張玉龍 王金奎 曹海云

(河北建筑工程學(xué)院,河北 張家口 075000)

BIM技術(shù)在住宅產(chǎn)業(yè)化設(shè)計(jì)中的研究

張玉龍 王金奎 曹海云

(河北建筑工程學(xué)院,河北 張家口 075000)

根據(jù)時(shí)代的發(fā)展要求，住宅產(chǎn)業(yè)化已成為將來住宅領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，而BIM技術(shù)對住宅產(chǎn)業(yè)化在諸多領(lǐng)域的發(fā)展有著不可估量的作用，且直接影響到住宅的全生命周期.萬事欠備，設(shè)計(jì)先行.本文結(jié)合住宅產(chǎn)業(yè)化的特點(diǎn)，著重對BIM技術(shù)在住宅建筑設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用進(jìn)行研究，探索一條較為完整、完善的設(shè)計(jì)思路.

BIM技術(shù);住宅產(chǎn)業(yè)化;設(shè)計(jì);分析

所謂住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化是指用工業(yè)化生產(chǎn)的方式來建造住宅,以科技進(jìn)步為核心，利用現(xiàn)代高度工業(yè)化水平來改造傳統(tǒng)住宅產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)方式，而實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的前提是必須實(shí)現(xiàn)住宅設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化.住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化是住宅工業(yè)化的更高階段，是涉及住宅設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)維全生命周期的一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng).

推行住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化是在住宅領(lǐng)域貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的重要舉措，是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的重要內(nèi)容，也是提升我國商品住宅成套水平，提高我國住宅產(chǎn)業(yè)運(yùn)行質(zhì)量，厲行節(jié)約土地、能源、水和材料、優(yōu)化生態(tài)環(huán)境的迫切需要.

圖1

建筑信息模型(Building Information Modeling,簡稱BIM)是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，建筑全生命周期為主線，將建筑產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)起來并集成項(xiàng)目相關(guān)信息的數(shù)據(jù)模型.該模型以精確的數(shù)據(jù)庫及精準(zhǔn)的管理系統(tǒng)，有效地集成了建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建筑性能分析、施工圖設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)項(xiàng)目預(yù)算、工廠加工數(shù)據(jù)包對接、施工模擬及現(xiàn)場指導(dǎo)、項(xiàng)目進(jìn)度檢測及反饋、建筑運(yùn)維、消防救援及反恐等建筑全生命周期要素，對提升住宅產(chǎn)業(yè)的整體行業(yè)水平具有重要意義.萬事欠備，設(shè)計(jì)先行.本文著重從設(shè)計(jì)角度探討B(tài)IM技術(shù)在住宅產(chǎn)業(yè)化中的應(yīng)用.

1 模塊化設(shè)計(jì)與BIM模型的建立

住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化以住宅工業(yè)現(xiàn)代化為前提，住宅工業(yè)現(xiàn)代化的核心是用現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)方式來建造住宅，與工業(yè)現(xiàn)代化相伴的必然是標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)代化.運(yùn)用模塊化原理和設(shè)計(jì)方法建立新型工業(yè)化住宅的標(biāo)準(zhǔn)體系，是解決系統(tǒng)性問題的有效途徑.

模塊(Module)是模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ).模塊化設(shè)計(jì)是將標(biāo)準(zhǔn)模塊和非標(biāo)準(zhǔn)模塊進(jìn)行特定的組合形成的建筑方案的過程.由于住宅類建筑空間的單元屬性比較突出，一套完整的戶型通常由臥室、起居室、廚房、餐廳、衛(wèi)生間、陽臺、儲藏室等單元空間組成，且每個(gè)單元的開間和進(jìn)深相對固定，套內(nèi)家具等部品的布置模式相對單一，基于以上特點(diǎn)，利用模塊化設(shè)計(jì)方法，既可實(shí)現(xiàn)建筑單元空間的標(biāo)準(zhǔn)化，又可滿足不同用戶的特殊需求(如圖1).

模塊化設(shè)計(jì)需要注意的另一個(gè)問題是專業(yè)間的配合，結(jié)構(gòu)和設(shè)備專業(yè)與建筑布局的良好銜接需要相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行支撐才能夠達(dá)到一定的效率，目前比較成熟的做法是建立相應(yīng)的模塊標(biāo)準(zhǔn)庫，建筑師在標(biāo)準(zhǔn)組件模型的基礎(chǔ)上根據(jù)用戶的需求按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行組合，非標(biāo)準(zhǔn)模塊用于解決各標(biāo)準(zhǔn)模塊的銜接問題，完成建筑基于功能的模塊的設(shè)計(jì)，其他專業(yè)根據(jù)建筑的方案選取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、設(shè)備模塊組合成完整的整體模型.其中通用的標(biāo)準(zhǔn)模塊在整體框架中的應(yīng)用提高了設(shè)計(jì)效率，提升了整體模型的標(biāo)準(zhǔn)化程度(見圖2)，非標(biāo)準(zhǔn)模塊滿足了客戶對戶型的多樣化的需求.

