基于BIM的裝配式建筑技術(shù)在漢瑤民族建筑修建中調(diào)查研究

姜磊

摘要：本文以漢瑤民族建筑修復(fù)及新建項(xiàng)目對(duì)裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的需求問(wèn)題為導(dǎo)向，論述漢瑤民族建筑對(duì)歷史研究和民族文化研究具有極其重要的意義，為快速和有效地修復(fù)和新建漢瑤民族建筑，調(diào)查研究現(xiàn)有的漢瑤民族建筑構(gòu)件形狀、文化內(nèi)涵及其破損情況，以BIM技術(shù)和裝配式建筑技術(shù)為主要手段對(duì)現(xiàn)有的漢瑤民族建筑構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)和預(yù)制，并將預(yù)制構(gòu)件應(yīng)用于漢瑤民族建筑中新建與修復(fù)中，其研究方法對(duì)民族建筑傳承和發(fā)展具有極其重要意義。

Abstract： This article takes the Han-Yao ethnic building restoration and the demand for prefabricated building components for new construction projects as the guide， and discusses that Han-Yao ethnic buildings are of great significance to historical research and ethnic culture research. In order to quickly and effectively repair and build Han-Yao ethnic buildings， this paper investigates the shape， cultural connotation and damage of existing Han-Yao ethnic building components， uses BIM technology and prefabricated building technology as the main means to design and prefabricate the architectural components， and applies the prefabricated components to the new construction and restoration of Han-Yao ethnic architecture. The research method is of great significance to the heritage and development of ethnic architecture.

關(guān)鍵詞：漢瑤民族建筑;裝配式建筑;BIM

Key words： Han-Yao ethnic architecture;prefabricated architecture;BIM

中圖分類(lèi)號(hào)：TU17;TU741 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）01-0203-03

0 ?引言

漢瑤民用建筑及其他類(lèi)型的建筑，都是漢瑤族先在特定的自然環(huán)境和社會(huì)歷史條件下，為滿(mǎn)足居住生活和精神生活的需要而發(fā)明、營(yíng)造的，是人類(lèi)文明的重要成果。其發(fā)明和營(yíng)造的過(guò)程，實(shí)際上就是文化的創(chuàng)造與積累的過(guò)程，保護(hù)和修復(fù)漢瑤族先留下來(lái)的建筑便是對(duì)其文化的傳承和發(fā)揚(yáng)。隨著時(shí)代的變遷，漢瑤族傳統(tǒng)習(xí)俗的繼承已趕不上新文化浪潮的沖擊，特別地瑤族人口數(shù)量較少，力量較弱，民族文化面臨的威脅極大。文化習(xí)俗是流動(dòng)的，但是老祖宗留下的建筑是永恒的。盡管日常生活中不會(huì)經(jīng)常道起我們的傳統(tǒng)文化，但當(dāng)我們?cè)诳吹綕h瑤民族建筑時(shí)，還是會(huì)想起華夏歷史、華夏文化。另外，漢瑤民族建筑也是我國(guó)考古學(xué)和文化研究所用來(lái)發(fā)現(xiàn)古文化、保護(hù)古文化等的重要依據(jù)。

漢瑤民族建筑是漢瑤民族文化的載體，我們往往通過(guò)游玩漢瑤民族建筑來(lái)感受該民族、該地域的歷史和文化。一個(gè)時(shí)代的漢瑤民族建筑會(huì)帶有該時(shí)代的漢瑤建筑不同的工藝和技術(shù)特色，這些工藝和技術(shù)是先輩們智慧與藝術(shù)的體現(xiàn)。通過(guò)對(duì)漢瑤民族建筑特色的研究，我們可以想象到古時(shí)兩個(gè)民族人們生活的畫(huà)面，了解他們的生活習(xí)俗。無(wú)疑，這對(duì)我們文化的傳承和保護(hù)是非常有益的。

隨著人們生活水平的提高，大家對(duì)精神世界的追求越來(lái)越高，旅游成為當(dāng)今時(shí)代男女老少生活中不可或缺的一部分。因此，漢瑤民族建筑不僅有著豐富的文化價(jià)值，還具備著龐大的商業(yè)價(jià)值。

