淺談BIM設(shè)計(jì)在裝配式項(xiàng)目中的運(yùn)用
——以蔡甸區(qū)裝配式過渡房項(xiàng)目為例

陳晶 殷煒

1.中南建筑設(shè)計(jì)院有限公司 湖北 武漢 430000

2.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 湖北 武漢 430000

裝配式建筑是以工業(yè)化建造方式為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)等四大系統(tǒng)一體化，以及策劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與施工一體化的過程[1]。

其技術(shù)集成創(chuàng)新體現(xiàn)在，明確裝配式建筑的概念、內(nèi)涵及頂層設(shè)計(jì)；首次構(gòu)建裝配式建筑的四大建筑集成系統(tǒng)；提出裝配式建筑的系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)；將建筑當(dāng)做完整產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)籌設(shè)計(jì)；強(qiáng)調(diào)了裝配式建筑全生命期可持續(xù)的品質(zhì)技術(shù)；對(duì)裝配式建筑“六化”提出建造方式要求。

裝配式建筑兩本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的裝配式建筑系統(tǒng)集成關(guān)鍵包括四大基礎(chǔ)：一是強(qiáng)調(diào)裝配式建筑建造是系統(tǒng)組合的特點(diǎn)；二是解決四大系統(tǒng)之間的協(xié)同問題；三是解決各系統(tǒng)內(nèi)部的協(xié)同問題；四是體現(xiàn)裝配式建筑的整體性能和可持續(xù)性[1]。

1 項(xiàng)目基本信息

1.1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為中建鋼構(gòu)有限公司投資開發(fā)的蔡甸區(qū)過渡房項(xiàng)目，項(xiàng)目場(chǎng)地位于武漢市蔡甸區(qū)五賢北路附近。

過渡安置房項(xiàng)目作為一類由政府進(jìn)行籌劃建設(shè)的福利性住房，建設(shè)量龐大，建設(shè)任務(wù)繁重。適用于可持續(xù)發(fā)展的工業(yè)化生產(chǎn)方式。在可研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工和運(yùn)營等環(huán)節(jié)形成成套集成生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)品節(jié)能、環(huán)保、全壽命周期價(jià)值最大化。

1.2 項(xiàng)目BIM要求

1.2.1 建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化

降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)結(jié)果的可預(yù)測(cè)性，降低產(chǎn)品缺陷率，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高利潤率。

1.2.2 構(gòu)件部品生產(chǎn)工廠化

減少施工現(xiàn)場(chǎng)的工作量和勞動(dòng)力，改善工人的勞動(dòng)環(huán)境，加快生產(chǎn)進(jìn)度、節(jié)約人工、提高效率，減少原料的浪費(fèi)，保護(hù)環(huán)境。

1.2.3 施工安裝裝配化

施工人員現(xiàn)場(chǎng)裝配，減少濕作業(yè)，使建筑更安全、耐用、節(jié)能。

1.2.4 生產(chǎn)經(jīng)營信息化

每一個(gè)構(gòu)件的所有的信息完全掌握，了解每一部分的現(xiàn)狀，統(tǒng)籌運(yùn)營。

1.2.5 建設(shè)項(xiàng)目生產(chǎn)集成化

對(duì)設(shè)計(jì)、制造、施工進(jìn)行技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)整合，實(shí)現(xiàn)交流無障礙和三個(gè)生產(chǎn)過程的有效銜接。

2 項(xiàng)目BIM策略

2.1 基于BIM的概念設(shè)計(jì)

基于BIM的概念設(shè)計(jì)-Revit1.0綜合模型優(yōu)勢(shì)：各個(gè)專業(yè)間采用鏈接的方式在一個(gè)模型體上設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)專業(yè)間信息傳遞的準(zhǔn)確、及時(shí)、完整，同時(shí)通過協(xié)同和可視化及時(shí)發(fā)現(xiàn)、解決問題[2]。劣勢(shì)：所出圖紙和整體的三維模型無法滿足本項(xiàng)目的要求：1）模塊化；2）可持續(xù)利用3）集約化。

2.2 基于BIM的深化設(shè)計(jì)

以建造的方式搭建模型——三板預(yù)制裝配式體系模型（如圖1所示）。

圖1 BIM中心模型系統(tǒng)圖

預(yù)制構(gòu)件體系模型是由預(yù)制屋面板，預(yù)制樓面板，預(yù)制墻板組成的三板預(yù)制裝配式體系模型。

內(nèi)外裝飾部分，例如：鋼柱外包裝飾、入戶管線、梁外包、樓梯公共區(qū)域、樓板板面裝飾、吊頂，通過深化模型配置設(shè)計(jì)。

這種標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)體系和模塊化的生產(chǎn)方式，契合工業(yè)化批量建造模式。選擇這種具有適應(yīng)性的工業(yè)化建造方法，利用BIM信息模型對(duì)建筑中各種部品信息進(jìn)行全過程信息跟蹤，實(shí)現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)化裝修與施工。

