基于BIM 技術(shù)的裝配式住宅外立面多樣化設(shè)計策略

龐春美*，韓科寧，林丹麗，韓科莉

（1.華藍(lán)設(shè)計（集團(tuán)）有限公司，廣西南寧；2.成都華豐工程勘察設(shè)計有限公司南寧分公司，廣西南寧；3.廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué)，廣西南寧；4.百色市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，廣西百色）

2023 年9 月份廣西壯族自治區(qū)政府印發(fā)的《關(guān)于支持建筑企業(yè)增信心穩(wěn)增長促轉(zhuǎn)型若干措施》中明確提出：5 000 平方米以上的政府投資項目帶頭推廣應(yīng)用裝配式建筑，擴(kuò)大裝配式建筑應(yīng)用覆蓋率。近年來，廣西地區(qū)裝配式住宅的數(shù)量明顯增多，但是由于建筑構(gòu)件采用預(yù)制形式，因此住宅外立面的形式較為單一、呆板，觀賞性不高。將BIM 技術(shù)應(yīng)用到住宅外立面設(shè)計中，讓外立面形式多樣且富有韻律，兼顧觀賞性和實用性，這對于裝配式住宅的進(jìn)一步推廣應(yīng)用也有積極幫助。

1 項目概況

某新建裝配式住宅總建筑面積208 566.1 m2，容積率2.38，共20 層。地下2 層，為車庫和設(shè)備用房；地上18 層，為住宅樓。建筑采用鋼管束剪力墻結(jié)構(gòu)體系，鋼管束為工廠預(yù)制、現(xiàn)場拼裝，在鋼管內(nèi)澆筑混凝土后形成免支模鋼管束剪力墻。外立面由外墻板、陽臺、窗戶、樓梯間、單元入口等組成，外墻面使用棕色真石漆涂料粉刷，外墻掛板為160 mm 厚仿石保溫裝飾一體板。建筑外立面設(shè)計單一，缺乏辨識度，為提高外立面的多樣化效果，使用BIM 技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)裝配式住宅的實際信息，使用BIM 體系中的Revit 軟件構(gòu)建了住宅三維模型，并基于構(gòu)件型式、色彩等方面的變化，分別創(chuàng)建了水平、垂直、網(wǎng)格三種組合的立面效果，確保在滿足住宅內(nèi)部功能的基礎(chǔ)上，讓住宅外立面的形象更加多元和豐富。

2 基于BIM 技術(shù)的外立面多樣化設(shè)計

2.1 水平構(gòu)圖下的模塊組合設(shè)計

2.1.1 預(yù)制外墻的水平組合

利用窗戶和窗間墻的水平組合，可以使住宅外立面的上下層次呈現(xiàn)出明顯的線狀分布，在此基礎(chǔ)上調(diào)整構(gòu)件的尺度和空間關(guān)系，讓住宅外立面富有變化；利用窗下墻與旁邊墻體進(jìn)行組合，再通過改變墻體的材質(zhì)、顏色、分段等，也能營造視覺上的線性分布，如圖1 所示。

圖1 預(yù)制外墻的水平組合

如圖1 所示，在BIM 設(shè)計中改變外墻的材質(zhì)，住宅建筑外立面的上下層次更加分明；同時，對外墻板實行錯落有致的排布，又能突出外立面上的橫向線條，從視覺上給人一種尺度更大的感覺。

2.1.2 外廊的水平組合

外廊的虛實組合能夠使住宅外立面形成明顯的水平劃分。外廊的“實”部，由墻體、欄板、廊柱等組成；外廊的“虛”部，是指欄板上方、廊柱之間的空間。在外立面設(shè)計中，適當(dāng)增加實體的比例，形成“實多虛少”的布局，可以產(chǎn)生一種穩(wěn)定的立面效果，虛實對立也能讓外立面的整體韻律感得到加強(qiáng)[1]。本項目采用了水平式外廊，因此在水平構(gòu)圖下的模塊組合設(shè)計中，嘗試改變外廊的線性形態(tài)以達(dá)到豐富外立面的效果。例如在水平方向上使用直線條或曲線條，將住宅外立面劃分成帶狀形式，然后通過光線照射和凹凸對比，強(qiáng)化了外立面的虛實表現(xiàn)，提升了住宅外立面的立體感。