圖2

2 深化設(shè)計(jì)及項(xiàng)目優(yōu)化

部品工業(yè)化是住宅要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的重要途徑.建筑部品包括各種建筑、結(jié)構(gòu)構(gòu)件、內(nèi)裝部品等，尤以結(jié)構(gòu)構(gòu)件多而復(fù)雜，每個(gè)構(gòu)件都要獨(dú)立配筋，人工修改的工作量巨大，為了提高工作效率，可以將除預(yù)制構(gòu)件之外盡可能多的構(gòu)件做成標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，分別對應(yīng)不同部位、不同類型的構(gòu)件，將其分類匯總，并引入?yún)?shù)化建模手段，這樣就可以通過修改參數(shù)的手段來控制構(gòu)件的配筋參數(shù)，極大地提高了工作效率.

由于各預(yù)制構(gòu)件的連接在現(xiàn)場拼裝的時(shí)候需要在節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行現(xiàn)澆連接，預(yù)制梁、柱、板鋼筋密集交錯(cuò)，容易出現(xiàn)鋼筋位置重疊碰撞的問題，這在目前現(xiàn)場綁鋼筋再現(xiàn)澆的傳統(tǒng)施工模式下是可以實(shí)時(shí)調(diào)整的，但工業(yè)化生產(chǎn)中則必須在設(shè)計(jì)階段避免類似的狀況發(fā)生，一旦發(fā)生將對施工進(jìn)度產(chǎn)生重要影響，碰撞的情況太多會直接導(dǎo)致生產(chǎn)成本的急劇增加.BIM技術(shù)中碰撞檢測功能能有效解決該問題，碰撞檢測完畢后，系統(tǒng)會將所有碰撞的位置和構(gòu)件類型、名稱、對象及ID列出來，且碰撞模型實(shí)體會在模型中高亮顯示，供設(shè)計(jì)師修改.類似的功能極大地減少了設(shè)計(jì)變更單量，對項(xiàng)目的品質(zhì)和業(yè)主的投資管理提供了優(yōu)質(zhì)保障.因?yàn)樵谀壳暗氖┕み^程中，由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式并不能把每一個(gè)細(xì)節(jié)都表達(dá)出來，導(dǎo)致施工現(xiàn)場在理解項(xiàng)目上容易產(chǎn)生偏差甚至誤讀，進(jìn)而出現(xiàn)施工錯(cuò)誤和返工的情況，延誤工期、增加成本.

圖3

在深化設(shè)計(jì)階段，對建筑構(gòu)件進(jìn)行有必要的方案調(diào)整是經(jīng)常遇到的過程，某項(xiàng)目針對平臺部分，利用AutodeskRevit快速替換欄桿構(gòu)件的族系統(tǒng)，并使用Autodesk360云渲染服務(wù)，進(jìn)行可視化比較，效果直觀迅速，使得建筑師對項(xiàng)目效果的把控更加得心應(yīng)手(如圖3).

各專業(yè)在項(xiàng)目深化的過程中，可以通過BIM軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，建立多專業(yè)協(xié)同工作平臺，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息交流，方案的每一個(gè)修改會

圖4

在各操作終端實(shí)時(shí)同步修正，極大的提高了專業(yè)間協(xié)同作業(yè)的效率，且可視化的設(shè)計(jì)模式可以讓各專業(yè)在工作的過程中對建筑模型進(jìn)行實(shí)時(shí)漫游，加深對建筑的理解，同時(shí)可以幫助設(shè)計(jì)師更加合理地利用空間和節(jié)約空間.如圖4為某走廊管線布置優(yōu)化前后的對比.

3 建筑性能模擬

建設(shè)項(xiàng)目的景觀可視度、日照、風(fēng)環(huán)境、熱環(huán)境、聲環(huán)境等性能是項(xiàng)目舒適度的重要參數(shù)，但在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式中，由于缺少合適的技術(shù)手段，一般項(xiàng)目很難有時(shí)間和費(fèi)用對上述各種性能指標(biāo)進(jìn)行多方案分析模擬，BIM模型作為基礎(chǔ)平臺，具有強(qiáng)大的接入功能，配合EcoTech、IES、GreenBuildingStudio等可持續(xù)或者綠色分析軟件可對建筑的各項(xiàng)性能進(jìn)行詳細(xì)深入的分析.

