基于BIM技术的装配式住宅设计策略研究

吴燕青 吴超滨 袁玲

摘 要：随着现代高新技术的迅猛发展，建筑技术不断进步，BIM技术日益成为推动产业发展、提升企业效益的工具和手段。近年来，装配式住宅与BIM技术在提高设计合理性、保障建筑施工安全性、确保生活环境稳定性方面发挥了重要作用。通过阐述装配式住宅含义及BIM技术应用优势，探究BIM技术在装配式住宅设计中的应用，并以厨房设计为例分析基于BIM技术的装配式住宅设计策略，以促进装配式住宅设计创新发展，推动现代建筑产业化发展。

关键词：BIM技术;装配式住宅;厨房设计

基金项目：本文系2020年度福建省中青年教师教育科研项目“基于BIM技术的装配式住宅设计策略研究”（JAT201126）研究成果。

一、装配式住宅的定义、构件和特点

（一）装配式住宅的定义与构件

裝配式住宅建筑是装配式建筑的一种类型，是把原来传统的现场施工作业转移到构件加工厂进行，在工厂加工制作好楼板、地板、墙板、阳台等构件，然后运输到建筑施工现场进行组合拼装，通过可靠的连接方式在现场装配安装而成的建筑。装配式住宅采用标准化设计方式、工厂化生产方式、装配化施工方式、信息化管理方式，是现代工业化生产方式的代表。装配式建筑可称为建筑界的乐高，一个个建筑构件可以像搭积木一样一层一层拼装起来，这样不仅可以提高建筑施工的质量，还能加快工程进度，有利于文明施工、安全管理。

对于装配式住宅而言，在具体施工的过程中所采用的构件一致，安装方便，可以为之后建造房屋和室内装修等工作打下坚实的基础，从而保障整个建筑的稳定性。目前，装配式住宅中主要是梁体、柱体以及墙体等构件负责承重，地板、楼梯为次级受力构件。在装配式住宅设计项目中，预制的构件包括叠合楼板、楼梯、空调板以及飘窗等。现阶段，商业开发项目通常会使用装配式建筑的构建方式，“三板”应用工程的预制率一般可以达到20%以上。

（二）装配式住宅的特点

在现场作业中，采用装配作业的方式可以有效降低现浇作业量，打破现场作业的空间局限性，提高劳动生产率。目前，装配式住宅所采用的构件在工厂预制完成，在施工、装修等环节使用。在施工过程中，工厂可以负责生产装修使用的构件，从而提高整体效率。和传统建筑相比，装配式住宅重量偏轻，只需有基本构造图即可施工，施工速度快，效率高[1]。从整体上看，装配式住宅更加标准化，管理更加信息化，具有很高的性价比，符合绿色建筑设计理念。

二、BIM技术定义及应用优势

（一）BIM技术定义

建筑信息模型（Building Information Modeling，简称BIM）是指建筑物在设计和建造过程中，创建和使用的“可计算数码信息”，是数字化的建筑多维信息模型。这一模型以建筑工程项目的各项相关信息数据为基础，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。BIM技术是在计算机辅助设计等技术基础上发展起来的多维模型信息集成技术，是伴随着信息技术在建筑业的深入运用而产生的，是对建筑工程物理特征和功能特性信息的数字化承载和可视化表达，它能够应用于工程项目规划、勘察、设计、施工、预算、运营维护等各个阶段，实现建筑全生命周期各参与方在同一多维建筑信息模型基础上的数据共享。BIM技术不仅能够用于设计之中，还可应用于项目全寿命周期的工程管理等其他领域。在应用阶段，BIM技术能够提供一个协作的平台供项目各方使用，同时不断丰富、更新数据库。

（二）BIM技术应用优势

1.实现虚拟建筑构建

在设计装配式住宅的时候，可以利用BIM构建虚拟建筑模型。在过去的施工过程中设计师会存在很多施工问题，影响施工进程，而采用BIM技术构建虚拟建筑能够解决很多施工问题[2]。通过BIM模拟施工，提前发现建筑设计存在的安全隐患，然后寻找解决办法，从而在现实施工中直接解决这些问题和隐患，减少人力物力的损耗，这是BIM技术的优势所在。

