基于BIM的湖南新農(nóng)村裝配式住宅保溫節(jié)能設(shè)計策略研究＊

袁醫(yī)娜

（長沙學院土木工程學院，湖南 長沙 410022）

0 引言

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，各行業(yè)逐漸提高了對建筑施工管理與綠色材料使用的要求。裝配式住宅設(shè)計方式逐漸取代傳統(tǒng)建筑設(shè)計方法，成為新興建筑設(shè)計主流，具有廣闊的發(fā)展前景。裝配式住宅設(shè)計是把裝配式構(gòu)件應用在住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中，是一種可持續(xù)發(fā)展的新型設(shè)計方法。近年來，湖南逐步推進新農(nóng)村建設(shè)工作，但仍需解決能源結(jié)構(gòu)不合理、住宅設(shè)計水平不高、圍護結(jié)構(gòu)保溫性偏低、節(jié)能設(shè)計不達標等問題。相較于城市來說，農(nóng)村居住地集中度較低，保溫節(jié)能工作起步較晚，保溫節(jié)能標準推行速度緩慢，亟需一種新型建筑方式升級住宅的保溫性與節(jié)能性。大部分裝配式構(gòu)件基本無污染，符合節(jié)能減排的施工要求，且資源浪費量極低。施工隊可將成本更多地投入到保溫及建筑其他環(huán)節(jié)中，提升住宅整體建設(shè)質(zhì)量。而BIM技術(shù)屬于一項把實體建筑特性轉(zhuǎn)化成數(shù)字信息的技術(shù)，可構(gòu)建數(shù)字化模型實現(xiàn)建筑物信息的及時傳遞與共享。因此，本文通過梳理BIM技術(shù)在湖南新農(nóng)村裝配式住宅保溫節(jié)能設(shè)計中的應用，并根據(jù)BIM技術(shù)的應用優(yōu)勢，為該項目提供基于BIM技術(shù)的設(shè)計方案。

1 BIM技術(shù)在湖南新農(nóng)村裝配式住宅保溫節(jié)能設(shè)計中的應用

1.1 構(gòu)件拆分

在湖南新農(nóng)村裝配式住宅保溫節(jié)能專項施工圖中，BIM技術(shù)繪制出的墻體與樓板依然存在整塊結(jié)構(gòu)。因此，在該項目設(shè)計階段，設(shè)計師有必要將模型進行拆分，以便精細化查驗與調(diào)整。依據(jù)受力程度與功能差異，構(gòu)件可拆分為垂直、水平與非受力三大類構(gòu)件。其中，垂直構(gòu)件的常用構(gòu)件是預制剪力墻，水平構(gòu)件主要有預制陽臺、預制空調(diào)板、預制樓板和預制樓梯等，非受力構(gòu)件主要有PCF外墻板、豐富住宅外立面或提升住宅美觀水平的裝飾性構(gòu)件。合理拆分構(gòu)件是裝配式住宅保溫節(jié)能設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對新農(nóng)村住宅平立面、住宅功能、預制構(gòu)件承載力、主體結(jié)構(gòu)受力水平、工程造價等方面均有不同程度的影響。在湖南新農(nóng)村裝配式住宅保溫節(jié)能設(shè)計中，應嚴格遵循“模數(shù)協(xié)調(diào)”原則，科學設(shè)置每個預制構(gòu)件的拆分位置及詳細尺寸，最大程度降低預制構(gòu)件的類型數(shù)量。在構(gòu)件拆分中，設(shè)計團隊還需要根據(jù)住宅建設(shè)方的需求繪制BIM設(shè)計圖，如項目平面拆分圖、住宅墻身構(gòu)造詳圖、構(gòu)件結(jié)構(gòu)詳圖。構(gòu)件拆分設(shè)計獲得多方利益相關(guān)者同意后，方可對構(gòu)件進行拆分。

1.2 構(gòu)件模型設(shè)計及預拼裝

設(shè)計團隊需為工廠設(shè)計不同預制構(gòu)件，并提供預制構(gòu)件配筋、直接連接節(jié)點的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。此設(shè)計環(huán)節(jié)中可用Revit模型對構(gòu)件進行局部修正，調(diào)整構(gòu)件的材質(zhì)、整體輪廓或鋼筋信息。基于BIM技術(shù)的湖南新農(nóng)村裝配式住宅保溫節(jié)能設(shè)計，不僅能反映設(shè)計圖信息，還可直接體現(xiàn)構(gòu)件參數(shù)，并自動生成構(gòu)件信息表，有效銜接工廠預制與現(xiàn)場施工。住宅結(jié)構(gòu)模型構(gòu)件拆分后，可用Revit模型對構(gòu)件進行可視化編程，運行構(gòu)件拆分與重組過程，提升構(gòu)件拆分與重組的科學性和合理性。據(jù)此，設(shè)計團隊可依據(jù)住宅預制疊合梁、樓板、柱、墻板等構(gòu)件的拆分原則，設(shè)計拆分后的預拼裝。構(gòu)件模型設(shè)計及預拼裝的具體流程如圖1所示。由于主次梁、住宅柱等節(jié)點的連接工作較為復雜，設(shè)計師需要用BIM技術(shù)根據(jù)施工要求進一步執(zhí)行預拼裝步驟，查驗節(jié)點連接方式是否合理，提高各構(gòu)件的保溫節(jié)能性能。基于此，施工隊可用Revit模型事前模擬該項目的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，使工人提前了解施工中的復雜點與注意事項，確保工程順利、無誤地實施。

