基于BIM技術(shù)的天津某裝配式輕型木結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計(jì)與建造

許良 鄭藝煒 張嘉軒

摘? ? 要：木材是一種建筑材料，是完全可以回收利用的可再生資源，具有布置靈活、經(jīng)久耐用、施工周期短、經(jīng)濟(jì)環(huán)保且易于改造維修的特點(diǎn)。本項(xiàng)目主要是對(duì)輕型木結(jié)構(gòu)的建筑設(shè)計(jì)、木構(gòu)架構(gòu)造及連接方式等方面進(jìn)行研究，采用BIM技術(shù)建立三維立體模型。以期對(duì)我國(guó)今后建設(shè)綠色環(huán)保的建筑體系提供指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：輕型木結(jié)構(gòu);BIM設(shè)計(jì)與裝配式;輕型木結(jié)構(gòu)防護(hù)

1? 工程概況

1.1? 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目主要是對(duì)天津市武清區(qū)針對(duì)于輕型木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、建筑設(shè)計(jì)、木構(gòu)架構(gòu)造及連接方式等方面進(jìn)行研究，采用基于BIM技術(shù)建立三維立體模型與裝配式結(jié)合，設(shè)計(jì)成具有良好的環(huán)保性能、節(jié)能保溫性能、防火性能、設(shè)計(jì)靈活、改造方便并且可以實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)和裝配化施工。對(duì)輕型木結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、建造等全過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)策略進(jìn)行探討分析。

1.2? 氣象資料

天津市武清區(qū)位于中緯度，歐亞大陸東岸，北依燕山，東臨渤海，是北溫帶半干旱半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)。冬季因?yàn)槭艿矫晒爬涓邏河绊懀⑿形鞅憋L(fēng)，天氣寒冷干燥;夏季受到西北太平洋副熱帶高壓影響，高溫多雨;春秋季為季風(fēng)轉(zhuǎn)換期，天氣復(fù)雜多變，對(duì)于木材來(lái)說(shuō)更適合于復(fù)雜的天氣情況。天津主要為大陸性氣候特征，但受渤海影響，沿海地區(qū)有時(shí)也顯現(xiàn)出海洋性氣候特征，海陸風(fēng)現(xiàn)象比較明顯，且沿海地區(qū)日照豐富，年日照時(shí)2752小時(shí)，適合于光伏電板的使用。近年來(lái)，在夏季的降雨出現(xiàn)了減少的趨勢(shì)，導(dǎo)致水資源的短缺。

1.3? 地質(zhì)資料

天津市武清區(qū)位于華北沉降帶的冀中凹陷，全區(qū)是平原地區(qū)地勢(shì)平坦海拔低，在武清區(qū)存在斷裂帶，控制著武清的地層分布，地面沉降和地震活動(dòng)。主要地震以中小型地震為主，而木結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性高，有比較好的抗震性能。巖層：巖土體的穩(wěn)定性影響建筑的地基，在武清北部多以低山丘陵為主，基巖裸露，以層狀巖石為主，穩(wěn)定性較好。水文：境內(nèi)河流較多，貫穿整區(qū)匯入海中，地表水資源豐富，地下水儲(chǔ)存條件好，水位埋深淺。地形：有沖積平原，地面傾斜較為平緩，落差較小。土壤：主要包括砂土、沙壤、輕壤、中壤、重壤、粘土6類(lèi)，以壤質(zhì)土分部為主。在王慶坨一帶有較好的地?zé)豳Y源。

2? 建筑設(shè)計(jì)

2.1? 平面設(shè)計(jì)

這棟建筑有設(shè)客廳、主臥、書(shū)房、廚房、衛(wèi)生間、車(chē)庫(kù)合理使用。設(shè)計(jì)集中突出合理性，舒適性。合理性表現(xiàn)為內(nèi)外，動(dòng)靜分明，各種管線集中：舒適性著重研究朝向、穿堂風(fēng)、直接采光爭(zhēng)取一定寬度，保證建筑的良好采光。建筑的總長(zhǎng)度為20.6m、寬度為13.15m，單個(gè)建筑體占地面積：270.59m2。建筑首層平面設(shè)計(jì)的尺寸如圖1所示，比例為1：1000。