2.解决传统建筑设计难题

在设计住宅建筑的时候，传统的设计方式是设计人员绘制平面图，确定平面图以后再绘制立体图，接着还要绘制效果图，这一设计过程需要耗费大量的人力、物力。住宅建筑设计图的绘制要求设计人员要非常严谨和细心。传统的设计方式下，图纸的绘制过程十分复杂，设计人员在绘制过程中难免会出现一些错误，这对后续的施工会造成很大的影响。但是在使用了BIM技术以后，这些问题就迎刃而解。将BIM技术应用于住宅建筑设计，不仅可以减少物力和人力成本，提高设计人员的工作效率，还可以降低设计错误率，从而减少传统建筑设计中存在的一系列问题。

3.减少对资源的消耗

在生产装配式住宅构件时，生产方式一般为流水线生产。这种方式既能减少施工成本，又能提高整体工作效率。流水线生产能够减少环境污染，符合绿色、低碳、环保的设计发展理念。从整体上看，装配式建筑和我国目前提倡的环保、低碳、绿色等理念相契合。目前，将BIM技术应用于装配式住宅建筑设计，能够提高设计精度和效率，减少对能源的消耗，减少资源浪费，还能减少建筑垃圾。使用装配式绿色、低碳、节能建筑材料，有利于保护环境。

三、BIM技术在装配式住宅设计中的应用

（一）在前期规划中的应用

近年来，装配式住宅的应用范围越来越广，一些建筑企业越来越重视BIM技术在装配式住宅设计中的应用。在设计装配式住宅时，BIM技术能发挥很大的作用。在施工前期，建筑企业要结合设计目标进行规划，利用BIM技术可以全面分析施工现场的环境，例如分析场地的风环境、光环境，分析整个建筑的空间布局。在初步分析场地之后，可以构建相应的模型，从而明确场地的总体布局。利用BIM技术能够为建筑企业施工提供相应的数据支撑，为后续施工工作开展奠定基础，提高设计效率，促进施工工作顺利开展。

（二）在方案设计中的应用

在设计装配式住宅时，将BIM技术应用于方案设计，不仅可以提高设计效率，还可以对设计方案进行优化。在设计装配式住宅时，设计人员可以利用BIM技术制定多个方案，并对其展开分析，对比不同方案中的建筑布局、造型、工程造价、结构样式、能耗等，从而得到最优的方案。例如，在控制户型面积的时候，利用BIM模型进行体块推敲，从而确定各个功能空间的面积。建筑师在设计的时候可以结合BIM数据，修改、优化设计方案，保证设计的科学性和合理性，从而推动后续施工工作的开展[3]。

（三）在协同设计中的应用

所谓的协同设计是构建统一的设计标准，如线型、颜色、图层、打印样式等内容，设计专业人员可以以此为基础，在统一平台上进行设计，建立各自专业的三维设计模型，然后将平台上对各个设计人员的设计方案进行汇总，并整合分析，使不同设计团队之间进行内部交流，减少因为沟通不畅所造成的错误、疏漏等，实现图纸信息的统一性。这样当修改了某处地方，其他相关联的地方会自动修改，设计效率随之提高，设计质量也会更高。

专业人员可以使用BIM技术实现信息的分享。在协作过程中，不同专业人员可以利用BIM平台实现项目协作，提高设计的整体水平，及时分享相关信息，同时每个专业组都可以及时得到完整的项目信息和数据，成员查看相关信息的便捷性也随之提高。在项目初步设计的过程中，施工单位可以利用BIM平台讨论该方案，这样可以减少交流不足导致的各种工程问题，从而提高工作效率[4]。BIM平台不仅能够实现信息共享的实时性，同时还可以确保信息的安全性，提高企业市场竞争力。

