基于BIM技術(shù)的裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅模塊化設(shè)計研究

陳鵬 陳果

摘 要：隨著我國建筑市場的不斷發(fā)展和進步，傳統(tǒng)粗放式發(fā)展方法和經(jīng)濟管理模式正在逐漸突出，其存在的諸多問題如：資源的利用、環(huán)境污染、生產(chǎn)效率、施工安全等。為了解決這些問題，國家正在大力發(fā)展新型裝配式建筑。該鋼結(jié)構(gòu)建筑具有了輕質(zhì)高強、清洗環(huán)保、施工迅速、綜合造價相對較低等優(yōu)點，符合了裝配式建筑的高效、快速、簡單、安全、綠色、環(huán)保要求。

關(guān)鍵詞：BIM;模塊化設(shè)計;裝配式鋼結(jié)構(gòu)

1BIM技術(shù)的基本概念

BIM技術(shù)主要是采用三維數(shù)字信息技術(shù)，通過融合涉及到設(shè)計單位、施工單位、構(gòu)件生產(chǎn)單位、監(jiān)理單位等關(guān)于整個工程項目全生命周期內(nèi)的各種相關(guān)信息并加以深化整理，建立系統(tǒng)化、多元化的結(jié)構(gòu)信息數(shù)據(jù)平臺，利用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型，通過數(shù)據(jù)模型的建立和運行，以便發(fā)現(xiàn)各專業(yè)部分在不同階段可能出現(xiàn)的各種問題，協(xié)調(diào)業(yè)主、設(shè)計方、施工方、監(jiān)理方、材料供應商等多部門的工作，對優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計、降低項目成本、縮短施工工期、提升建筑質(zhì)量等多方面都能起到巨大的作用。BIM技術(shù)的利用，讓工程設(shè)計更具科學性、規(guī)范性、可行性，為技術(shù)人員提供了新的設(shè)計、管理思路。

2裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的主要問題

2.1基于PC結(jié)構(gòu)理念的鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計

目前國內(nèi)建筑行業(yè)的工業(yè)化主要有預制鋼筋混凝土裝配式結(jié)構(gòu)與鋼框架結(jié)構(gòu)兩種。盡管我國的建筑行業(yè)工業(yè)化已經(jīng)取得了長期的進步，但即便是大城市，工業(yè)化的生產(chǎn)率也并非低。目前，我國的建筑行業(yè)依然還是以粗放型建筑為主，建設(shè)標準化的工作進展比較滯后，對相應零部件的標準化、通用性程度較低，新型建筑的結(jié)構(gòu)制造體系仍然是處于探索階段，出現(xiàn)了許多PC建筑工業(yè)化的體系，都未經(jīng)過市場的充分審批，但都沒有少數(shù)示范性項目。由于鋼結(jié)構(gòu)住宅工業(yè)化的建筑設(shè)計在當時我國起步較晚，很多家庭住宅的設(shè)計尚是根據(jù)傳統(tǒng)PC結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，導致其所建造的戶型開間進深、尺寸沒有形成少規(guī)格多組合的原則，不能夠適合于工業(yè)化的建設(shè)與發(fā)展。很多住宅設(shè)計還是根據(jù)傳統(tǒng)的PC結(jié)構(gòu)設(shè)計，導致建造的戶型開間進深、尺寸沒有形成少規(guī)格多組合的原則，不適合工業(yè)化的發(fā)展。

2.2部品部件規(guī)格不統(tǒng)一

在進行鋼結(jié)構(gòu)體系設(shè)計時，沒有按照模塊化的標準進行設(shè)計，導致構(gòu)件的尺寸規(guī)格較多，工廠加工作業(yè)增加，運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場時需要進行裁剪，不僅耗費了大量的鋼材和人力，而且墻板的安裝在水平、豎直方向排列不統(tǒng)一。構(gòu)件規(guī)格較多增加了建筑的成本，降低了建筑本身的美觀性。由于部件沒有按照模數(shù)協(xié)調(diào)設(shè)計，造成構(gòu)件在施工現(xiàn)場堆放隨意，種類太多、規(guī)格復雜，降低了施工安裝質(zhì)量。部件的互換性較低，與建筑設(shè)計匹配性差，部件不能大規(guī)模地生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)效率，不利于構(gòu)件的標準化、通用化生產(chǎn)。

2.3缺少全裝修和設(shè)備一體化的集成化設(shè)計

目前我國的裝配式建筑還仍然處于發(fā)展的初級階段，結(jié)構(gòu)、零部件、機電器具、裝配施工、室內(nèi)裝飾和建筑裝修等方面的一體化集成設(shè)計技術(shù)能力存在嚴重欠缺，設(shè)計人員對于裝配式建筑的技術(shù)、質(zhì)量、效率、經(jīng)濟效益等方面的總體可靠性控制認識不夠。設(shè)計的標準化水平較低，模塊化的設(shè)計應用較少，而且建筑信息模型技術(shù)正被廣泛應用到了裝配式建筑設(shè)計這個領(lǐng)域。未能做到全裝修設(shè)計和施工一體化，裝修、主體框架結(jié)構(gòu)施工、機電器具安裝等各個環(huán)節(jié)的銜接較為順暢。標準化、集成化、模塊化裝修設(shè)計、施工方案等亟待探索和推進，整體廚衛(wèi)、輕質(zhì)隔墻等新型材料、生產(chǎn)車間及設(shè)備的管線集成化技術(shù)的應用也亟待提高。

