng)民運(yùn)輸材料，同時(shí)縮短了建設(shè)周期；保護(hù)了森林資源，減少了磚用量和現(xiàn)澆混凝土方量，實(shí)現(xiàn)了材料效率最大化，降低了造價(jià)，減少了噪聲污染，低碳環(huán)保。

以大理白族的建筑為例，白族人大多是群居，適合統(tǒng)一規(guī)劃管理。其修建格調(diào)有“一正兩耳”“兩房一耳”“三坊一照壁”“四合五天井”“六合同春”和“走馬轉(zhuǎn)角樓”等類型。在延續(xù)傳統(tǒng)建造風(fēng)格的前提下，可以結(jié)合裝配式技術(shù)來建造民居，在房屋整體的建造上用裝配式建筑材料替換傳統(tǒng)的鵝卵石墻面，院落規(guī)劃和立面造型裝飾則延用白族格調(diào)，飛檐、照壁等用其傳統(tǒng)的建造工藝，保護(hù)其民族特色和非物質(zhì)文化遺產(chǎn)。

1)在裝修體系中的應(yīng)用。

農(nóng)戶傳統(tǒng)白族特色文化要求進(jìn)行顏色、材料、風(fēng)格的選擇，設(shè)計(jì)制定相應(yīng)的帶有民族文化的裝配式建筑部品，直接在工廠實(shí)現(xiàn)預(yù)制，再運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)施工，各種構(gòu)件集中生產(chǎn)，減少環(huán)境污染。民居內(nèi)部采用裝配式建筑作為主干結(jié)構(gòu)，外部延用白族風(fēng)格制作裝飾粉彩繪畫、題字、勾勒?qǐng)D案。

2)在施工技術(shù)中的應(yīng)用。

采用裝配式建筑施工體系，運(yùn)用現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)施進(jìn)行施工，使用單元吊裝、單元連接、陽臺(tái)和樓梯施工等施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大理白族民居建筑主體與建筑內(nèi)裝一起施工，現(xiàn)場(chǎng)的施工人員數(shù)量就能夠大幅度減少，不僅提高了施工效率、縮短了工期，而且降低了能耗，減少污染，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3)在預(yù)制結(jié)構(gòu)體系中的應(yīng)用。

大理白族民居的外墻墻板、樓梯、陽臺(tái)等，在工廠完成制作后，直接運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)，與現(xiàn)澆梁柱連接，構(gòu)成了框架或剪力墻結(jié)構(gòu)，減少墻面磚體脫落和裂縫問題出現(xiàn)。將裝配式建造技術(shù)用到預(yù)制構(gòu)造體系中，直接采用工廠預(yù)制構(gòu)件，提高了產(chǎn)品利用率和水資源利用率。

5 結(jié)語

近幾年來，無論大都市、小城鎮(zhèn)或是地勢(shì)偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村，都無一例外地以一種競(jìng)賽的速度，生產(chǎn)出一批大同小異的水泥盒子，施工復(fù)雜，造價(jià)高，污染大，最重要的是一些具有民族特色的建筑正在消失。而將裝配式建筑融入特色民居中，既保證效率高、速度快、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地，還能保留民族特色。為每個(gè)民族設(shè)計(jì)一套專門的建筑體系，可復(fù)制性強(qiáng)，降低了裝配式建筑超高的模具攤銷費(fèi)用，采用可原狀拆除循環(huán)利用的裝配式構(gòu)件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高居民舒適度和抗震性。規(guī)范民居建設(shè)，推動(dòng)美麗鄉(xiāng)村的建設(shè)。