四、基于BIM技术的装配式住宅设计——以厨房设计为例

（一）工程概況

本文选择福建林业职业技术学院江南校区公租房设计项目进行公租房内厨房模块的装配式设计。该区域公租房建筑占地面积578.19平方米，地上建筑层数为13层，总建筑面积7761.12平方米，地上计容建筑面积为7440.71平方米，建筑高度为36.6米，一层为架空停车场，二至十三层为单元式住宅。建筑设计等级为二级，耐火等级二级，建筑为钢筋混凝土框架和剪力墙结构体系，主体结构合理使用年限为50年。本文主要进行公租房内厨房模块的装配式设计，从公租房的特点和功能出发，结合工业化生产的建造成本、设计特点、设计标准展开设计。对于公租房中的厨房，采用标准化和模块化的理念进行设计有助于实现最终的设计目标。以建筑师设计方案内容为基础，利用BIM数据库，选择和公租房尺寸相符的厨房模型，设计一体化厨房[5]。在实践过程中，可根据现场情况进行微调，以满足户型设计要求。

在利用BIM数据库展开设计的过程中，可以参考其功能模块库，然后按照需求直接选择厨房模块，按照统一的标准设计厨房。以开间进深尺寸模数协调为基本原则，处理好不同模型的接口问题，然后结合住宅适用人群的具体情况，制作厨房模块平面图（图1）。

（二）设计要点及策略

在设计隔墙的时候，选择轻钢龙骨这一新型建筑材料，将白色作为墙壁板材的颜色，并使用树脂螺栓架空窗一面的墙。窗套方面选择和木地板的花纹类似的花色，从而使整个内装空间协调统一。其中，将室内高度设计为2.85米，采用标准的墙壁板材尺寸。将结构层到地板面层的高度设计为1.35米，使用刨花板作为地板的承力层，使用地面提高的方法铺设地暖。将厨房地板的尺寸设计为850毫米×200毫米，选择木色环纹地板。

应用BIM技术进行装配式住宅设计时，将室内净空高度设计为2.85米，选择铝塑板材进行吊顶，花纹方面选择喷涂的方式绘制几何图案。橱柜的高度为850毫米，和吊柜之间的距离约为450毫米。厨房的上下水管通过地板的架空层。受到距离等因素的影响，煤气管道也通过地板架空层。图2为厨房板块立面图。

橱柜的设计不仅会影响厨房的内部功能，同时还会影响到其流线功能。在橱柜的内部中需要预留一个墙壁和托板实现连接，对于相邻的橱柜，可以使用山螺丝进行栓紧。集成灶的排烟烟道通过转角橱柜实现烟的排放。图3为装配式厨房内部效果图，可以将该厨房视为一个独立的空间模块，搭配其他模块组成标准化户型。整个厨房设计可实现装配式安装，实现整体化设计，既方便安装又节省了空间。

五、结语

在设计装配式住宅时，应用BIM技术具有一定的必要性。利用该技术可以构建虚拟建筑模型，从而解决传统建筑设计中的问题，不仅能够降低设计成本，还可以减少资源的浪费，实现绿色环保设计。BIM技术有助于装配式建筑的设计和建造，能够推动现代建筑产业化发展，促进建筑业发展模式转型。

参考文献：

[1]蒋勤检.国内外装配式混凝土建筑发展综述[J].建筑技术，2010（12）：1074-1077.

[2]冯金钰.BIM技术在预制装配式住宅中的应用研究[J].建筑技术开发，2017（24）：1-2.

[3]闫俊玲.BIM技术在预制装配式住宅中的应用分析[J].建筑技术开发，2017（4）：103-104.

[4]卢碗玫.BIM技术及其在建筑设计中的应用研究[D].天津：天津大学，2014.

[5]周胜利.BIM技术在装配式住宅中的实践应用：以某保障性住房项目为例[J].广东建材，2019（7）：77-79.

作者单位：

福建林业职业技术学院