2.2? 立面設(shè)計(jì)

在建筑立面設(shè)計(jì)中，集中體現(xiàn)了現(xiàn)代建筑的美，以現(xiàn)代、簡(jiǎn)約充滿動(dòng)感的風(fēng)格形成了清新鮮明的個(gè)性。同時(shí)立面造型力圖清新淡雅又穩(wěn)重大方，烘托住宅區(qū)安逸的生活氣氛。在形體處理上注重高低錯(cuò)落于體形的變化，材料一木材為主，墻面用高級(jí)涂料粉刷，局部配以涂料及玻璃，既表現(xiàn)了建筑體快的變化，又體現(xiàn)建筑節(jié)奏與韻律之美。

南立面：建筑高度為8.7m，建筑正中間有一個(gè)大門(mén)，兩邊都有一個(gè)大窗都用來(lái)保證采光的良好。側(cè)立面：大廳、主臥房間、書(shū)房等單窗口都是采用塑鋼窗。立面圖如圖2。

2.3? 剖面設(shè)計(jì)

立面設(shè)計(jì)我們遵循下面三個(gè)原則：（1）完整均衡、比較適當(dāng);（2）層次分明，交接明確;（3）體型簡(jiǎn)潔，環(huán)境協(xié)調(diào)。

本建筑為主體兩層，第一層高度為3.5m，第二層高度為3.0m。防止建筑因不均勻沉降使地面降低，為了滿足使用功能要求，取室內(nèi)外高差為750mm。出入口設(shè)有樓梯，以方便人流行走。兩層之間女兒墻高度為600mm。樓梯采用螺旋式樓梯。

2.4? 輕型木結(jié)構(gòu)防火與防護(hù)

2.4.1? 防火

木材是可燃材料， 所以木結(jié)構(gòu)建筑的防火顯得尤為重要。通過(guò)合理的防火設(shè)計(jì)和構(gòu)造措施來(lái)控制火勢(shì)的蔓延， 使木結(jié)構(gòu)建筑滿足防火要求。

本木結(jié)構(gòu)建筑采取了兩種防火設(shè)計(jì)，一種是采用防火構(gòu)造措施的方法，比如輕型木結(jié)構(gòu)建筑采用防火石膏板對(duì)木材進(jìn)行防火保護(hù)，防火石膏板其中的CaSO4、2H2O，不要小看這兩個(gè)結(jié)晶水，石膏板的結(jié)晶水是它防火的一個(gè)重要原因。石膏板受火時(shí)，先是板芯中的游離水分蒸發(fā)出來(lái)，吸收少量的熱量，降低板周的溫度。當(dāng)溫度繼續(xù)升高，二水石膏的結(jié)晶水開(kāi)始脫離，分解成石膏和水分，這個(gè)過(guò)程需要吸收大量的熱量，可以在比較長(zhǎng)的時(shí)間里影響板面四周的溫升，也可以在密閉空間的部位采用連續(xù)的防火分隔措施。另外一種是通過(guò)在木材中加入阻燃劑，阻燃劑可以阻止木材的熱分解和釋放可燃?xì)怏w，比如木材阻燃劑成分中含有;磷-氮系、硼系、有機(jī)胺系、鹵素系等，當(dāng)阻燃劑中的磷酸受熱時(shí)放出氨等惰性氣體沖淡氧氣及可燃體濃度而抑制氣相燃燒。含硼系化合物受熱熔成玻璃狀固體覆蓋在木材表面可以抑制燃燒，還具有一定的防腐、防蟲(chóng)性能，這是利用協(xié)同作用和增效作用。

2.4.2? 防腐、防蟲(chóng)

木材是有機(jī)材料遇水易腐爛，但是古有彥語(yǔ)說(shuō)：“干兩千年，濕兩千年，不干不濕兩三年”，這就表明木材的耐久性取決于正確的處理方法。壓力處理法是我國(guó)最普遍和成熟的方法。將木材置于壓力容器中，通過(guò)真空泵將木材細(xì)胞中的空氣抽出;將容器中注滿防腐劑，利用真空效果使木材細(xì)胞吸入防腐劑，保持在理想的條件下木材的含水率小于20%，這樣在更大程度上進(jìn)行了防腐也可以防潮。