圖1 構(gòu)建模型設(shè)計及預拼裝流程

1.3 碰撞檢查

湖南新農(nóng)村裝配式住宅保溫節(jié)能設(shè)計主要采用預制裝配式設(shè)計，需要提前考慮并計算各構(gòu)件之間的對接點，預留位置正確、尺寸合適的孔洞。

1）可運用BIM技術(shù)把不同Revit模型雜糅在一起，查驗錯誤、遺漏、缺失或沖突的地方，節(jié)約設(shè)計時間、提高施工效率。

2）由于預制構(gòu)件安裝對于設(shè)計的精準度要求極高，設(shè)計師有必要將構(gòu)件預拼裝模型導入Navisworks軟件，智能核驗各節(jié)點的碰撞情況，有效規(guī)避前期設(shè)計、工廠制作構(gòu)件、現(xiàn)場組裝之間的矛盾。

3）把該項目的整體結(jié)構(gòu)、機電模型等部分一起導入Navisworks軟件進行檢驗，徹底解決施工現(xiàn)場頻發(fā)管線和土建之間碰撞等問題。

1.4 施工過程模擬

常規(guī)施工過程模擬常用軟件為廣聯(lián)達的BIM 5D。在湖南新農(nóng)村裝配式住宅保溫節(jié)能設(shè)計中，設(shè)計團隊可先用Microsoft Project軟件安排項目施工進度計劃，再給BIM信息模型添加對應的時間維度與資源維度，最終把3D-BIM模型升級為5D-BIM模型。設(shè)計師可用5D-BIM模型調(diào)配施工過程中所需的各類資源，合理預測施工各環(huán)節(jié)時長，并科學安排施工進度計劃、資金投入時間及施工所需工藝等。同時，施工隊可將實際施工進度與規(guī)劃進度進行比對，確保采用合理的施工工序與正確的保溫節(jié)能控制技術(shù)，有助于及時發(fā)現(xiàn)問題并優(yōu)化施工步驟，以免因施工進度緩慢或工序不科學增加項目成本支出。施工隊可用5D-BIM模型向施工技術(shù)人員講解裝配式住宅的整體構(gòu)造、施工過程及注意事項，輔助施工人員提高操作成功率與工作效率，幫助管理人員動態(tài)監(jiān)管施工進度與成本支出情況，確保施工項目按期交工。

2 基于BIM技術(shù)的裝配式住宅保溫節(jié)能設(shè)計策略

2.1 提升初步設(shè)計效率

設(shè)計湖南新農(nóng)村裝配式住宅保溫節(jié)能控制項目過程中，傳統(tǒng)設(shè)計方式以二維圖紙為主，先繪制住宅的立面、剖面等平面圖，再根據(jù)業(yè)主要求、施工實際情況修改對應的圖紙。這一過程通常會產(chǎn)出大量圖紙并消耗較長時間，但在細節(jié)測算中不夠精確，容易使施工隊因數(shù)據(jù)不精密而出現(xiàn)施工停滯現(xiàn)象。而用BIM技術(shù)進行事前設(shè)計可有效避免這一問題，建筑師先設(shè)計一個虛擬住宅結(jié)構(gòu)模型，再根據(jù)需要切割出對應的平面圖。模型可有效替代傳統(tǒng)圖紙，成為住宅建設(shè)的核心，并提供二維圖紙難以計算出的精確數(shù)據(jù)。

BIM技術(shù)在住宅設(shè)計中的常用軟件有4種，分別是 Autodesk Revit，Sketchup，Architecture，Rhinoceros。其中，Autodesk Revit常用于設(shè)計民用住宅，Sketchup常用于設(shè)計園林建筑方案，Rhinoceros常用于設(shè)計工業(yè)建筑，Architecture可綜合展示3D建模成果、住宅設(shè)計方案和施工圖，但操作步驟較為復雜。湖南新農(nóng)村裝配式住宅保溫節(jié)能控制設(shè)計可根據(jù)實際情況選擇適宜的軟件，通過三維構(gòu)建方式全方位呈現(xiàn)住宅的結(jié)構(gòu)、暖通空調(diào)、給排水、消防、電氣設(shè)備等多項信息。設(shè)計師可依據(jù)國家保溫節(jié)能標準、實際資金情況、市場通用狀況綜合考慮采用何種建筑材料或施工技術(shù)，提高住宅的保溫節(jié)能水平。通過BIM模型，相關(guān)施工人員可直觀看到住宅各構(gòu)件節(jié)點的連接方式、布線安排與細節(jié)處理方法，便于管理者準確掌握項目施工進度與設(shè)計節(jié)奏。裝配式住宅保溫節(jié)能設(shè)計需要有較高的緊密度，保證各環(huán)節(jié)對接的精確度。而BIM技術(shù)可滿足裝配式住宅設(shè)計的各項要求，選擇適宜的保溫節(jié)能控制材料或施工工藝，從而極大地提升初步設(shè)計效率。