圖5 圖6

(1)自然采光模擬：區(qū)別于目前市場上比較普遍的日照分析，利用BIM技術(shù)可以針對設(shè)計(jì)方案對室內(nèi)的光照效果進(jìn)行比較直觀的模擬分析，全三維顯示，建筑物任意立面，地面在考慮遮擋情況下的日照時(shí)間，并分析建筑物的日照時(shí)間段、被遮擋時(shí)間段.進(jìn)而指導(dǎo)設(shè)計(jì)師通過調(diào)整建筑布局、窗口的位置和大小、室內(nèi)墻面材料、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的可見光透射比等，提升室內(nèi)自然采光品質(zhì)，并根據(jù)采光效果設(shè)計(jì)更為合理的室內(nèi)布置方案.實(shí)際操作中，無需打斷設(shè)計(jì)的工作流，就能快速得到分析數(shù)據(jù)，從而得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案.

(2)室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境模擬：傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法無法實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外的風(fēng)場指標(biāo)量化，利用BIM技術(shù)，采用CFD流體力學(xué)模型進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)采用氣象數(shù)據(jù)，并采用多級CFD模型計(jì)算，可詳細(xì)描述風(fēng)的流向、風(fēng)速、空氣齡和熱島區(qū)域等數(shù)值.分析結(jié)果直觀、數(shù)字化，設(shè)計(jì)師通過對風(fēng)壓結(jié)果進(jìn)行權(quán)衡比較，調(diào)整和確定建筑總體布局，整體增強(qiáng)自然通風(fēng)效果，最大程度利用本地有利的自然條件，取得相對均衡的室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境，提高室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境的舒適性，減少建筑能耗.

(3)建筑環(huán)境噪聲模擬分析：BIM建立幾何模型之后，能夠在短時(shí)間內(nèi)分析室內(nèi)裝修材質(zhì)的變化引起的室內(nèi)聲場變化，預(yù)測和改良建筑的聲學(xué)質(zhì)量.在室外，可以采用三維音源分析噪音在帶地形建筑物之間的反射、衰減.

(4)小區(qū)熱環(huán)境模擬分析：能分析建筑物對太陽熱量的吸收：包括熱量反射、輻射等，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)分析建筑外表面的熱工狀況、建筑室內(nèi)的熱工分布、小區(qū)室外環(huán)境的溫度分區(qū)指數(shù)等，及時(shí)消除住宅區(qū)的熱島效應(yīng)，對優(yōu)化單體設(shè)計(jì)、規(guī)劃布局、小區(qū)環(huán)境綠化以形成良好的微環(huán)境成果顯著.

通過對住宅建筑性能多角度、立體式的全面分析，既保證了住區(qū)規(guī)劃的合理性和對室外環(huán)境指數(shù)的優(yōu)化，同時(shí)也能對各住戶的室內(nèi)舒適度進(jìn)行前期的較為全面的優(yōu)化分析，充分保證了住區(qū)的居住環(huán)境品質(zhì)，在實(shí)現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)上充分結(jié)合人的需求，做到住區(qū)設(shè)計(jì)的人性化.

綜上所述，BIM技術(shù)在住宅產(chǎn)業(yè)化設(shè)計(jì)階段，從模塊化設(shè)計(jì)入手，到各專業(yè)協(xié)同作業(yè)、設(shè)計(jì)審查都提供了十分便捷而有效的解決途徑和方法，并且在設(shè)計(jì)過程中針對建筑各項(xiàng)性能進(jìn)行模擬和優(yōu)化，最大限度節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、安全、舒適和環(huán)保的健康住宅及其環(huán)境，在住宅產(chǎn)業(yè)鏈的上游階段提供了有力的技術(shù)保障，對推動(dòng)住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

[1]周文波，蔣劍，熊成.BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式住宅中的應(yīng)用研究[J].施工技術(shù)，2012(41):72～74

[2]薛兆明.BIM技術(shù)在PC住宅產(chǎn)業(yè)化中的應(yīng)用探討[J].山西建筑(21)：5～6

[3]張海德，成娜，韓進(jìn)宇.基于BIM的模塊化設(shè)計(jì)方法在裝配式建筑中的應(yīng)用[J].土木建筑工程技術(shù)，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年河北省建設(shè)廳建設(shè)科技研究指導(dǎo)性計(jì)劃項(xiàng)目《BIM技術(shù)在住宅產(chǎn)業(yè)化中的設(shè)計(jì)研究》

張玉龍(1982-)，講師，研究方向：BIM設(shè)計(jì)與應(yīng)用.

10.3969/j.issn.1008-4185.2017.02.013

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