2.3 基于BIM的施工策劃

用構(gòu)造的標(biāo)準(zhǔn)將三板體系模型細(xì)化成由工業(yè)元件分級(jí)組成的精細(xì)元件模型。

真實(shí)信息錄入——與部品廠家聯(lián)合，建立真實(shí)產(chǎn)品的BIM信息模型，將廠家的產(chǎn)品信息錄入其中，給這個(gè)體系提供生產(chǎn)階段的信息支持。每種部品都附帶了編號(hào)、名稱、型號(hào)規(guī)格、成本等信息。

工程量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)——對(duì)部品的成本計(jì)算產(chǎn)生直觀可控的項(xiàng)目成本。

工程做法模擬——三維模型直接呈現(xiàn)構(gòu)件連接方法。

施工進(jìn)度模擬——廠家與施工方在同一平臺(tái)上安排施工進(jìn)度。

運(yùn)維端口預(yù)留——完備的數(shù)據(jù)庫后期可以直接與運(yùn)維軟件對(duì)接。

3 預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)屋頂

3.1 建筑精細(xì)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目為雙坡鋼結(jié)構(gòu)屋面，在BIM模型中一層層細(xì)化屋頂模型，采用三層結(jié)構(gòu)拼合，從內(nèi)至外依次為鋼框架、保溫層、壓型鋼板。同時(shí)細(xì)化各屋面節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，如：屋脊、檐溝、鎖邊構(gòu)件等各交接處施工的三維模型，以便于施工時(shí)，作為施工的三維示意參考[3]。

3.2 結(jié)構(gòu)分析研究

通過構(gòu)建屋面的鋼結(jié)構(gòu)屋頂模型，利用軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力等相關(guān)結(jié)構(gòu)計(jì)算。

3.3 三維動(dòng)畫演示

通過BIM模型三維動(dòng)畫演示，進(jìn)行拼裝屋蓋框架，指導(dǎo)屋面施工。步驟如下：1）拼裝屋蓋框架；2）搭設(shè)屋蓋集成拼裝胎架；3）將屋架框架放置于胎架上；4）集成管線；5）鋪設(shè)保溫層及壓型鋼板；6）安裝下方吊頂。

4 預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)樓板

4.1 建筑精細(xì)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目為鋼結(jié)構(gòu)樓板，在BIM模型中細(xì)化樓板模型，采用五層結(jié)構(gòu)拼合，從上至下依次為內(nèi)墻連接件、裝飾面板、板下預(yù)穿管線、鋼桁架、吊頂。同時(shí)細(xì)化各連接件處節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，以便于施工時(shí)，作為施工的三維示意參考。

4.2 結(jié)構(gòu)分析研究

通過構(gòu)建樓板的鋼結(jié)構(gòu)模型，利用軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力等相關(guān)結(jié)構(gòu)計(jì)算，優(yōu)化板間支撐位置。

4.3 三維動(dòng)畫演示

通過BIM模型三維動(dòng)畫演示，進(jìn)行拼裝鋼結(jié)構(gòu)樓板，指導(dǎo)樓面施工。步驟如下：1）裝配式樓板框架拼接；2）設(shè)置樓板拼裝胎架（高度1.8m的結(jié)構(gòu)層）；3）裝配式樓板框架就位；4）集成管線；5）鋪設(shè)頂部水泥纖維板；6）安裝底部吊頂。

4.4 提交工廠預(yù)制

經(jīng)過圖紙和模型及施工演示，核對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)無誤后，提交工廠進(jìn)行構(gòu)件生產(chǎn)，同時(shí)在出廠前完成基礎(chǔ)的樓板龍骨組裝和樓面石膏板鋪設(shè)。

5 預(yù)制輕鋼龍骨墻體

5.1 建筑精細(xì)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目為預(yù)制輕鋼龍骨墻體，在BIM模型中細(xì)化墻體模型，采用集成管線形式，形成管線-墻體一體化設(shè)計(jì)，節(jié)約內(nèi)部使用空間，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)、裝飾、功能三位一體。從內(nèi)至外依次為預(yù)埋管線、墻體與樓面角鋼連接件、墻體龍骨、主體墻體、裝飾面板。同時(shí)細(xì)化各連接件處節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，以便于施工時(shí)，作為施工的三維示意參考。

5.2 結(jié)構(gòu)分析研究

通過構(gòu)建墻板的鋼結(jié)構(gòu)模型，利用軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力等相關(guān)結(jié)構(gòu)計(jì)算，優(yōu)化板間支撐位置。