2.2 降低設(shè)計偏差

裝配式住宅保溫節(jié)能設(shè)計中難免會出現(xiàn)些許偏差，通過BIM技術(shù)，可將虛擬施工環(huán)節(jié)與進度可視化，并用Navisworks數(shù)據(jù)檢驗虛擬施工環(huán)節(jié)中是否存在碰撞問題。針對檢測出的問題，設(shè)計師需要及時處理可能出現(xiàn)的問題，并對暫時無法解決的問題制定解決方案?；贐IM技術(shù)，湖南新農(nóng)村裝配式住宅保溫節(jié)能設(shè)計結(jié)果可通過模型提高可視化程度，便于比對施工與設(shè)計之間的偏差，有效規(guī)避由于設(shè)計或檢測失誤造成的損失，進一步實現(xiàn)低成本修改設(shè)計與檢測。借助Revit軟件將裝配式住宅的各項保溫節(jié)能構(gòu)件組裝成三維模型，并導入Navisworks中，查驗各預制構(gòu)件模型間是否存在碰撞問題，最后根據(jù)碰撞查驗結(jié)果對應修改相應的碰撞問題，如碰撞軸網(wǎng)交點、對象ID、預制構(gòu)件名稱等信息均會顯示在管理器對話框內(nèi)。通過以上檢查步驟，湖南新農(nóng)村裝配式住宅保溫節(jié)能設(shè)計將有效識別出存在的碰撞問題，避免因人工審閱出現(xiàn)漏審或查不清的問題，同時減少設(shè)計團隊的人工工作量。設(shè)計人員根據(jù)審圖結(jié)果，對應調(diào)整住宅構(gòu)件、節(jié)點連接位置或鋼筋間距、厚度等，最大程度地降低施工項目支出、減少施工損失及事故發(fā)生率，從根源上提高項目施工效率與質(zhì)量。

2.3 協(xié)調(diào)各專業(yè)工作

在湖南新農(nóng)村裝配式住宅保溫節(jié)能控制項目設(shè)計中，通過BIM技術(shù)可共享住宅設(shè)計信息。各方項目參與者可通過信息共享平臺交換信息，共同商討項目設(shè)計修改方案，形成共同設(shè)計的合作模式。任一專業(yè)設(shè)計師修改設(shè)計模型或出現(xiàn)設(shè)計錯誤均能及時被其他合作者看到，便于其他環(huán)節(jié)的專業(yè)工作者進行對應處理。各專業(yè)工作者可依據(jù)特定的規(guī)則或標準在平臺內(nèi)進行設(shè)計，形成良好的分工合作氛圍，提高項目設(shè)計工作的效率與精確度。多專業(yè)協(xié)同設(shè)計成果同樣需要導入BIM軟件，模仿實際施工流程并檢測施工中是否存在問題，并針對問題展開詳細剖析與探討。這種合作模式可有效消解各專業(yè)工作人員因信息交換不及時產(chǎn)生的規(guī)劃抵觸情緒，減少不必要的返工或設(shè)計修改次數(shù)，優(yōu)化項目設(shè)計流程。設(shè)計師將裝配式住宅的設(shè)計方案傳送到指定的云端服務器后，可在云端整合構(gòu)件材料、尺寸、樣式等信息，并建立各類預制構(gòu)件庫。在此庫中可比對各種保溫節(jié)能材料，并查看項目預計支出數(shù)額、設(shè)計標準與規(guī)范。設(shè)計師通過不斷對比和優(yōu)化設(shè)計，最終確定最佳的預制構(gòu)件外形與尺寸。此外，設(shè)計師還可在庫中積累大量的設(shè)計成果，便于下一位業(yè)主挑選戶型或根據(jù)新業(yè)主要求快速提供設(shè)計成品。

3 結(jié)語

預制裝配式住宅且有施工快、污染小、浪費少等優(yōu)點，高度契合節(jié)能設(shè)計理念。在湖南新農(nóng)村裝配式住宅保溫節(jié)能設(shè)計要求下，一些施工單位尚未全面掌握有關(guān)設(shè)計知識，且運行流程、實踐理念落后，難以獲良好的設(shè)計效果。而BIM技術(shù)能為裝配式住宅保溫節(jié)能控制設(shè)計提供優(yōu)化基礎(chǔ)，促進住宅設(shè)計綠色升級，提升項目設(shè)計核心競爭力，助力社會可持續(xù)發(fā)展。