2.1.3 遮陽板的水平組合

在裝配式住宅的外立面設(shè)計中，可以將遮陽板當(dāng)成立面水平線條，通過不同的水平組合達(dá)到外立面多樣化設(shè)計的效果。從位置上看，遮陽板可以在窗檐上口，也可以直接布置在陽臺上；從形式上看，遮陽板可以選擇固定式或調(diào)節(jié)式。如果選擇固定式遮陽板，通常與窗過梁進(jìn)行水平組合，形成“一”字型或者“U”字型，這種布局的特點是能夠進(jìn)一步強(qiáng)化外立面在水平方向上的構(gòu)圖，利用構(gòu)件的凹凸增強(qiáng)外立面的立體感，但是靈活性不夠。調(diào)節(jié)式遮陽板不依賴混凝土制作的固定構(gòu)件，在布置上具有更強(qiáng)的靈活性，可以根據(jù)設(shè)計需要將其排列組合形成多樣化的型式，但是外立面的整體韻律感可能會被削弱[2]。

2.1.4 外露樓板及圈梁的水平組合

將窗戶置于圈梁中間，并通過圈梁對住宅外立面進(jìn)行水平劃分。這種窗戶與圈梁的水平組合能夠?qū)崿F(xiàn)圈梁與窗過梁的分開布置，讓上下樓層之間有一個明顯的劃分界線。在水平組合的基礎(chǔ)上改變細(xì)部構(gòu)件，還能讓外立面呈現(xiàn)出多樣的效果。例如可以改變外露樓板的形狀，或者是調(diào)整樓板邊緣的寬度，讓外立面的橫向構(gòu)圖得到增強(qiáng)。比較常見的設(shè)計方法是將原來直線型的水平線條，改成弧形或波浪形等，讓原本呆板、生硬的外立面變得更加活潑。

本項目中住宅外立面只包含一種陽臺單體形式，為了豐富外立面可以將兩個單體進(jìn)行組合，達(dá)到弱化豎向線條、增加水平線條延伸度的效果，如圖2 所示。在Revit 軟件中打開項目，從插件“族庫大師”中選擇“我的族管理”，在當(dāng)前頁面上選中“折線形陽臺”并載入項目中。

圖2 水平構(gòu)圖構(gòu)件及立面效果

2.2 垂直構(gòu)圖下的模塊組合設(shè)計

2.2.1 外凸構(gòu)件的垂直組合

將裝飾柱或承重柱外凸，并作有規(guī)律的垂直重復(fù)，是垂直構(gòu)圖中常用的組合設(shè)計方式，通常在框架承重住宅中比較多見。對于室內(nèi)承重柱向外延伸形成的構(gòu)建，可以將其作為垂直分隔裝飾件處理。例如，以裝配式住宅外立面上的窗戶作為設(shè)計參考，利用外凸構(gòu)件自上而下的將左右兩側(cè)的窗戶或陽臺分隔開來，營造出強(qiáng)烈的方向?qū)Ρ?，從而改變外立面在視覺效果上的扁平缺陷，提升其韻律感。

2.2.2 窗下墻和窗間墻的垂直組合

在裝配式住宅的外立面設(shè)計中，窗與窗間墻之間需要進(jìn)行明確區(qū)分，達(dá)到增強(qiáng)垂直構(gòu)圖的效果。比較常見的設(shè)計方法是讓窗間墻適當(dāng)向外延伸，并在墻體上方設(shè)計凸出造型，避免外立面裝飾的單調(diào)性[3]。對于窗下墻，可以將其作為裝飾面并且與窗戶進(jìn)行垂直組合，利用窗戶和墻體材質(zhì)的不同，在窗戶的“亮”與窗下墻的“暗”之間形成垂直方向上的強(qiáng)烈對比，讓住宅外立面呈現(xiàn)出多樣化的表現(xiàn)效果，如圖3 所示。

圖3 窗下墻與窗的垂直構(gòu)件劃分

2.2.3 凸陽臺的垂直組合

陽臺是裝配式住宅外立面構(gòu)圖的重要元素，為了增強(qiáng)垂直構(gòu)圖，在設(shè)計時可以采取措施讓陽臺和外墻面實現(xiàn)視覺分離的效果。比較常見的做法是使用凸陽臺這類垂直式構(gòu)件，與墻面進(jìn)行組合，達(dá)到豐富立面效果的目的。在凸陽臺的形式上，選用半封閉式，用鋼化玻璃或者欄桿將凸陽臺圍起來，做到虛實結(jié)合。

本項目中使用單體陽臺構(gòu)件，同一棟建筑中使用四個單體陽臺兩兩組合，組成了一個單體陽臺平面。同時，利用上下對齊的空調(diào)機(jī)籠，增強(qiáng)了垂直方向上立面裝飾的視覺效果。在設(shè)計時改變了單體陽臺平面的形狀，在視覺上讓組合單體向中心軸線聚攏，進(jìn)一步增強(qiáng)了外立面的垂直效果，如圖4 所示。除此之外，將兩個半包圍的凸陽臺以對稱形式布置，與豎向圍護(hù)結(jié)構(gòu)組合，得到了一個半圍合空間，這種設(shè)計方式能夠在一定程度上放大住宅外立面在垂直方向上的空間效果。