1 ?漢瑤民族建筑調(diào)查研究

瑤族是中國(guó)最古老的民族之一，廣泛分布在亞、歐、美、澳等各大洲，民族主體在中國(guó)，分布在廣西、湖南、廣東、云南、貴州和江西五?。▍^(qū)）的130多個(gè)縣里，其中以廣西為最多。由于瑤族的分支遍布各地，受當(dāng)?shù)氐奶鞖夂偷乩項(xiàng)l件的影響，不同地區(qū)的瑤族人民通過(guò)當(dāng)?shù)氐牡乩項(xiàng)l件，創(chuàng)造出各式當(dāng)?shù)鬲?dú)有的瑤族特色建筑體系。此次調(diào)研以恭城瑤族自治縣為中心，延伸到恭城瑤族自治縣附屬擁有漢瑤民族建筑特色的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

調(diào)研對(duì)象包括恭城自治縣以及附屬的擁有著漢瑤民族建筑文化的傳統(tǒng)村落，傳統(tǒng)村落中能感受瑤族歷史文化的沖擊，以及漢瑤民族建筑與現(xiàn)代建筑強(qiáng)烈反差的美。經(jīng)過(guò)走訪(fǎng)了多個(gè)擁有瑤族文化特色的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，可以發(fā)現(xiàn)恭城和其附屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，漢瑤民族建筑元素多以木和石、青磚、青瓦這四種材料構(gòu)成，這也是漢瑤民族建筑的建筑風(fēng)格與現(xiàn)代建筑的反差。

木元素的構(gòu)建，如木質(zhì)的楓格、罩樓、雀替、簪頭、月坊、檁條椽子等構(gòu)件。楓格是一種廊道上的裝飾，罩樓類(lèi)似現(xiàn)代的雨棚，起遮陽(yáng)擋雨的作用，雀替和月坊主要是梁下和屋面下起到裝飾的木質(zhì)雕花彩畫(huà)。簪頭是一種在在門(mén)框上兩根突出的木柱，柱頭一般雕刻著各樣的圖案，起到辟邪保平安等寓意，還能起到加固的作用。這些木質(zhì)的漢瑤民族建筑文化元素，流傳到現(xiàn)代還與現(xiàn)代元素結(jié)合，建成了仿漢瑤民族建筑元素的建筑。

大多數(shù)漢瑤民族建筑多以木料為主要構(gòu)材，凡一座建筑物皆因其材料而產(chǎn)生其結(jié)構(gòu)法，更因此結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生其形式上的特征。漢瑤民族建筑多以立柱四根，上施梁枋，牽制成為一“間”，前后橫木為枋，左右為梁。此種構(gòu)架制的特點(diǎn)，在使建筑物上部的一切荷載均由構(gòu)架負(fù)擔(dān);承重者為其立柱與其梁枋，不借力于高墻厚壁的壘砌。建筑物中所有墻壁，無(wú)論其為磚石或?yàn)槟景澹鶠椤案魯鄩Α?，非?fù)重之部分。以斗拱為結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，并為度量單位在木構(gòu)架的橫梁及立柱間過(guò)渡處，施橫材方木相互壘疊，前后伸出作“斗拱”，與屋頂結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，其功用在以伸出的拱承受上部結(jié)構(gòu)的荷載，轉(zhuǎn)納于下部的立柱上，故為大建筑物所必用。部分漢式建筑采用磚墻做支撐，其構(gòu)件預(yù)制化的技術(shù)更為成熟可行。除結(jié)構(gòu)構(gòu)件之外，漢瑤民族建筑的裝飾構(gòu)件也有基本統(tǒng)一的特點(diǎn)。翼展是屋頂?shù)难b飾構(gòu)件，其在中國(guó)建筑中，至遲自殷代始，已極受注意，歷代匠師不殫煩難，集中構(gòu)造之努力于此。另有崇厚階基、玲瓏木質(zhì)、柱礎(chǔ)、門(mén)飾、花窗等裝飾構(gòu)件都有其自身的絕對(duì)特點(diǎn)可普遍生產(chǎn)。

