上海同济房地产有限公司 200092
摘要：随着市场经济的不断发展，住宅产业化的呼声越来越高，传统的设计、生产方式严重制约了住宅产业化的发展，改变传统设计方式，降低建筑产业化成本，成为首要任务。在预制装配式住宅设计中采用装配式建筑设计方法，将传统住宅产业中的施工图设计和拆分深化设计合并，优化设计流程。同时将BIM技术与装配式建筑设计方法相结合，利用BIM技术的可视化和协调性等特点，提高设计效率。
关键词：BIM；装配式建筑设计；建筑产业化
住宅产业化概念是日本1968年提出来的，是指用工业化的生产方式建造住宅，提高生产效率和质量，降低能耗。目前欧美、日本等发达国家，住宅产业化的发展已经进入成熟阶段，预制装配式住宅生产占有率已经达到70%[1]。而在我国住宅产业化的发展水平仍处于初级阶段，从全国范围来看，传统的住宅建造方式仍然占大多数[2]。随着我国城市化进程的加快，城市住宅的刚性需求与日俱增，住宅工程的建设问题亟待解决。面对日益提高的住宅刚性需求，工业化生产成为住宅工程建设发展的必然趋势，推进建筑预制装配化显得尤为必要。探究我国住宅产业化推进缓慢的原因，预制装配式住宅相对传统现浇住宅的成本高，是制约住宅产业化的发展的重要因素。在建筑信息建模BIM（Building information Modeling）技术推广应用、建筑产品工业化、建筑企业现代化的背景下，我国住宅传统的设计、生产方式严重制约了住宅产业化的发展，改变传统设计方式，降低建筑产业化成本，成为首要任务[3]。本文在预制装配式住宅设计中采用装配式建筑设计方法，将传统住宅产业中的施工图设计和拆分深化设计合并，优化设计流程。同时将BIM技术与装配式建筑设计方法相结合，利用BIM技术的可视化和协调性等特点，提高设计、生产效率，降低工程建设成本。
1 BIM与装配式建筑设计简介
BIM是21世纪出现的新概念，是建筑行业的信息化发展到一定阶段的产物。近几年内，BIM在建筑协调设计、建筑工程以及施工管理等领域引起了广泛的关注，BIM技术的出现从根本上解决了从项目规划、设计、施工到后期维护管理各阶段应用系统之间的信息断层，帮助设计师和施工管理者发掘更多潜在的设计可能性，使设计、施工以及项目使用期间可能出现的问题可视化，实现了全过程的工程信息管理乃至建筑全生命周期的管理[4]。
模块化设计是在进行系统功能分析基础上，将整个系统的总功能分解为若干个层次较低的、可互换的、独立的基础单元模块，根据用户提出的具体设计要求，通过对模块的选择与综合，快速设计出具有不同系列、不同性能、不同用途的各种新系统。在建筑设计的过程中，模块化设计强调对各类功能空间进行类型的划分，将具有相同功能的空间组织在一个单元内，通过单元模块化集成的组合方式来实现建筑从单元到整体的转变。在很多的大型建筑中，比如公寓住宅、酒店、医院、教学楼包含了很多大致相似的单元，模块化设计与预制构件的采用是一个很好的选择，这种方法不仅能满足消费者个性化的需求和选择，还能在一定程度上节省时间，得到了开发商、施工方以及设计者的认同[5]。
模型库是标准化模块的集合，以模型库为基础的装配式建筑设计，与传统装配式设计相比是将施工图、拆分及深化设计合并，和传统现浇设计相比更加装配式建筑，如图1。装配式建筑设计思路是：建筑设计师将整个建筑模型划分为若干模型单元，根据需要选择单元，将模型单元用“搭积木”的方法拼装成建筑模型；结构设计师根据建筑模型从结构模型库中选择对应的结构模块，组合成为结构模型，然后经过结构计算进行相应调整后，结构设计师依据调整后的结构模型在深化模型库中选择相应的经过深化设计的BIM模型，交付给施工方；机电设计师根据建筑功能选择与之对应的机电模块。总之，装配式建筑设计方法不仅克服了深化、拆分设计带来的工作量，而且使得住宅中的预制装配式构件标准化，从而完善了整个建筑产业化生产链，为建筑设计的多样化、现代化和标准化工作开辟了一条新的道路。
2 基于BIM的装配式建筑设计方法基本理论
2.1 基本原则
基于BIM的装配式建筑设计是在建筑构件装配式建筑的基础上实现的，因此首先要对住宅工程进行模块化的解构，建立住宅工程模块化体系。住宅工程施工可以实现不同程序、不同工种同时进行，且较多构件均可实现预制生产，这些特点决定了可将住宅产品分成不同的设计模块，然后组成体系架构，最后形成住宅工程设计模块体系。将住宅工程结构的建筑户型、结构户型和户型中的水暖电作为一级模块，再根据构件厂实际生产条件和现场装配施工条件等方面的差异将模块层层分解成可实现整体生产、运输、安装的子级模块，从而得出住宅工程常用模块体系。块的划分应保证构件能够单独大规模生产或在施工现场独立施工，即模块的相对独立性。保持模块划分的独立性是清晰界定模块范围的基础，模块范围的清晰界定才能将模块BIM模型直接用于预制生产。另外，住宅工程作为一个系统工程，其功能和价值的实现都必须依赖于系统的完整性，因此，在进行模块划分时，各个模块相叠加后必须包含建筑设计图纸中的所有部品和必须进行的所有工序，保证使用价值达到设计要求。在进行模块划分时还应保证同一类型、同一级别下的模块之间能够进行对比，这就要求这些并列模块的划分要尽量反映出模块的功能优劣、成本高低等情况，如：从结构、形态、材料、使用价值、成本、施工难度、安全可靠性等多维度进行对比，从而保证将整个工程进行合理的分解。