圖4 垂直構(gòu)圖構(gòu)件及立面效果

2.3 網(wǎng)格構(gòu)圖下的模塊組合設(shè)計

2.3.1 外露梁柱的網(wǎng)格式組合

在裝配式住宅的外立面設(shè)計中，如果將水平和豎向方向上的線條進(jìn)行簡單的交叉、組合，得到的網(wǎng)格狀立面沒有明顯的規(guī)律性，甚至?xí)o人一種凌亂的觀感。因此，基于網(wǎng)格構(gòu)圖的模塊組合設(shè)計，可以靈活選擇實體或者虛體進(jìn)行立面分隔，既可以保證分隔線條的多變性，同時又能改變構(gòu)件之間空間的尺寸與形狀，讓住宅外立面形式呈現(xiàn)出多種變化，提高其視覺觀賞效果[4]。例如，選擇梁、柱、貼面等實體構(gòu)件作為分隔線條，同時科學(xué)設(shè)計構(gòu)件自身的尺寸以及相鄰構(gòu)件之間的距離，以便于建立起較強(qiáng)的網(wǎng)格關(guān)系，如圖5所示。

圖5 外露梁柱的網(wǎng)格組合

2.3.2 遮陽板的網(wǎng)格式組合

遮陽板根據(jù)布置形式的不同，有水平式、垂直式和綜合式；根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，又可分為擋板式、百葉式等多種類型。在利用遮陽板組成住宅外立面的網(wǎng)格時，可以靈活選用不同類型的遮陽板進(jìn)行組合，這樣既可以兼顧遮陽的實用價值，同時還能起到豐富立面、避免過于單調(diào)的效果。例如，改變遮陽板的安裝位置，以及根據(jù)窗戶的大小、形式選擇不同尺度的遮陽板。在住宅外立面上錯落有致的遮陽板，形成了富有規(guī)律的縱橫線條，兼顧了實用價值和觀賞價值。

本項目在進(jìn)行網(wǎng)格構(gòu)圖下的模塊組合設(shè)計時，主要選擇外露梁柱、遮陽板等構(gòu)件進(jìn)行外立面網(wǎng)格劃分，同時為了提升外立面的多樣化和豐富度，還運用了不同材質(zhì)和顏色的構(gòu)件，與外立面上的其他組成元素（如外墻貼板等）進(jìn)行組合，進(jìn)一步強(qiáng)化了水平和豎直方向上的線條，讓立面網(wǎng)格的韻律性得到了加強(qiáng)，如圖6 所示。

圖6 網(wǎng)格構(gòu)圖構(gòu)件及立面效果

如圖6，本項目的網(wǎng)格式構(gòu)圖主要包含兩種單體，將單體1 和單體2 加以組合形成一個模塊。在模塊中使用比較明顯的水平線條與垂直線條營造網(wǎng)格狀的視覺效果。該模塊將窗戶、陽臺以及空調(diào)機(jī)位三者合而為一，體現(xiàn)了裝配式住宅一體化的特點。同時，對于住宅外立面上的其他構(gòu)件元素做簡化設(shè)計，一方面是減少預(yù)制裝配的工作量，另一方面則是以陽臺外基準(zhǔn)對主要的構(gòu)件元素進(jìn)行簡單的排列組合，呈現(xiàn)出更加規(guī)整、流程的視覺效果[5]。除此之外，對于功能上具有關(guān)聯(lián)性的模塊單元進(jìn)行了疊加，進(jìn)一步突出了裝配式住宅外立面的立體感。以圖6 為例，將模塊進(jìn)行單體疊加后，利用顏色將網(wǎng)格與外墻面進(jìn)行區(qū)分，在保證外立面規(guī)整、有韻律的同時，還能劃分出明顯的層次，取得了較好的立面裝飾效果。

3 結(jié)論

裝配式住宅的外立面包含了外墻板、陽臺、窗戶、單元入口等部分。在使用BIM 技術(shù)進(jìn)行住宅建模和立面設(shè)計時，要兼顧實用性和美觀性。通過功能構(gòu)件的多樣性組合，改變構(gòu)件在水平和豎直方向上的排列組合方式，讓整個外立面呈現(xiàn)出變化和韻律，給人以視覺上的強(qiáng)烈對比，豐富立面效果，讓裝配式住宅也能具有較強(qiáng)的觀賞性。