5.3 三維動(dòng)畫演示

通過BIM模型三維動(dòng)畫演示，進(jìn)行拼裝鋼結(jié)構(gòu)墻板，指導(dǎo)墻面施工。步驟如下：1）鋪設(shè)胎架、放線；2）鋪設(shè)鋼板；3）拼裝墻體框架及鋼筋；4）鋪設(shè)管線及鋼絲網(wǎng)；5）鋪設(shè)墻面板；6）墻面翻身；7）澆筑發(fā)泡混凝土；8）鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)；9）鋪設(shè)墻面板；10）將墻體直立，進(jìn)行粉刷裝飾。

5.4 提交工廠預(yù)制

經(jīng)過圖紙和模型及施工演示，核對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)無誤后，提交工廠進(jìn)行構(gòu)件生產(chǎn)，同時(shí)在出廠前完成基礎(chǔ)的墻板龍骨組裝和墻面管線預(yù)埋鋪設(shè)等內(nèi)容。

6 樣板房實(shí)踐

樣板房區(qū)域位于武漢市蔡甸區(qū)五賢北路附近，靠近項(xiàng)目實(shí)施地點(diǎn)，擬建規(guī)模10m*15m=150m2的樣板房。

具體流程如下：1、立鋼柱——2、搭建主體結(jié)構(gòu)框架——3、安置預(yù)制樓板——4、安置輕鋼龍骨屋面——5、砌筑基礎(chǔ)墻體——6、安裝預(yù)制外墻——7、安裝鋼結(jié)構(gòu)樓梯——8、安裝空調(diào)臺(tái)太陽能板。

7 BIM的實(shí)踐成果及總結(jié)

7.1 與廠家配合的一體化空間

對(duì)特殊功能空間模塊進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，將家具，成品部品等模型置入模塊中，完成一體化的預(yù)制空間一體化模型。樓梯間公共區(qū)域，采用鋼樓梯，預(yù)制管道，裝修整體設(shè)計(jì)安裝（如圖2所示）；整體式衛(wèi)浴，與廠家配合預(yù)留洞口，整體安裝衛(wèi)浴房間，一體成型防水底盤，無滲漏隱患（如圖3所示）；結(jié)構(gòu)牢固可靠，與建筑的構(gòu)架獨(dú)立分開，安裝簡便，底盤直接與基面上固定，強(qiáng)板塊快速拼裝；集成排水：一體式排水地漏；太陽能集熱系統(tǒng)，預(yù)埋安裝連接件，現(xiàn)場(chǎng)直接安裝。

圖2 公共區(qū)域管道安裝圖

圖3 整體式衛(wèi)浴安裝圖

7.2 現(xiàn)場(chǎng)細(xì)部處理

7.2.1 吊頂

吊頂內(nèi)按照接線盒，用于墻板與樓板間電纜線連接，利于后期維修，電纜線采用纜蟲電線連接器。

7.2.2 鋼柱及梁外部裝飾

外包材料為發(fā)泡混凝土，放置于外側(cè)與水泥纖維板之間，是一種含有大量封閉氣泡，密度小，保溫隔熱，耐火的輕質(zhì)節(jié)能環(huán)保型建筑材料。水泥纖維板是一種環(huán)保型安全綠色建筑材料，由合成木纖維組成，防火不燃級(jí)別為A1級(jí)，防水防潮，隔熱隔音，安全無毒，耐酸堿，耐腐蝕（如圖4所示）。

圖4 梁柱外包完工圖

7.2.3 樓板與主體結(jié)構(gòu)的連接

樓板桁架與鋼梁梁托之間采用螺栓連接，樓板模塊端部預(yù)留200mm的空隙做后裝段（如圖5所示），除補(bǔ)裝樓板桁架對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)材料外，還需進(jìn)行與其他結(jié)構(gòu)間的水電管線貫通連接。

圖5 樓板與主體結(jié)構(gòu)連接圖

7.2.4 柱與墻體連接

內(nèi)墻板與鋼柱、鋼梁之間均采用L型角鐵和燕尾釘進(jìn)行固定連接。

7.2.5 門與墻連接

上部軌道按照及門框外包。

7.3 完成成果

完成成果如圖6-8。

圖6 客廳

圖7 衛(wèi)生間

圖8 項(xiàng)目實(shí)景外觀照片

8 結(jié)束語

對(duì)保障性住房標(biāo)準(zhǔn)化模塊化的研究與應(yīng)用，是住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的理論前提和方法論基礎(chǔ),其目的是為了建立一整套具有適應(yīng)性與通用性的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)體系。

根據(jù)研究成果形成的《保障性住房標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)型圖集》、《產(chǎn)業(yè)化技術(shù)圖集》、《BIM標(biāo)準(zhǔn)化部品圖庫》，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、實(shí)現(xiàn)構(gòu)件部品生產(chǎn)工廠化、實(shí)現(xiàn)施工安裝裝配化、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營信息化、實(shí)現(xiàn)建筑項(xiàng)目生產(chǎn)集成化。

在蔡甸區(qū)推動(dòng)保障性住房產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)的，可以為后期大批量建造提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。