2.2适用范围
基于BIM技术的装配式建筑设计方法主要适用于具有普遍性以及相似度高的建筑设计，就现代住宅建筑设计而言，经过长期淘汰和筛选后，使用者对户型的选择要求已逐渐明确，因此住宅建筑的户型设计雷同度较高，很大一部分设计只是存在于某个房间的尺寸差异。这样我们可以将建筑模型整体以户型为单元进行划分，建立户型库，设计师可根据综合需要选择户型模型进行拼装，只需将户型间结合的构件尺寸进行调整，就可实现整体建筑的设计。而对于商场、体育馆等针对性强、相似度差的建筑，因其对每个建筑要求的差异性较大，装配式建筑设计方法则不适用。
2.3设计流程
2.3.1单元内设计
首先设计师根据单元的功能要求进行单元内的建筑、结构、设备以及电气的协调设计，完成单元内功能区的划分、受力构件的布置和设备的无碰撞协调。单元内设计是装配式建筑设计过程中工作量最大的环节，丰富的单元库为之后高效的协调设计提供了充分的准备。
2.3.2 整体建筑的协调设计
在装配式建筑设计中，设计师从单元库中选择合适的单元进行拼装重组。单元的选择以及单元间的协调设计是装配式建筑设计中的重点，根据具体建筑的不同要求，单元组合后需要对房间尺寸和构件位置进行稍微的调整，而且还要完成单元间结构的整体设计以及设备的协调设计，这样才能满足建筑的个性化需求。与传统设计方法相比省去了单元内的重复性设计，在满足要求的基础上提高了设计效率。
3 基于BIM技术的装配式建筑设计方法在实际工程中的应用
为更好的推动现代建筑产业化发展，提高设计效率，降低设计阶段成本，本文作者利用BIM技术，根据沈阳市保障房标准图集制作了大量的BIM模型，最终汇总形成了标准BIM组件库，即建筑模型单元库，见图2。
装配式建筑设计方法初期，是建筑设计师依据建筑方案设计从标准BIM组件库中选择适合的建筑户型BIM组件，通过组合的方式形成BIM建筑模型，见图3。
在建筑方案设计完成后，结构设计师依据BIM建筑模型，从标准BIM组件库中选择相对应的BIM结构模型，将形成的结构模型导入计算分析软件进行结构分析，然后将分析后经过调整的模型再导入回BIM建模软件，建筑设计师依据调整后的结构模型对建筑模型进行相应调整，见图4。
通过工程的不断积累，可逐步扩充标准BIM组件库，满足更多工程项目的需求。如：对原有标准BIM组件库扩充了六个户型模型，即可完成沈阳市保障房惠民工程和惠生工程这两个项目的装配式建筑设计。在完成建筑和结构设计后，水、暖、电等专业设计师可依据建筑模型户型，从BIM组件库中选择相应的设备模型，并进行相应的接口连接，完成设备模型的建立，见图5。
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最后，预制构件生产企业将依据设计师提供的建筑模型从BIM组件库中选择相应的预制构件模型,如图6，可直接用于生产，省去了拆分设计和深化设计的环节，极大的提升设计效率，降低设计阶段成本。
4 结语
本文通过探索基于BIM技术的装配式建筑设计方法，实现与建筑产业化建造方式相适应的“搭积木”式设计方式，从而大幅度减少工程项目建设中的设计变更，避免因设计变更造成的经济损失，不断提高建筑产业化的生产效率，降低工程建造成本。在住宅产业中采用基于BIM技术的装配式建筑设计方法，可以大幅度提高设计效率，节省设计时间，节约设计成本，为装配式建筑建筑产业链提供了有力保障，推动住宅产业化更好更快地发展。
参考文献
[1]郑俊杰.预制装配式高层住宅施工技术[C].中国会议，2008(9)；111-115.
[2]http://info.1688.com/detail/1157264498.html.2013-10-25.
[3]李纪华. 我国住宅工业化发展制约因素及对策研究[D].重庆，重庆大学，2012.
[4]王珺,BIM理念及BIM软件在建设项目中的应用研究[D].成都,西南交通大学.2011.
[5]仝非非. 建筑设计的装配式建筑探研[D].郑州，郑州大学,2013.
论文作者:何晨俊
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/9/21
标签：建筑论文; 住宅论文; 建筑设计论文; 模型论文; 单元论文; 模块论文; 结构论文; 《基层建设》2017年第15期论文;