基于BIM 技术的装配式住宅外立面多样化设计策略

2024-05-18庞春美韩科宁林丹丽韩科莉

科学技术创新 2024年9期

庞春美*，韩科宁，林丹丽，韩科莉

（1.华蓝设计（集团）有限公司，广西南宁；2.成都华丰工程勘察设计有限公司南宁分公司，广西南宁；3.广西农业职业技术大学，广西南宁；4.百色市住房和城乡建设局，广西百色）

2023 年9 月份广西壮族自治区政府印发的《关于支持建筑企业增信心稳增长促转型若干措施》中明确提出：5 000 平方米以上的政府投资项目带头推广应用装配式建筑，扩大装配式建筑应用覆盖率。近年来，广西地区装配式住宅的数量明显增多，但是由于建筑构件采用预制形式，因此住宅外立面的形式较为单一、呆板，观赏性不高。将BIM 技术应用到住宅外立面设计中，让外立面形式多样且富有韵律，兼顾观赏性和实用性，这对于装配式住宅的进一步推广应用也有积极帮助。

1 项目概况

某新建装配式住宅总建筑面积208 566.1 m2，容积率2.38，共20 层。地下2 层，为车库和设备用房；地上18 层，为住宅楼。建筑采用钢管束剪力墙结构体系，钢管束为工厂预制、现场拼装，在钢管内浇筑混凝土后形成免支模钢管束剪力墙。外立面由外墙板、阳台、窗户、楼梯间、单元入口等组成，外墙面使用棕色真石漆涂料粉刷，外墙挂板为160 mm 厚仿石保温装饰一体板。建筑外立面设计单一，缺乏辨识度，为提高外立面的多样化效果，使用BIM 技术进行了优化设计。根据装配式住宅的实际信息，使用BIM 体系中的Revit 软件构建了住宅三维模型，并基于构件型式、色彩等方面的变化，分别创建了水平、垂直、网格三种组合的立面效果，确保在满足住宅内部功能的基础上，让住宅外立面的形象更加多元和丰富。

2 基于BIM 技术的外立面多样化设计

2.1 水平构图下的模块组合设计

2.1.1 预制外墙的水平组合

利用窗户和窗间墙的水平组合，可以使住宅外立面的上下层次呈现出明显的线状分布，在此基础上调整构件的尺度和空间关系，让住宅外立面富有变化；利用窗下墙与旁边墙体进行组合，再通过改变墙体的材质、颜色、分段等，也能营造视觉上的线性分布，如图1 所示。

图1 预制外墙的水平组合

如图1 所示，在BIM 设计中改变外墙的材质，住宅建筑外立面的上下层次更加分明；同时，对外墙板实行错落有致的排布，又能突出外立面上的横向线条，从视觉上给人一种尺度更大的感觉。

2.1.2 外廊的水平组合

外廊的虚实组合能够使住宅外立面形成明显的水平划分。外廊的“实”部，由墙体、栏板、廊柱等组成；外廊的“虚”部，是指栏板上方、廊柱之间的空间。在外立面设计中，适当增加实体的比例，形成“实多虚少”的布局，可以产生一种稳定的立面效果，虚实对立也能让外立面的整体韵律感得到加强[1]。本项目采用了水平式外廊，因此在水平构图下的模块组合设计中，尝试改变外廊的线性形态以达到丰富外立面的效果。例如在水平方向上使用直线条或曲线条，将住宅外立面划分成带状形式，然后通过光线照射和凹凸对比，强化了外立面的虚实表现，提升了住宅外立面的立体感。

2.1.3 遮阳板的水平组合

在装配式住宅的外立面设计中，可以将遮阳板当成立面水平线条，通过不同的水平组合达到外立面多样化设计的效果。从位置上看，遮阳板可以在窗檐上口，也可以直接布置在阳台上；从形式上看，遮阳板可以选择固定式或调节式。如果选择固定式遮阳板，通常与窗过梁进行水平组合，形成“一”字型或者“U”字型，这种布局的特点是能够进一步强化外立面在水平方向上的构图，利用构件的凹凸增强外立面的立体感，但是灵活性不够。调节式遮阳板不依赖混凝土制作的固定构件，在布置上具有更强的灵活性，可以根据设计需要将其排列组合形成多样化的型式，但是外立面的整体韵律感可能会被削弱[2]。

2.1.4 外露楼板及圈梁的水平组合

将窗户置于圈梁中间，并通过圈梁对住宅外立面进行水平划分。这种窗户与圈梁的水平组合能够实现圈梁与窗过梁的分开布置，让上下楼层之间有一个明显的划分界线。在水平组合的基础上改变细部构件，还能让外立面呈现出多样的效果。例如可以改变外露楼板的形状，或者是调整楼板边缘的宽度，让外立面的横向构图得到增强。比较常见的设计方法是将原来直线型的水平线条，改成弧形或波浪形等，让原本呆板、生硬的外立面变得更加活泼。

本项目中住宅外立面只包含一种阳台单体形式，为了丰富外立面可以将两个单体进行组合，达到弱化竖向线条、增加水平线条延伸度的效果，如图2 所示。在Revit 软件中打开项目，从插件“族库大师”中选择“我的族管理”，在当前页面上选中“折线形阳台”并载入项目中。

