基于bim技術的裝配式鋼結構住宅模塊化設計

車品志 王潔 盛維智 張文康 宋立陽

摘要：目前，我國大部分裝配型鋼結構的住宅仍然傾向于采用傳統的建筑工藝設計模式和生產技術，不利于我國住宅工程產業化的推進。減少建筑成本，提高裝配式鋼結構住宅產業化是當前的主要任務。本次科創項目主要通過對裝配式鋼結構住宅的特點和優勢以及目前存在的問題進行分析，提出一種基于BIM的模塊化設計技術在裝配式鋼結構住宅中的應用方法，進一步完善了鋼結構住宅工業化生產鏈，從而有利于裝配式鋼結構的住宅建設。

關鍵詞：BIM;模塊化設計;裝配式鋼結構;工業化

1裝配式鋼結構住宅的優勢

由于鋼結構整體抗拉抗壓以及抗剪強度都相對比較大，同時由于其材料的力學性能優良，表面斷面也比較小，自重也比較輕，因此在進行地基處理和施工工作中就相對比較簡單，有效地降低了大量的基礎施工環節造價。

裝配式鋼結構建筑的特點是可工廠預制以及現場安裝等，結合前期設計手段以及現場生產手段后，讓各道工序間能夠互相配合和協調，并使得施工現場的總體施工效率大幅度提高。在具體的施工過程中，建筑工程施工單位能夠借助于網絡計算機技術結合數控機床的方式來對施工精準度以及施工效率做出準確、到位的控制。

2裝配式鋼結構住宅的主要問題

2.1基于PC結構理念的鋼結構住宅設計

目前國內建筑行業的工業化主要有預制鋼筋混凝土裝配式結構（英文縮寫：PC結構）與鋼框架結構〈又稱鋼框架）兩種。盡管我國的建筑行業工業化已經取得了長期的進步，但即便是大城市，工業化的生產率也并非低。目前，我國的建筑行業依然還是以粗放型建筑為主，建設標準化的工作進展比較滯后，對相應零部件的標準化、通用性程度較低，新型建筑的結構制造體系仍然是處于探索階段，出現了許多PC建筑工業化的體系，都未經過市場的充分審批，但都沒有少數示范性項目。由于鋼結構住宅工業化的建筑設計在當時我國起步較晚，很多家庭住宅的設計尚是根據傳統PC結構進行設計，導致其所建造的戶型開間進深、尺寸沒有形成少規格多組合的原則，不能夠適合于工業化的建設與發展。很多住宅設計還是根據傳統的PC結構設計，導致建造的戶型開間進深、尺寸沒有形成少規格多組合的原則，不適合工業化的發展。

2.2部品部件規格不統一

在進行鋼結構體系設計時，沒有按照模塊化的標準進行設計，導致構件的尺寸規格較多，工廠加工作業增加，運輸到施工現場時需要進行裁剪，不僅耗費了大量的鋼材和人力，而且墻板的安裝在水平、豎直方向排列不統一。構件規格較多增加了建筑的成本，降低了建筑本身的美觀性。

2.3缺少全裝修和設備一體化的集成化設計

目前我國的裝配式建筑還仍然處于發展的初級階段，結構、零部件、機電器具、裝配施工、室內裝飾和建筑裝修等方面的一體化集成設計技術能力存在嚴重欠缺，設計人員對于裝配式建筑的技術、質量、效率、經濟效益等方面的總體可靠性控制認識不夠。設計的標準化水平較低，模塊化的設計應用較少，而且建筑信息模型技術正被廣泛應用到了裝配式建筑設計這個領域。未能做到全裝修設計和施工一體化，裝修、主體框架結構施工、機電器具安裝等各個環節的銜接較為順暢.標準化、集成化、模塊化裝修設計、施工方案等亟待探索和推進，整體廚衛、輕質隔墻等新型材料、生產車間及設備的管線集成化技術的應用也亟待提高。

3 BIM技術和模塊化設計原則

3.1 BIM技術特點

隨著我國建筑產品和服務行業的迅猛發展，計算機技術逐步被引進到了建筑產品和服務中。BIM技術作為一種綜合性地應用于工程設計施工和建造管理的數字化方法和工具，BIM技術充分地整合了建設工程項目中的各種資料和信息，創建了一個可以反映實際情況的三維模型。在整個建筑的整個生命周期中，通過一種建筑物的信息模式就可以實現了集成化的管理。通過BIM技術就能夠模擬出一個建筑物的行為，大大提高了項目的效率。BIM技術具有以下特點：

（1）可視化。（2）協調性。（3）模擬性。（4）可出圖性。

4基于BIM技術的模塊化設計方法

4.1戶型庫的建立

常見的戶型有臥室、客廳、廚房、衛生間等功能模塊組成，根據部件的精細化設計能夠確定模塊的大致尺寸，在考慮模數協調的基礎上，提出幾種通用的功能模塊。同時，不同的功能模塊之間能夠相互組合，形成不同的戶型。就現代建筑戶型而言，經過長期淘汰與篩選，人們對戶型的需求已經比較明顯。利用BIM技術可以建立建筑戶型模型，形成通用的戶型庫。設計師要保證戶型內各功能的合理劃分、結構的合理布置以及水電暖等設備的合理安裝。

4.2戶型的平面組合

戶型間設計主要是考慮戶型與戶型組合形成建筑單元時的連接問題。戶型內設計完成了內部功能空間的劃分，戶型之間組合才能形成完整的建筑模型。戶型在連接時需要考慮墻、柱的重合問題，所以前期通用功能模塊的設計為戶型間的組合提供了基礎。戶型與戶型之間組合方式有連接組合和重合組合，在建筑、結構方面的組合主要是重合組合，其他設備主要是連接組合。建筑、構造戶型中主要相互重合的組成部分為內墻、內外隔墻、柱子及剪力墻。解決這種戶型重合的主要途徑之一就是：盡量刪除與其他重合的部位構件，保留其中比較長的一個

4.3標準層的創建

樓層的標準層不僅包括戶型之間的組合，還包括交通模塊與戶型的組合。一個完整的房屋標準層應該是由戶型、樓梯、電梯、前室、走廊、電梯井等組成，還有一些不符合標準的結構。在建筑設計中，不僅需要有一些標準化的功能模塊，還要配備一些不符合標準要求的構造。只有將這些層次組合在一起，才能建立一個完整的房屋標準層

5結語

本文通過對基于BIM的建筑模塊化設計在建筑裝配式鋼結構住宅中的實際使用進行分析，可以了解和得出BIM模塊化技術的實際使用情況，這將更好地促進了建筑低瑞減排，獲得了技術創新，同時也幫助了企業為自己開拓市場，經行汕速了經濟社會發展，并且更好地幫助企業和社會進行節能低碳減排，獲得了技術創新，同時也幫助了中國房地產行業整體發展速度，同時也促進了我國建筑行業的健康可持續發展。

參考文獻：

[1]張健，李夢，劉學春.基于類型的裝配式高層鋼結構住宅戶型模塊化設計[J].工業建筑，2017，47（05）：62-67.

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