預(yù)制構(gòu)件是指采用預(yù)先成型方法制造的各種構(gòu)件并在專(zhuān)業(yè)工廠(chǎng)完成，然后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝。構(gòu)件種類(lèi)包括有外墻板、內(nèi)墻板、疊合板、陽(yáng)臺(tái)、空調(diào)板、樓梯、預(yù)制梁、預(yù)制柱等;現(xiàn)場(chǎng)大量的裝配作業(yè)，比原始現(xiàn)澆作業(yè)大大減少;采用建筑、裝修一體化設(shè)計(jì)、施工，理想狀態(tài)是裝修可隨主體施工同步進(jìn)行;設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和管理的信息化，構(gòu)件越標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)效率越高，相應(yīng)的構(gòu)件成本就會(huì)下降，配合工廠(chǎng)的數(shù)字化管理，整個(gè)裝配式建筑的性?xún)r(jià)比會(huì)越來(lái)越高，符合綠色建筑的要求，節(jié)能環(huán)保。

2 ?裝配式建筑與BIM技術(shù)結(jié)合

2.1 漢瑤民族建筑的BIM技術(shù)設(shè)計(jì)和施工

BIM的三維模型可視化性能很好地解決了二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)效率低，表現(xiàn)方式、信息儲(chǔ)存、工作模式局限性等的問(wèn)題。BIM的引進(jìn)使得人們可以對(duì)裝配式建筑進(jìn)行三維設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、深化設(shè)計(jì)，進(jìn)行生產(chǎn)管理監(jiān)控，進(jìn)行模擬施工、施工優(yōu)化、施工管理等。兩者結(jié)合，可以很好地對(duì)裝配式建筑全過(guò)程進(jìn)行管控，使裝配式建筑的可操作性大大提高。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)兩者的研究已經(jīng)達(dá)到了全生命周期結(jié)合應(yīng)用，相信在不久的未來(lái)，有國(guó)家政策的支撐，自身的優(yōu)越性以及實(shí)際的可行性，裝配式建筑可以普遍地出現(xiàn)在我們的眼前。同樣地，漢瑤民族建筑更為珍貴，更需要先進(jìn)的技術(shù)，先進(jìn)的理念來(lái)修建、維護(hù)。通過(guò)BIM的后期運(yùn)維功能還可以有效地對(duì)漢瑤民族建筑的破壞進(jìn)行管控，避免運(yùn)營(yíng)過(guò)程中發(fā)生多次破壞。

2.2 漢瑤民族建筑的裝配式建筑施工過(guò)程

將漢瑤民族建筑構(gòu)件預(yù)制化，則會(huì)避免在更換修復(fù)上時(shí)間、資源浪費(fèi)和施工程序繁瑣的發(fā)生。只要事先做出各類(lèi)構(gòu)件的模具，平時(shí)在工廠(chǎng)加以制作儲(chǔ)備，在被破壞時(shí)可立即更換，不會(huì)影響景區(qū)得正常營(yíng)業(yè)，方便快捷，并可完全恢復(fù)原貌。即便是漢瑤民族建筑需要重建，通過(guò)對(duì)各構(gòu)件精心的設(shè)計(jì)和預(yù)制生產(chǎn)，整個(gè)施工過(guò)程也會(huì)像堆積木一樣方便快捷。

漢瑤民族建筑構(gòu)件預(yù)制化應(yīng)用的流程大致為：對(duì)建筑構(gòu)件取樣測(cè)量→繪制三維模型效果圖→制作預(yù)制構(gòu)件模具→制作構(gòu)件→養(yǎng)護(hù)構(gòu)件→運(yùn)輸構(gòu)件→安裝構(gòu)件→使用監(jiān)控。

具體地，在某些階段中可結(jié)合BIM技術(shù)進(jìn)行模擬或管控。首先，用測(cè)量工具對(duì)構(gòu)件進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量記錄，接著用CAD或REVIT軟件進(jìn)行繪制模型效果圖，然后根據(jù)構(gòu)件所需的材質(zhì)，制作相應(yīng)的模具，再用模具生產(chǎn)相應(yīng)的構(gòu)件，構(gòu)件制作完畢后養(yǎng)護(hù)數(shù)日就可隨時(shí)運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝使用了。在生產(chǎn)、安裝和運(yùn)維過(guò)程均可使用BIM技術(shù)加以模擬或管控，提前檢測(cè)、感知整個(gè)過(guò)程，以達(dá)到安全、高效、可行的目的。

