基于BIM的寒地裝配式現代木結構建筑建設一體化應用研究

徐強，王璐 （吉林建筑大學，吉林 長春 130000）

1 木結構建筑發展現狀

環境可持續發展問題在如今社會變得越來越受人關注。在建筑建設方面，尤為明顯。在建設工程領域，木結構由于具有節能環保、環境協調性且具有良好的隔熱蓄熱性能，得到了建筑師們的“賞識”，越來越廣泛地應用于各類建筑和寒地地區的建筑建設中。隨即出現的裝配式木結構建筑也逐漸在大眾視野中出現，裝配式建筑有組裝工藝簡單、施工周期較短等優點，但隨著建筑的多樣化趨勢，由于地區氣候等問題而選擇不同的形式以及種類現象出現時，裝配式組件會出現節點、尺寸等對應不上的問題，直接影響了建筑建造的進度。如何提高現代木結構以及因為寒地地區氣候原因而需要選擇多種多樣的構件形式的建造效率變得尤為重要。

2 BIM技術與寒地裝配式木結構建筑結合

BIM理念不斷被人們熟知并很好地與裝配式現代木結構建筑建造過程相結合，BIM參與建造的初期設計到后期維護等整個過程。BIM運用其數字化的屬性，將建設期間所涉及的步驟以及配件等全部電腦數字化，電腦三維仿現實性裝配，信息共享，且可以實現節點的數字化連接等。若處于寒地地區做建筑，可通過利用基于BIM技術的revit軟件以及自帶的系列能耗模擬組件對不同的結構進行數字化能耗模擬分析，優選出在相同建筑參數下的最優形態模式。所以針對寒地地區木結構建筑建造，在其過程中引入BIM技術，對于設計建造師來說，建造效率會有很大的提高；而對于更大的環境層面來說，也實現了綠色建筑的設計。

3 BIM技術參與寒地裝配式木結構建筑部分運作過程分析

3.1 基于BIM的運營前置設計思維

3.1.1 運營前置概念

運營前置是指在項目計劃中運用逆向思維將與項目建成后有關的要素推進到實施前的分析和考慮中。目的是提高項目建設后的運營效率以及減少項目落地后由于初期設計時候遺漏的問題等。

3.1.2 基于BIM的運營前置運作過程及優點

在項目初期，本著運營前置的理念，相關人員需要進行和建筑相關的調研以及數據收集，而BIM是一個很好的信息整合平臺。通過BIM，將依據收錄的信息庫對具體項目進行信息輸出，具有運營前置思維的BIM能夠綜合項目設計各方面限定條件與使用需求，得出之后項目設計決策的依據。運營前置的逆向思維在項目開始的時候，即從后期運營入手，將項目的運營現狀以及問題進行解剖，從項目的整體價值鏈出發，考慮項目的持續發展與后續運營狀況，考慮項目實質出現的規模、消費人群、技術成本、業態配置等等。這期間可通過BIM的可展示整個建筑生命周期的強大功能作為依據進行參考，例如城市規劃、造型能耗設計、建筑造價等多個方面，從而提出系統的有效可行的解決方案。

3.2 基于BIM的多專業協同設計

3.2.1 多專業協同設計含義

建筑、結構等不同專業設計人員在同一個平臺下共享信息模型。將各自專業的BIM模型設計完成之后，匯集到同一個建筑模型中，在通過碰撞檢查，有相撞沖突的部分再重新修改，最終生成施工圖（圖1）。

圖1 基于BIM的協同設計工作流程示意

3.2.2 基于BIM的多專業協同設計運作流程框架及意義

前期準備：寒地地區項目審批之后，通過BIM技術建立各個專業相關模型文件，運用同一個平臺，實現共同設計建模。

協同實施：首先由建筑專業的設計人員按照戶主的需求進行方案設計，同時結構、機電等其他專業設計人員及時參與其中，建筑專業建立建筑模型、結構專業設計結構模型、機電專業建立機電模型，各專業協同設計。