利用硼類(lèi)防腐劑進(jìn)行防蟲(chóng)處理，常用的有蹦砂、硼酸，其有防蟲(chóng)作用，有效地預(yù)防白蟻、天牛、粉蠱等對(duì)木材的危害，且對(duì)木材的滲透性好，處理后能保持木材本色，并還有阻燃作用，沒(méi)有氣味，是一類(lèi)非常安全、環(huán)保的木材防蟲(chóng)劑。

2.4.3? 防潮

在木結(jié)構(gòu)建筑中尤其關(guān)鍵，當(dāng)木材長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境時(shí)， 木材可能出現(xiàn)腐朽等問(wèn)題。木結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)進(jìn)行合理的木結(jié)構(gòu)防水防潮設(shè)計(jì)和采取相應(yīng)的構(gòu)造措施， 使木材處于干燥通風(fēng)的環(huán)境， 根據(jù)木結(jié)構(gòu)的不同部位， 采用不同的防潮措施。對(duì)基礎(chǔ)， 采用架空或者鋪設(shè)防潮層;對(duì)墻體， 設(shè)置挑檐， 在護(hù)墻板與墻面板之間鋪加排水面等;對(duì)屋面， 設(shè)置成坡屋面， 鋪設(shè)瓦片， 防水卷材， 泛水板等。

在此我們應(yīng)用建筑細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)使之利于排水，如面積較大面積的屋面挑檐，使雨水偏離建筑物;通過(guò)設(shè)計(jì)檐溝和落水管排水途徑式水在重力作用下流出建筑物護(hù)欄結(jié)構(gòu);木屋底部與基礎(chǔ)間設(shè)有隔離防潮層，濕氣無(wú)法入侵，木地板與混凝土基礎(chǔ)之間都設(shè)有架慨層，借助通風(fēng)或蒸汽擴(kuò)散排出積聚的濕氣。

3? BIM技術(shù)與裝配式

BIM繪制過(guò)程。BIM技術(shù)將設(shè)計(jì)方案、制造需求、安裝需求集成在BIM模型中，在實(shí)際建造前統(tǒng)籌考慮設(shè)計(jì)、制造、安裝的各種要求，把。實(shí)際制造、安裝過(guò)程中可能產(chǎn)生的問(wèn)題提前消滅。模擬工廠加工的方式，以“預(yù)制構(gòu)件模型”的方式來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)集成和表達(dá)，這就需要建立裝配式建筑的BIM構(gòu)件庫(kù)。通過(guò)裝配式建筑BIM構(gòu)件庫(kù)的建立，可以不斷增加BIM虛擬構(gòu)件的數(shù)量、種類(lèi)和規(guī)格，逐步構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制構(gòu)件庫(kù)。在深化設(shè)計(jì)、構(gòu)件生產(chǎn)、構(gòu)件吊裝等階段，都將采用BIM（建筑信息模型）進(jìn)行構(gòu)件的模擬，碰撞檢驗(yàn)與三維施工圖紙的繪制。

4? 總結(jié)

推進(jìn)木結(jié)構(gòu)建筑的部品化設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和裝配式建造可極大提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，是現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張樹(shù)君.裝配式現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑[J].城市住宅，2016（5）：35～40.

[2] 趙克儉.木結(jié)構(gòu)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].天津建設(shè)科技，2010（5）：18～19.

[3] 曹瑜.輕型木結(jié)構(gòu)建筑墻體的保溫及熱濕性能研究[D].南京林業(yè)大學(xué)，2018.

[4] 宋杰紅，于曉龍，張志杰.輕型木結(jié)構(gòu)建筑防潮工程技術(shù)措施[J].建筑技術(shù)，2011（7）：596～598.

[5] 林樹(shù)枝，施有志.裝配式木結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望[J].建設(shè)科技，2019（1）：46～51.

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目：基于建筑信息模型的輕型木結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)研究，項(xiàng)目編號(hào)：201913898016

作者簡(jiǎn)介：

許良（1999—）籍貫：廣西省，職業(yè)：北京科技大學(xué)天津?qū)W院大三在讀。