图2 水平构图构件及立面效果

2.2 垂直构图下的模块组合设计

2.2.1 外凸构件的垂直组合

将装饰柱或承重柱外凸，并作有规律的垂直重复，是垂直构图中常用的组合设计方式，通常在框架承重住宅中比较多见。对于室内承重柱向外延伸形成的构建，可以将其作为垂直分隔装饰件处理。例如，以装配式住宅外立面上的窗户作为设计参考，利用外凸构件自上而下的将左右两侧的窗户或阳台分隔开来，营造出强烈的方向对比，从而改变外立面在视觉效果上的扁平缺陷，提升其韵律感。

2.2.2 窗下墙和窗间墙的垂直组合

在装配式住宅的外立面设计中，窗与窗间墙之间需要进行明确区分，达到增强垂直构图的效果。比较常见的设计方法是让窗间墙适当向外延伸，并在墙体上方设计凸出造型，避免外立面装饰的单调性[3]。对于窗下墙，可以将其作为装饰面并且与窗户进行垂直组合，利用窗户和墙体材质的不同，在窗户的“亮”与窗下墙的“暗”之间形成垂直方向上的强烈对比，让住宅外立面呈现出多样化的表现效果，如图3 所示。

图3 窗下墙与窗的垂直构件划分

2.2.3 凸阳台的垂直组合

阳台是装配式住宅外立面构图的重要元素，为了增强垂直构图，在设计时可以采取措施让阳台和外墙面实现视觉分离的效果。比较常见的做法是使用凸阳台这类垂直式构件，与墙面进行组合，达到丰富立面效果的目的。在凸阳台的形式上，选用半封闭式，用钢化玻璃或者栏杆将凸阳台围起来，做到虚实结合。

本项目中使用单体阳台构件，同一栋建筑中使用四个单体阳台两两组合，组成了一个单体阳台平面。同时，利用上下对齐的空调机笼，增强了垂直方向上立面装饰的视觉效果。在设计时改变了单体阳台平面的形状，在视觉上让组合单体向中心轴线聚拢，进一步增强了外立面的垂直效果，如图4 所示。除此之外，将两个半包围的凸阳台以对称形式布置，与竖向围护结构组合，得到了一个半围合空间，这种设计方式能够在一定程度上放大住宅外立面在垂直方向上的空间效果。

图4 垂直构图构件及立面效果

2.3 网格构图下的模块组合设计

2.3.1 外露梁柱的网格式组合

在装配式住宅的外立面设计中，如果将水平和竖向方向上的线条进行简单的交叉、组合，得到的网格状立面没有明显的规律性，甚至会给人一种凌乱的观感。因此，基于网格构图的模块组合设计，可以灵活选择实体或者虚体进行立面分隔，既可以保证分隔线条的多变性，同时又能改变构件之间空间的尺寸与形状，让住宅外立面形式呈现出多种变化，提高其视觉观赏效果[4]。例如，选择梁、柱、贴面等实体构件作为分隔线条，同时科学设计构件自身的尺寸以及相邻构件之间的距离，以便于建立起较强的网格关系，如图5所示。

图5 外露梁柱的网格组合

2.3.2 遮阳板的网格式组合

遮阳板根据布置形式的不同，有水平式、垂直式和综合式；根据其结构的不同，又可分为挡板式、百叶式等多种类型。在利用遮阳板组成住宅外立面的网格时，可以灵活选用不同类型的遮阳板进行组合，这样既可以兼顾遮阳的实用价值，同时还能起到丰富立面、避免过于单调的效果。例如，改变遮阳板的安装位置，以及根据窗户的大小、形式选择不同尺度的遮阳板。在住宅外立面上错落有致的遮阳板，形成了富有规律的纵横线条，兼顾了实用价值和观赏价值。

本项目在进行网格构图下的模块组合设计时，主要选择外露梁柱、遮阳板等构件进行外立面网格划分，同时为了提升外立面的多样化和丰富度，还运用了不同材质和颜色的构件，与外立面上的其他组成元素（如外墙贴板等）进行组合，进一步强化了水平和竖直方向上的线条，让立面网格的韵律性得到了加强，如图6 所示。

图6 网格构图构件及立面效果

如图6，本项目的网格式构图主要包含两种单体，将单体1 和单体2 加以组合形成一个模块。在模块中使用比较明显的水平线条与垂直线条营造网格状的视觉效果。该模块将窗户、阳台以及空调机位三者合而为一，体现了装配式住宅一体化的特点。同时，对于住宅外立面上的其他构件元素做简化设计，一方面是减少预制装配的工作量，另一方面则是以阳台外基准对主要的构件元素进行简单的排列组合，呈现出更加规整、流程的视觉效果[5]。除此之外，对于功能上具有关联性的模块单元进行了叠加，进一步突出了装配式住宅外立面的立体感。以图6 为例，将模块进行单体叠加后，利用颜色将网格与外墙面进行区分，在保证外立面规整、有韵律的同时，还能划分出明显的层次，取得了较好的立面装饰效果。