3 ?案例操作

3.1 特殊構(gòu)件掃描，點(diǎn)云收集

利用手持三維激光掃描儀對(duì)相應(yīng)的漢瑤民族建筑特有構(gòu)件如雕花、雀替、月枋等特殊形狀構(gòu)件進(jìn)行掃描獲取相關(guān)構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再將點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入REVIT RECAP中，使用REVIT RECAP軟件將點(diǎn)云數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為后綴名為RCP格式REVIT支持的導(dǎo)入格式文件。然后通過(guò)REVIT新建建筑項(xiàng)目，將RCP格式的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入REVIT中并進(jìn)行構(gòu)件輪廓勾勒。最后將點(diǎn)云數(shù)據(jù)刪除得到構(gòu)件BIM模型。并將特殊構(gòu)件模型與之相關(guān)漢瑤民族建筑常規(guī)構(gòu)件組合形成模塊化組件。其中點(diǎn)云導(dǎo)入REVIT軟件中圖形如圖1所示。

3.2 漢瑤民族構(gòu)件建模，REVIT軟件建模

將漢瑤民族建筑構(gòu)件結(jié)構(gòu)材質(zhì)重新設(shè)計(jì)：使用REVIT軟件將梁模型重新設(shè)計(jì)為輕鋼梁模型，柱也設(shè)計(jì)為輕鋼材質(zhì)，既將整體結(jié)構(gòu)模型重新設(shè)計(jì)為輕鋼結(jié)構(gòu)，使建筑輕量化、裝配化更利于裝配式建筑施工。

將漢瑤民族建筑構(gòu)件重新模塊化設(shè)計(jì)：使用REVIT軟件將漢瑤民族建筑構(gòu)件重新組合設(shè)計(jì)使其模塊化;如將外墻由砌磚變?yōu)檩p質(zhì)的復(fù)合保溫墻體外墻采用貼花并預(yù)制窗在墻上使其成為一整體且構(gòu)件尺寸采用統(tǒng)一規(guī)格，便于構(gòu)件工廠(chǎng)生產(chǎn)流水化以及安裝式的裝配化，提高生產(chǎn)與施工效率。REVIT建模的結(jié)果如圖2所示。

3.3 漢瑤民族構(gòu)件碰撞檢查，導(dǎo)入VR觀看模擬施工過(guò)程

將模塊化組件模型組合并碰撞檢查：將漢瑤民族建筑構(gòu)件模塊化設(shè)計(jì)后將模型組件組合在一起并使用碰撞檢查功能檢查模型在空間上是有重復(fù)交錯(cuò)等問(wèn)題。以避免構(gòu)件生產(chǎn)后的施工組裝時(shí)出現(xiàn)接口尺寸不一，構(gòu)件重合等設(shè)計(jì)錯(cuò)誤問(wèn)題而帶來(lái)的施工不便。

漢瑤民族裝配式建筑模型的展示：將整體建好的裝配式漢瑤民族建筑模型渲染漫游視頻并將模型與VR結(jié)合讓體驗(yàn)者得到沉浸式的體驗(yàn)。模型建成后，使用FUZOR軟件與REVIT軟件聯(lián)動(dòng)，將REVIT模型導(dǎo)入FUZOR中并使用FUZOR對(duì)仿漢瑤民族建筑模的環(huán)境進(jìn)行編輯，最后調(diào)整漫游機(jī)位，渲染漫游視頻并導(dǎo)出仿漢瑤民族建筑模型的渲染視頻。當(dāng)有VR相關(guān)設(shè)備如HTC-VIVE時(shí)，只需使用FUZOR軟件接入相關(guān)VR設(shè)備打開(kāi)軟件VR功能即可沉浸式觀看裝配式漢瑤民族建筑模型。具體如圖3所示。

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