基于BIM技术的装配式钢结构住宅模块化设计研究

陈鹏 陈果

摘 要：随着我国建筑市场的不断发展和进步，传统粗放式发展方法和经济管理模式正在逐渐突出，其存在的诸多问题如：资源的利用、环境污染、生产效率、施工安全等。为了解决这些问题，国家正在大力发展新型装配式建筑。该钢结构建筑具有了轻质高强、清洗环保、施工迅速、综合造价相对较低等优点，符合了装配式建筑的高效、快速、简单、安全、绿色、环保要求。

关键词：BIM;模块化设计;装配式钢结构

1BIM技术的基本概念

BIM技术主要是采用三维数字信息技术，通過融合涉及到设计单位、施工单位、构件生产单位、监理单位等关于整个工程项目全生命周期内的各种相关信息并加以深化整理，建立系统化、多元化的结构信息数据平台，利用虚拟仿真技术构建结构模型，通过数据模型的建立和运行，以便发现各专业部分在不同阶段可能出现的各种问题，协调业主、设计方、施工方、监理方、材料供应商等多部门的工作，对优化结构设计、降低项目成本、缩短施工工期、提升建筑质量等多方面都能起到巨大的作用。BIM技术的利用，让工程设计更具科学性、规范性、可行性，为技术人员提供了新的设计、管理思路。

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与钢框架结构两种。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。由于部件没有按照模数协调设计，造成构件在施工现场堆放随意，种类太多、规格复杂，降低了施工安装质量。部件的互换性较低，与建筑设计匹配性差，部件不能大规模地生产，降低了生产效率，不利于构件的标准化、通用化生产。

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基于BIM技术的模块化设计方法

3.1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。

3.2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。

3.3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。标准层设计时，户型通常对称布置。户型对称设计，使得结构柱网更规整，规则性的柱网设计就是我们应该尽量去实现的一种安全稳态。在建筑设计时，先完成标准层的设置，其他的楼层可根据标准层进行简单的变化。

3.4整体建筑的协同设计

整体建筑的协同设计是将建筑的首层、标准层等其他部分组合起来，使得各楼层形成一个整体楼层。同时，在连接各部分楼层时，要保证建筑、结构等各专业整体的协调性。建筑的整体协同设计包括各专业内的协同性以及专业间的协同性。专业内的协同性要依据建筑相关标准、规范进行合理的设计，专业间的协同性要避免建筑、结构等不同专业设计时发生碰撞。建筑的协同设计有利于各专业技术人员之间的信息交流，减少了建筑设计中可能出现的各种问题。加强了建筑过程信息化的共享，避免了可能出现建筑过程信息化的孤岛，加强了从技术研究产品开发过程到产品设计、制造、物流、装配，以及对建筑信息化工程技术工作进行了全整个流程的互联贯通，提供了一个完整的建筑过程工业信息系统和一个建筑过程工业整体性信息解决问题方案。

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装配式的钢结构住宅和建筑工业化的完美融合，能够合理地推动建筑物和住宅的有效转型以及经济社会发展，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，同时也帮助了企业为自己开拓市场，继而加速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。

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