3基于BIM技術(shù)的模塊化設(shè)計方法

3.1戶型庫的建立

常見的戶型有臥室、客廳、廚房、衛(wèi)生間等功能模塊組成，根據(jù)部件的精細化設(shè)計能夠確定模塊的大致尺寸，在考慮模數(shù)協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，提出幾種通用的功能模塊。同時，不同的功能模塊之間能夠相互組合，形成不同的戶型。就現(xiàn)代建筑戶型而言，經(jīng)過長期淘汰與篩選，人們對戶型的需求已經(jīng)比較明顯。利用BIM技術(shù)可以建立建筑戶型模型，形成通用的戶型庫。設(shè)計師要保證戶型內(nèi)各功能的合理劃分、結(jié)構(gòu)的合理布置以及水電暖等設(shè)備的合理安裝。

3.2戶型的平面組合

戶型間設(shè)計主要是考慮戶型與戶型組合形成建筑單元時的連接問題。戶型內(nèi)設(shè)計完成了內(nèi)部功能空間的劃分，戶型之間組合才能形成完整的建筑模型。戶型在連接時需要考慮墻、柱的重合問題，所以前期通用功能模塊的設(shè)計為戶型間的組合提供了基礎(chǔ)。戶型與戶型之間組合方式有連接組合和重合組合，在建筑、結(jié)構(gòu)方面的組合主要是重合組合，其他設(shè)備主要是連接組合。建筑、構(gòu)造戶型中主要相互重合的組成部分為內(nèi)墻、內(nèi)外隔墻、柱子及剪力墻。解決這種戶型重合的主要途徑之一就是：盡量刪除與其他重合的部位構(gòu)件，保留其中比較長的一個。

3.3標準層的創(chuàng)建

樓層的標準層不僅包括戶型之間的組合，還包括交通模塊與戶型的組合。一個完整的房屋標準層應該是由戶型、樓梯、電梯、前室、走廊、電梯井等組成，還有一些不符合標準的結(jié)構(gòu)。在建筑設(shè)計中，不僅需要有一些標準化的功能模塊，還要配備一些不符合標準要求的構(gòu)造。只有將這些層次組合在一起，才能建立一個完整的房屋標準層。標準層設(shè)計時，戶型通常對稱布置。戶型對稱設(shè)計，使得結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)更規(guī)整，規(guī)則性的柱網(wǎng)設(shè)計就是我們應該盡量去實現(xiàn)的一種安全穩(wěn)態(tài)。在建筑設(shè)計時，先完成標準層的設(shè)置，其他的樓層可根據(jù)標準層進行簡單的變化。

3.4整體建筑的協(xié)同設(shè)計

整體建筑的協(xié)同設(shè)計是將建筑的首層、標準層等其他部分組合起來，使得各樓層形成一個整體樓層。同時，在連接各部分樓層時，要保證建筑、結(jié)構(gòu)等各專業(yè)整體的協(xié)調(diào)性。建筑的整體協(xié)同設(shè)計包括各專業(yè)內(nèi)的協(xié)同性以及專業(yè)間的協(xié)同性。專業(yè)內(nèi)的協(xié)同性要依據(jù)建筑相關(guān)標準、規(guī)范進行合理的設(shè)計，專業(yè)間的協(xié)同性要避免建筑、結(jié)構(gòu)等不同專業(yè)設(shè)計時發(fā)生碰撞。建筑的協(xié)同設(shè)計有利于各專業(yè)技術(shù)人員之間的信息交流，減少了建筑設(shè)計中可能出現(xiàn)的各種問題。加強了建筑過程信息化的共享，避免了可能出現(xiàn)建筑過程信息化的孤島，加強了從技術(shù)研究產(chǎn)品開發(fā)過程到產(chǎn)品設(shè)計、制造、物流、裝配，以及對建筑信息化工程技術(shù)工作進行了全整個流程的互聯(lián)貫通，提供了一個完整的建筑過程工業(yè)信息系統(tǒng)和一個建筑過程工業(yè)整體性信息解決問題方案。

結(jié)語

本文通過對基于BIM的建筑模塊化設(shè)計在建筑裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅中的實際使用進行分析，可以了解和得出BIM模塊化技術(shù)的實際使用情況，這將更好地促進了建筑裝配式的鋼結(jié)構(gòu)住宅和建筑工業(yè)化的完美融合，能夠合理地推動建筑物和住宅的有效轉(zhuǎn)型以及經(jīng)濟社會發(fā)展，并且更好地幫助企業(yè)和社會進行節(jié)能低碳減排，獲得了技術(shù)創(chuàng)新，同時也幫助了企業(yè)為自己開拓市場，繼而加速了中國房地產(chǎn)行業(yè)整體發(fā)展速度，同時也促進了我國建筑行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

[1]曲圣玉.裝配式鋼結(jié)構(gòu)小型場館的結(jié)構(gòu)探索[J].中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2021（04）：84-87.

[2]溫穎.基于BIM的裝配式住宅內(nèi)裝部品模塊化設(shè)計研究[D].大連理工大學，2021.

[3]于陳晨.基于BIM技術(shù)的裝配式鋼結(jié)構(gòu)綠色公寓設(shè)計研究[D].山東建筑大學，2020.

[4]葉苑青.某大廈項目模塊化設(shè)計應用實踐[J].廣東土木與建筑，2020，27（05）：31-33.

[5]王文靜，李志武，于春義，張慶昱，葉浩文，李振寶.裝配式非永久性模塊化鋼結(jié)構(gòu)居住類建筑的集成設(shè)計方法研究[J].城市建筑，2020，17（13）：126-131+151.