施工圖碰撞檢查：多專業模型組合成一個完整的擁有全部信息的BIM模型，進行碰撞檢查，解決管線交叉、結構沖突等相關問題，不斷修改，不斷完善。之后再進行碰撞監測及優化，生成最終BIM模型以及圖紙以及各種保留的數字化數據。

一個建筑項目的完成需要多個專業的共同參與，但每個專業都有各自的特點，若采用BIM的多專業協同設計，各個專業在同一個平臺下共享信息模型進行同步設計，通過碰撞檢查，快速地發現問題以及矛盾，及時解決，節省時間以及避免資源的浪費。

3.3 基于BIM的模塊化設計

3.3.1 模塊化的含義

模塊化建筑通常由幾個模塊化單元組成，這些單元是電氣等控制單元，將相同或不同功能的模型進行選擇和組合，形成不同的建筑產品，此為模塊化設計方法。

3.3.2 基于BIM的模塊化設計過程及好處

首先，對現有的建筑部品進行模塊化構件分類，在BIM軟件中形成裝配式建筑預制構件，分為了結構體構件、圍護體構件等構件模塊數據庫。

其次，通過BIM平臺模塊化的選擇和合作，用戶可以與設備廠家研究從產品模型庫中選取最優的平面功能模塊和組件產品。產品選擇后，各個專業的設計人員開始對建筑進行設計，并將組件信息整合到BIM中，形成完整的信息模型。

最后，設計完成后，進行構件的生產和組裝。模塊組裝完成之后送到現場進行拼裝，完成整個項目的落地建成。

由于大部分工廠數字化生產與組裝，最后到場地再進行拼裝，這提高了構件生產與組裝的精確性。同時也可以在短生產周期內大批量生產，降低生產消耗，綠色施工，實現可持續發展。

3.4 BIM針對寒地氣候的建筑能耗分析

3.4.1 木結構建筑能耗現狀

在我國東北特別是嚴寒地區，木結構建筑發展情況并不理想。并且，建筑在寒地城市面臨的最大挑戰是其本身的寒地適應性以及建筑的防寒防風構造，這就迫使建筑的體型系數不能過大，極大地限制了寒地城市建筑形態的多樣性。然而，因木結構建筑形態極為靈活，對比其他建筑類型而言，優勢較為突出，且有良好的環境適應性，對環境的影響也比較小。是否木結構建筑靈活多變的形態可以在保證其低能耗的前提下改變寒地城市千城一面的呆板建筑形式這一問題得到了廣泛關注。如此即需要我們尋求一條在降低木結構建筑能耗的基礎上發展建筑形態的道路。所以運用BIM等技術支撐，通過能耗模擬監測，來尋找最適合當地地區最合適的寒地裝配式現代木結構建筑。

3.4.2 BIM參與進行結構能耗模擬

木結構建筑主要分為梁結構、桁架結構、網架結構、懸索結構等結構六大類，文章中列舉兩類（圖2、圖3），對其分別建立相同能耗參數、相同體態特征的建筑能耗模型，對其進行對比。

圖2 梁架結構示意圖

圖3 木桁架結構示意圖

使用BIM的revit建立木結構建筑模型，建立建筑、建立樓層、劃分隔墻、房間標注等，輸入氣象參數、房間熱擾、室內設計參數等，設定參數、構建模型等工作完成后，已經基本完成全部工作。對于每種結構形式，從建筑體型、建筑開窗進行優化選擇，對其進行相同體型變量建立能耗模擬計算分析，得出不同模型的能耗參數。通過不同的數據，來選擇最適合寒地地區的結構建筑造型，實現能源最優化。

4 結語

隨著木結構建筑的快速推廣，如何提高現代木結構建筑以及因為寒地地區氣候原因而需要選擇多種多樣的構件形式的建造效率變得尤為重要。通過BIM技術參與寒地裝配式木結構建筑部分運作過程，多專業協同設計、進行結構能耗檢測等，提高行業效率以及減少了設計缺陷和資源的浪費等問題。BIM與裝配式建筑是信息與工業相結合的產物，基于BIM的寒地裝配式現代木結構建筑，未來會得到更多人的關注，會得到建筑行業以及其他更多行業的推廣與使用。