BIM技术在住宅产业化设计中的研究

张玉龙 王金奎 曹海云

(河北建筑工程学院,河北 张家口 075000)

BIM技术在住宅产业化设计中的研究

张玉龙 王金奎 曹海云

(河北建筑工程学院,河北 张家口 075000)

根据时代的发展要求，住宅产业化已成为将来住宅领域的重要发展方向，而BIM技术对住宅产业化在诸多领域的发展有着不可估量的作用，且直接影响到住宅的全生命周期.万事欠备，设计先行.本文结合住宅产业化的特点，着重对BIM技术在住宅建筑设计阶段的应用进行研究，探索一条较为完整、完善的设计思路.

BIM技术;住宅产业化;设计;分析

所谓住宅产业现代化是指用工业化生产的方式来建造住宅,以科技进步为核心，利用现代高度工业化水平来改造传统住宅产业的生产方式，而实现工业化的前提是必须实现住宅设计的标准化.住宅产业现代化是住宅工业化的更高阶段，是涉及住宅设计、生产、运维全生命周期的一个完整的产业系统.

推行住宅产业现代化是在住宅领域贯彻落实科学发展观的重要举措，是建设资源节约型、环境友好型社会的重要内容，也是提升我国商品住宅成套水平，提高我国住宅产业运行质量，厉行节约土地、能源、水和材料、优化生态环境的迫切需要.

图1

建筑信息模型(Building Information Modeling,简称BIM)是以三维数字技术为基础，建筑全生命周期为主线，将建筑产业链各个环节关联起来并集成项目相关信息的数据模型.该模型以精确的数据库及精准的管理系统，有效地集成了建筑设计、结构设计、建筑性能分析、施工图设计、精准项目预算、工厂加工数据包对接、施工模拟及现场指导、项目进度检测及反馈、建筑运维、消防救援及反恐等建筑全生命周期要素，对提升住宅产业的整体行业水平具有重要意义.万事欠备，设计先行.本文着重从设计角度探讨BIM技术在住宅产业化中的应用.

1 模块化设计与BIM模型的建立

住宅产业现代化以住宅工业现代化为前提，住宅工业现代化的核心是用现代工业的生产方式来建造住宅，与工业现代化相伴的必然是标准化的现代化.运用模块化原理和设计方法建立新型工业化住宅的标准体系，是解决系统性问题的有效途径.

模块(Module)是模块化设计的基础.模块化设计是将标准模块和非标准模块进行特定的组合形成的建筑方案的过程.由于住宅类建筑空间的单元属性比较突出，一套完整的户型通常由卧室、起居室、厨房、餐厅、卫生间、阳台、储藏室等单元空间组成，且每个单元的开间和进深相对固定，套内家具等部品的布置模式相对单一，基于以上特点，利用模块化设计方法，既可实现建筑单元空间的标准化，又可满足不同用户的特殊需求(如图1).

模块化设计需要注意的另一个问题是专业间的配合，结构和设备专业与建筑布局的良好衔接需要相关的标准进行支撑才能够达到一定的效率，目前比较成熟的做法是建立相应的模块标准库，建筑师在标准组件模型的基础上根据用户的需求按照一定的拓扑结构进行组合，非标准模块用于解决各标准模块的衔接问题，完成建筑基于功能的模块的设计，其他专业根据建筑的方案选取相应的结构、设备模块组合成完整的整体模型.其中通用的标准模块在整体框架中的应用提高了设计效率，提升了整体模型的标准化程度(见图2)，非标准模块满足了客户对户型的多样化的需求.

图2

2 深化设计及项目优化

部品工业化是住宅要实现产业化的重要途径.建筑部品包括各种建筑、结构构件、内装部品等，尤以结构构件多而复杂，每个构件都要独立配筋，人工修改的工作量巨大，为了提高工作效率，可以将除预制构件之外尽可能多的构件做成标准构件，分别对应不同部位、不同类型的构件，将其分类汇总，并引入参数化建模手段，这样就可以通过修改参数的手段来控制构件的配筋参数，极大地提高了工作效率.

由于各预制构件的连接在现场拼装的时候需要在节点处进行现浇连接，预制梁、柱、板钢筋密集交错，容易出现钢筋位置重叠碰撞的问题，这在目前现场绑钢筋再现浇的传统施工模式下是可以实时调整的，但工业化生产中则必须在设计阶段避免类似的状况发生，一旦发生将对施工进度产生重要影响，碰撞的情况太多会直接导致生产成本的急剧增加.BIM技术中碰撞检测功能能有效解决该问题，碰撞检测完毕后，系统会将所有碰撞的位置和构件类型、名称、对象及ID列出来，且碰撞模型实体会在模型中高亮显示，供设计师修改.类似的功能极大地减少了设计变更单量，对项目的品质和业主的投资管理提供了优质保障.因为在目前的施工过程中，由于传统设计模式并不能把每一个细节都表达出来，导致施工现场在理解项目上容易产生偏差甚至误读，进而出现施工错误和返工的情况，延误工期、增加成本.

图3

在深化设计阶段，对建筑构件进行有必要的方案调整是经常遇到的过程，某项目针对平台部分，利用AutodeskRevit快速替换栏杆构件的族系统，并使用Autodesk360云渲染服务，进行可视化比较，效果直观迅速，使得建筑师对项目效果的把控更加得心应手(如图3).

