浅谈BIM设计在装配式项目中的运用——以蔡甸区装配式过渡房项目为例

陈晶 殷炜

1.中南建筑设计院有限公司 湖北 武汉 430000

2.中铁第四勘察设计院集团有限公司 湖北 武汉 430000

装配式建筑是以工业化建造方式为基础，实现结构系统、外围护系统、设备与管线系统、内装系统等四大系统一体化，以及策划、设计、生产与施工一体化的过程[1]。

其技术集成创新体现在，明确装配式建筑的概念、内涵及顶层设计；首次构建装配式建筑的四大建筑集成系统；提出装配式建筑的系统集成设计；将建筑当做完整产品进行统筹设计；强调了装配式建筑全生命期可持续的品质技术；对装配式建筑“六化”提出建造方式要求。

装配式建筑两本标准规定的装配式建筑系统集成关键包括四大基础：一是强调装配式建筑建造是系统组合的特点；二是解决四大系统之间的协同问题；三是解决各系统内部的协同问题；四是体现装配式建筑的整体性能和可持续性[1]。

1 项目基本信息

1.1 项目概况

本项目为中建钢构有限公司投资开发的蔡甸区过渡房项目，项目场地位于武汉市蔡甸区五贤北路附近。

过渡安置房项目作为一类由政府进行筹划建设的福利性住房，建设量庞大，建设任务繁重。适用于可持续发展的工业化生产方式。在可研、设计、生产、施工和运营等环节形成成套集成生产技术，实现建筑产品节能、环保、全寿命周期价值最大化。

1.2 项目BIM要求

1.2.1 建筑设计标准化

降低生产成本，缩短生产时间，提高生产结果的可预测性，降低产品缺陷率，提高劳动生产率，提高利润率。

1.2.2 构件部品生产工厂化

减少施工现场的工作量和劳动力，改善工人的劳动环境，加快生产进度、节约人工、提高效率，减少原料的浪费，保护环境。

1.2.3 施工安装装配化

施工人员现场装配，减少湿作业，使建筑更安全、耐用、节能。

1.2.4 生产经营信息化

每一个构件的所有的信息完全掌握，了解每一部分的现状，统筹运营。

1.2.5 建设项目生产集成化

对设计、制造、施工进行技术和标准整合，实现交流无障碍和三个生产过程的有效衔接。

2 项目BIM策略

2.1 基于BIM的概念设计

基于BIM的概念设计-Revit1.0综合模型优势：各个专业间采用链接的方式在一个模型体上设计,实现专业间信息传递的准确、及时、完整，同时通过协同和可视化及时发现、解决问题[2]。劣势：所出图纸和整体的三维模型无法满足本项目的要求：1）模块化；2）可持续利用3）集约化。

2.2 基于BIM的深化设计

以建造的方式搭建模型——三板预制装配式体系模型（如图1所示）。

图1 BIM中心模型系统图

预制构件体系模型是由预制屋面板，预制楼面板，预制墙板组成的三板预制装配式体系模型。

内外装饰部分，例如：钢柱外包装饰、入户管线、梁外包、楼梯公共区域、楼板板面装饰、吊顶，通过深化模型配置设计。

这种标准化的设计体系和模块化的生产方式，契合工业化批量建造模式。选择这种具有适应性的工业化建造方法，利用BIM信息模型对建筑中各种部品信息进行全过程信息跟踪，实现真正的产业化装修与施工。

2.3 基于BIM的施工策划

用构造的标准将三板体系模型细化成由工业元件分级组成的精细元件模型。

真实信息录入——与部品厂家联合，建立真实产品的BIM信息模型，将厂家的产品信息录入其中，给这个体系提供生产阶段的信息支持。每种部品都附带了编号、名称、型号规格、成本等信息。

工程量统计数据——对部品的成本计算产生直观可控的项目成本。

工程做法模拟——三维模型直接呈现构件连接方法。

施工进度模拟——厂家与施工方在同一平台上安排施工进度。

运维端口预留——完备的数据库后期可以直接与运维软件对接。

3 预制钢结构屋顶

3.1 建筑精细设计

本项目为双坡钢结构屋面，在BIM模型中一层层细化屋顶模型，采用三层结构拼合，从内至外依次为钢框架、保温层、压型钢板。同时细化各屋面节点构造，如：屋脊、檐沟、锁边构件等各交接处施工的三维模型，以便于施工时，作为施工的三维示意参考[3]。

3.2 结构分析研究

通过构建屋面的钢结构屋顶模型，利用软件进行结构变形、应力等相关结构计算。

3.3 三维动画演示

通过BIM模型三维动画演示，进行拼装屋盖框架，指导屋面施工。步骤如下：1）拼装屋盖框架；2）搭设屋盖集成拼装胎架；3）将屋架框架放置于胎架上；4）集成管线；5）铺设保温层及压型钢板；6）安装下方吊顶。

4 预制钢结构楼板

4.1 建筑精细设计

本项目为钢结构楼板，在BIM模型中细化楼板模型，采用五层结构拼合，从上至下依次为内墙连接件、装饰面板、板下预穿管线、钢桁架、吊顶。同时细化各连接件处节点构造，以便于施工时，作为施工的三维示意参考。

