基于bim技术的装配式钢结构住宅模块化设计

车品志 王洁 盛维智 张文康 宋立阳

摘要：目前，我国大部分装配型钢结构的住宅仍然倾向于采用传统的建筑工艺设计模式和生产技术，不利于我国住宅工程产业化的推进。减少建筑成本，提高装配式钢结构住宅产业化是当前的主要任务。本次科创项目主要通过对装配式钢结构住宅的特点和优势以及目前存在的问题进行分析，提出一种基于BIM的模块化设计技术在装配式钢结构住宅中的应用方法，进一步完善了钢结构住宅工业化生产链，从而有利于装配式钢结构的住宅建设。

关键词：BIM;模块化设计;装配式钢结构;工业化

1装配式钢结构住宅的优势

由于钢结构整体抗拉抗压以及抗剪强度都相对比较大，同时由于其材料的力学性能优良，表面断面也比较小，自重也比较轻，因此在进行地基处理和施工工作中就相对比较简单，有效地降低了大量的基础施工环节造价。

装配式钢结构建筑的特点是可工厂预制以及现场安装等，结合前期设计手段以及现场生产手段后，让各道工序间能够互相配合和协调，并使得施工现场的总体施工效率大幅度提高。在具体的施工过程中，建筑工程施工单位能够借助于网络计算机技术结合数控机床的方式来对施工精准度以及施工效率做出准确、到位的控制。

2装配式钢结构住宅的主要问题

2.1基于PC结构理念的钢结构住宅设计

目前国内建筑行业的工业化主要有预制钢筋混凝土装配式结构（英文缩写：PC结构）与钢框架结构〈又称钢框架）两种。尽管我国的建筑行业工业化已经取得了长期的进步，但即便是大城市，工业化的生产率也并非低。目前，我国的建筑行业依然还是以粗放型建筑为主，建设标准化的工作进展比较滞后，对相应零部件的标准化、通用性程度较低，新型建筑的结构制造体系仍然是处于探索阶段，出现了许多PC建筑工业化的体系，都未经过市场的充分审批，但都没有少数示范性项目。由于钢结构住宅工业化的建筑设计在当时我国起步较晚，很多家庭住宅的设计尚是根据传统PC结构进行设计，导致其所建造的户型开间进深、尺寸没有形成少规格多组合的原则，不能够适合于工业化的建设与发展。很多住宅设计还是根据传统的PC结构设计，导致建造的户型开间进深、尺寸没有形成少规格多组合的原则，不适合工业化的发展。

2.2部品部件规格不统一

在进行钢结构体系设计时，没有按照模块化的标准进行设计，导致构件的尺寸规格较多，工厂加工作业增加，运输到施工现场时需要进行裁剪，不仅耗费了大量的钢材和人力，而且墙板的安装在水平、竖直方向排列不统一。构件规格较多增加了建筑的成本，降低了建筑本身的美观性。

2.3缺少全装修和设备一体化的集成化设计

目前我国的装配式建筑还仍然处于发展的初级阶段，结构、零部件、机电器具、装配施工、室内装饰和建筑装修等方面的一体化集成设计技术能力存在严重欠缺，设计人员对于装配式建筑的技术、质量、效率、经济效益等方面的总体可靠性控制认识不够。设计的标准化水平较低，模块化的设计应用较少，而且建筑信息模型技术正被广泛应用到了装配式建筑设计这个领域。未能做到全装修设计和施工一体化，装修、主体框架结构施工、机电器具安装等各个环节的衔接较为顺畅.标准化、集成化、模块化装修设计、施工方案等亟待探索和推进，整体厨卫、轻质隔墙等新型材料、生产车间及设备的管线集成化技术的应用也亟待提高。

3 BIM技术和模块化设计原则

3.1 BIM技术特点

随着我国建筑产品和服务行业的迅猛发展，计算机技术逐步被引进到了建筑产品和服务中。BIM技术作为一种综合性地应用于工程设计施工和建造管理的数字化方法和工具，BIM技术充分地整合了建设工程项目中的各种资料和信息，創建了一个可以反映实际情况的三维模型。在整个建筑的整个生命周期中，通过一种建筑物的信息模式就可以实现了集成化的管理。通过BIM技术就能够模拟出一个建筑物的行为，大大提高了项目的效率。BIM技术具有以下特点：

（1）可视化。（2）协调性。（3）模拟性。（4）可出图性。

4基于BIM技术的模块化设计方法

4.1户型库的建立

常见的户型有卧室、客厅、厨房、卫生间等功能模块组成，根据部件的精细化设计能够确定模块的大致尺寸，在考虑模数协调的基础上，提出几种通用的功能模块。同时，不同的功能模块之间能够相互组合，形成不同的户型。就现代建筑户型而言，经过长期淘汰与筛选，人们对户型的需求已经比较明显。利用BIM技术可以建立建筑户型模型，形成通用的户型库。设计师要保证户型内各功能的合理划分、结构的合理布置以及水电暖等设备的合理安装。

4.2户型的平面组合

户型间设计主要是考虑户型与户型组合形成建筑单元时的连接问题。户型内设计完成了内部功能空间的划分，户型之间组合才能形成完整的建筑模型。户型在连接时需要考虑墙、柱的重合问题，所以前期通用功能模块的设计为户型间的组合提供了基础。户型与户型之间组合方式有连接组合和重合组合，在建筑、结构方面的组合主要是重合组合，其他设备主要是连接组合。建筑、构造户型中主要相互重合的组成部分为内墙、内外隔墙、柱子及剪力墙。解决这种户型重合的主要途径之一就是：尽量删除与其他重合的部位构件，保留其中比较长的一个

4.3标准层的创建

楼层的标准层不仅包括户型之间的组合，还包括交通模块与户型的组合。一个完整的房屋标准层应该是由户型、楼梯、电梯、前室、走廊、电梯井等组成，还有一些不符合标准的结构。在建筑设计中，不仅需要有一些标准化的功能模块，还要配备一些不符合标准要求的构造。只有将这些层次组合在一起，才能建立一个完整的房屋标准层

5结语

本文通过对基于BIM的建筑模块化设计在建筑装配式钢结构住宅中的实际使用进行分析，可以了解和得出BIM模块化技术的实际使用情况，这将更好地促进了建筑低瑞减排，获得了技术创新，同时也帮助了企业为自己开拓市场，经行汕速了经济社会发展，并且更好地帮助企业和社会进行节能低碳减排，获得了技术创新，同时也帮助了中国房地产行业整体发展速度，同时也促进了我国建筑行业的健康可持续发展。

参考文献：

[1]张健，李梦，刘学春.基于类型的装配式高层钢结构住宅户型模块化设计[J].工业建筑，2017，47（05）：62-67.

[2]李纪华.我国住宅工业化发展制约因素及对策研究[D].重庆大学，2012