各专业在项目深化的过程中，可以通过BIM软件实现数据共享，建立多专业协同工作平台，可以实现实时信息交流，方案的每一个修改会

图4

在各操作终端实时同步修正，极大的提高了专业间协同作业的效率，且可视化的设计模式可以让各专业在工作的过程中对建筑模型进行实时漫游，加深对建筑的理解，同时可以帮助设计师更加合理地利用空间和节约空间.如图4为某走廊管线布置优化前后的对比.

3 建筑性能模拟

建设项目的景观可视度、日照、风环境、热环境、声环境等性能是项目舒适度的重要参数，但在传统的设计模式中，由于缺少合适的技术手段，一般项目很难有时间和费用对上述各种性能指标进行多方案分析模拟，BIM模型作为基础平台，具有强大的接入功能，配合EcoTech、IES、GreenBuildingStudio等可持续或者绿色分析软件可对建筑的各项性能进行详细深入的分析.

图5 图6

(1)自然采光模拟：区别于目前市场上比较普遍的日照分析，利用BIM技术可以针对设计方案对室内的光照效果进行比较直观的模拟分析，全三维显示，建筑物任意立面，地面在考虑遮挡情况下的日照时间，并分析建筑物的日照时间段、被遮挡时间段.进而指导设计师通过调整建筑布局、窗口的位置和大小、室内墙面材料、围护结构的可见光透射比等，提升室内自然采光品质，并根据采光效果设计更为合理的室内布置方案.实际操作中，无需打断设计的工作流，就能快速得到分析数据，从而得到最优的设计方案.

(2)室内外风环境模拟：传统的设计方法无法实现室内外的风场指标量化，利用BIM技术，采用CFD流体力学模型进行分析，数据采用气象数据，并采用多级CFD模型计算，可详细描述风的流向、风速、空气龄和热岛区域等数值.分析结果直观、数字化，设计师通过对风压结果进行权衡比较，调整和确定建筑总体布局，整体增强自然通风效果，最大程度利用本地有利的自然条件，取得相对均衡的室内外风环境，提高室内外风环境的舒适性，减少建筑能耗.

(3)建筑环境噪声模拟分析：BIM建立几何模型之后，能够在短时间内分析室内装修材质的变化引起的室内声场变化，预测和改良建筑的声学质量.在室外，可以采用三维音源分析噪音在带地形建筑物之间的反射、衰减.

(4)小区热环境模拟分析：能分析建筑物对太阳热量的吸收：包括热量反射、辐射等，结合当地气候特点分析建筑外表面的热工状况、建筑室内的热工分布、小区室外环境的温度分区指数等，及时消除住宅区的热岛效应，对优化单体设计、规划布局、小区环境绿化以形成良好的微环境成果显著.

通过对住宅建筑性能多角度、立体式的全面分析，既保证了住区规划的合理性和对室外环境指数的优化，同时也能对各住户的室内舒适度进行前期的较为全面的优化分析，充分保证了住区的居住环境品质，在实现住宅产业化的基础上充分结合人的需求，做到住区设计的人性化.

综上所述，BIM技术在住宅产业化设计阶段，从模块化设计入手，到各专业协同作业、设计审查都提供了十分便捷而有效的解决途径和方法，并且在设计过程中针对建筑各项性能进行模拟和优化，最大限度节约资源、保护环境和减少污染，为人们提供健康、安全、舒适和环保的健康住宅及其环境，在住宅产业链的上游阶段提供了有力的技术保障，对推动住宅产业现代化的发展打下了坚实的基础.

[1]周文波，蒋剑，熊成.BIM技术在预制装配式住宅中的应用研究[J].施工技术，2012(41):72～74

[2]薛兆明.BIM技术在PC住宅产业化中的应用探讨[J].山西建筑(21)：5～6

[3]张海德，成娜，韩进宇.基于BIM的模块化设计方法在装配式建筑中的应用[J].土木建筑工程技术，2014(6)：81～85

[4]：httpcase-lib.ccd.com.cndetail1_6341401282798437508979.shtml

[5]：http://bbs.zhulong.com/102010_group_773/detail9213591

[6]：http://news.zhulong.com/read170401.htm

The Research of BIM Technology in The Industrialized Housing Design

ZHANGYu-long,WANGJin-kui,CAOHai-yun

(Hebei University of Architecture,Hebei,Zhangjiakou 075000)

According to the requirements of time development, housing industrialization has become an important development direction in the field of housing in the future, and BIM technology has an immeasurable role in the development of housing industrialization in many fields,which directly affects the whole life cycle of residence.All owe,design first.Combining with the characteristics of housing industrialization,focusing on the application of BIM technology in residential construction design phase,a more complete and perfect design is explored in this paper.

BIM technology;housing industrialization;design;analysis

2016-11-08

2015年河北省建设厅建设科技研究指导性计划项目《BIM技术在住宅产业化中的设计研究》

张玉龙(1982-)，讲师，研究方向：BIM设计与应用.

10.3969/j.issn.1008-4185.2017.02.013

TU 3

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