4.2 结构分析研究

通过构建楼板的钢结构模型，利用软件进行结构变形、应力等相关结构计算，优化板间支撑位置。

4.3 三维动画演示

通过BIM模型三维动画演示，进行拼装钢结构楼板，指导楼面施工。步骤如下：1）装配式楼板框架拼接；2）设置楼板拼装胎架（高度1.8m的结构层）；3）装配式楼板框架就位；4）集成管线；5）铺设顶部水泥纤维板；6）安装底部吊顶。

4.4 提交工厂预制

经过图纸和模型及施工演示，核对设计数据无误后，提交工厂进行构件生产，同时在出厂前完成基础的楼板龙骨组装和楼面石膏板铺设。

5 预制轻钢龙骨墙体

5.1 建筑精细设计

本项目为预制轻钢龙骨墙体，在BIM模型中细化墙体模型，采用集成管线形式，形成管线-墙体一体化设计，节约内部使用空间，实现结构、装饰、功能三位一体。从内至外依次为预埋管线、墙体与楼面角钢连接件、墙体龙骨、主体墙体、装饰面板。同时细化各连接件处节点构造，以便于施工时，作为施工的三维示意参考。

5.2 结构分析研究

通过构建墙板的钢结构模型，利用软件进行结构变形、应力等相关结构计算，优化板间支撑位置。

5.3 三维动画演示

通过BIM模型三维动画演示，进行拼装钢结构墙板，指导墙面施工。步骤如下：1）铺设胎架、放线；2）铺设钢板；3）拼装墙体框架及钢筋；4）铺设管线及钢丝网；5）铺设墙面板；6）墙面翻身；7）浇筑发泡混凝土；8）铺设钢丝网；9）铺设墙面板；10）将墙体直立，进行粉刷装饰。

5.4 提交工厂预制

经过图纸和模型及施工演示，核对设计数据无误后，提交工厂进行构件生产，同时在出厂前完成基础的墙板龙骨组装和墙面管线预埋铺设等内容。

6 样板房实践

样板房区域位于武汉市蔡甸区五贤北路附近，靠近项目实施地点，拟建规模10m*15m=150m2的样板房。

具体流程如下：1、立钢柱——2、搭建主体结构框架——3、安置预制楼板——4、安置轻钢龙骨屋面——5、砌筑基础墙体——6、安装预制外墙——7、安装钢结构楼梯——8、安装空调台太阳能板。

7 BIM的实践成果及总结

7.1 与厂家配合的一体化空间

对特殊功能空间模块进行精细化设计，将家具，成品部品等模型置入模块中，完成一体化的预制空间一体化模型。楼梯间公共区域，采用钢楼梯，预制管道，装修整体设计安装（如图2所示）；整体式卫浴，与厂家配合预留洞口，整体安装卫浴房间，一体成型防水底盘，无渗漏隐患（如图3所示）；结构牢固可靠，与建筑的构架独立分开，安装简便，底盘直接与基面上固定，强板块快速拼装；集成排水：一体式排水地漏；太阳能集热系统，预埋安装连接件，现场直接安装。

图2 公共区域管道安装图

图3 整体式卫浴安装图

7.2 现场细部处理

7.2.1 吊顶

吊顶内按照接线盒，用于墙板与楼板间电缆线连接，利于后期维修，电缆线采用缆虫电线连接器。

7.2.2 钢柱及梁外部装饰

外包材料为发泡混凝土，放置于外侧与水泥纤维板之间，是一种含有大量封闭气泡，密度小，保温隔热，耐火的轻质节能环保型建筑材料。水泥纤维板是一种环保型安全绿色建筑材料，由合成木纤维组成，防火不燃级别为A1级，防水防潮，隔热隔音，安全无毒，耐酸碱，耐腐蚀（如图4所示）。

图4 梁柱外包完工图

7.2.3 楼板与主体结构的连接

楼板桁架与钢梁梁托之间采用螺栓连接，楼板模块端部预留200mm的空隙做后装段（如图5所示），除补装楼板桁架对应的结构材料外，还需进行与其他结构间的水电管线贯通连接。

图5 楼板与主体结构连接图

7.2.4 柱与墙体连接

内墙板与钢柱、钢梁之间均采用L型角铁和燕尾钉进行固定连接。

7.2.5 门与墙连接

上部轨道按照及门框外包。

7.3 完成成果

完成成果如图6-8。

图6 客厅

图7 卫生间

图8 项目实景外观照片

8 结束语

对保障性住房标准化模块化的研究与应用，是住宅产业化发展的理论前提和方法论基础,其目的是为了建立一整套具有适应性与通用性的标准化设计体系。

根据研究成果形成的《保障性住房标准化设计型图集》、《产业化技术图集》、《BIM标准化部品图库》，实现建筑设计标准化、实现构件部品生产工厂化、实现施工安装装配化、实现生产经营信息化、实现建筑项目生产集成化。

在蔡甸区推动保障性住房产业化的发展标准的，可以为后期大批量建造提供坚实的技术基础。