基于BIM的湖南新農村裝配式住宅保溫節能設計策略研究＊

袁醫娜

（長沙學院土木工程學院，湖南 長沙 410022）

0 引言

隨著建筑行業的快速發展，各行業逐漸提高了對建筑施工管理與綠色材料使用的要求。裝配式住宅設計方式逐漸取代傳統建筑設計方法，成為新興建筑設計主流，具有廣闊的發展前景。裝配式住宅設計是把裝配式構件應用在住宅結構設計中，是一種可持續發展的新型設計方法。近年來，湖南逐步推進新農村建設工作，但仍需解決能源結構不合理、住宅設計水平不高、圍護結構保溫性偏低、節能設計不達標等問題。相較于城市來說，農村居住地集中度較低，保溫節能工作起步較晚，保溫節能標準推行速度緩慢，亟需一種新型建筑方式升級住宅的保溫性與節能性。大部分裝配式構件基本無污染，符合節能減排的施工要求，且資源浪費量極低。施工隊可將成本更多地投入到保溫及建筑其他環節中，提升住宅整體建設質量。而BIM技術屬于一項把實體建筑特性轉化成數字信息的技術，可構建數字化模型實現建筑物信息的及時傳遞與共享。因此，本文通過梳理BIM技術在湖南新農村裝配式住宅保溫節能設計中的應用，并根據BIM技術的應用優勢，為該項目提供基于BIM技術的設計方案。

1 BIM技術在湖南新農村裝配式住宅保溫節能設計中的應用

1.1 構件拆分

在湖南新農村裝配式住宅保溫節能專項施工圖中，BIM技術繪制出的墻體與樓板依然存在整塊結構。因此，在該項目設計階段，設計師有必要將模型進行拆分，以便精細化查驗與調整。依據受力程度與功能差異，構件可拆分為垂直、水平與非受力三大類構件。其中，垂直構件的常用構件是預制剪力墻，水平構件主要有預制陽臺、預制空調板、預制樓板和預制樓梯等，非受力構件主要有PCF外墻板、豐富住宅外立面或提升住宅美觀水平的裝飾性構件。合理拆分構件是裝配式住宅保溫節能設計的關鍵環節，對新農村住宅平立面、住宅功能、預制構件承載力、主體結構受力水平、工程造價等方面均有不同程度的影響。在湖南新農村裝配式住宅保溫節能設計中，應嚴格遵循“模數協調”原則，科學設置每個預制構件的拆分位置及詳細尺寸，最大程度降低預制構件的類型數量。在構件拆分中，設計團隊還需要根據住宅建設方的需求繪制BIM設計圖，如項目平面拆分圖、住宅墻身構造詳圖、構件結構詳圖。構件拆分設計獲得多方利益相關者同意后，方可對構件進行拆分。

1.2 構件模型設計及預拼裝

設計團隊需為工廠設計不同預制構件，并提供預制構件配筋、直接連接節點的結構設計方案。此設計環節中可用Revit模型對構件進行局部修正，調整構件的材質、整體輪廓或鋼筋信息。基于BIM技術的湖南新農村裝配式住宅保溫節能設計，不僅能反映設計圖信息，還可直接體現構件參數，并自動生成構件信息表，有效銜接工廠預制與現場施工。住宅結構模型構件拆分后，可用Revit模型對構件進行可視化編程，運行構件拆分與重組過程，提升構件拆分與重組的科學性和合理性。據此，設計團隊可依據住宅預制疊合梁、樓板、柱、墻板等構件的拆分原則，設計拆分后的預拼裝。構件模型設計及預拼裝的具體流程如圖1所示。由于主次梁、住宅柱等節點的連接工作較為復雜，設計師需要用BIM技術根據施工要求進一步執行預拼裝步驟，查驗節點連接方式是否合理，提高各構件的保溫節能性能。基于此，施工隊可用Revit模型事前模擬該項目的關鍵環節，使工人提前了解施工中的復雜點與注意事項，確保工程順利、無誤地實施。

圖1 構建模型設計及預拼裝流程

1.3 碰撞檢查

湖南新農村裝配式住宅保溫節能設計主要采用預制裝配式設計，需要提前考慮并計算各構件之間的對接點，預留位置正確、尺寸合適的孔洞。

1）可運用BIM技術把不同Revit模型雜糅在一起，查驗錯誤、遺漏、缺失或沖突的地方，節約設計時間、提高施工效率。

2）由于預制構件安裝對于設計的精準度要求極高，設計師有必要將構件預拼裝模型導入Navisworks軟件，智能核驗各節點的碰撞情況，有效規避前期設計、工廠制作構件、現場組裝之間的矛盾。

3）把該項目的整體結構、機電模型等部分一起導入Navisworks軟件進行檢驗，徹底解決施工現場頻發管線和土建之間碰撞等問題。

1.4 施工過程模擬

常規施工過程模擬常用軟件為廣聯達的BIM 5D。在湖南新農村裝配式住宅保溫節能設計中，設計團隊可先用Microsoft Project軟件安排項目施工進度計劃，再給BIM信息模型添加對應的時間維度與資源維度，最終把3D-BIM模型升級為5D-BIM模型。設計師可用5D-BIM模型調配施工過程中所需的各類資源，合理預測施工各環節時長，并科學安排施工進度計劃、資金投入時間及施工所需工藝等。同時，施工隊可將實際施工進度與規劃進度進行比對，確保采用合理的施工工序與正確的保溫節能控制技術，有助于及時發現問題并優化施工步驟，以免因施工進度緩慢或工序不科學增加項目成本支出。施工隊可用5D-BIM模型向施工技術人員講解裝配式住宅的整體構造、施工過程及注意事項，輔助施工人員提高操作成功率與工作效率，幫助管理人員動態監管施工進度與成本支出情況，確保施工項目按期交工。

2 基于BIM技術的裝配式住宅保溫節能設計策略

2.1 提升初步設計效率

設計湖南新農村裝配式住宅保溫節能控制項目過程中，傳統設計方式以二維圖紙為主，先繪制住宅的立面、剖面等平面圖，再根據業主要求、施工實際情況修改對應的圖紙。這一過程通常會產出大量圖紙并消耗較長時間，但在細節測算中不夠精確，容易使施工隊因數據不精密而出現施工停滯現象。而用BIM技術進行事前設計可有效避免這一問題，建筑師先設計一個虛擬住宅結構模型，再根據需要切割出對應的平面圖。模型可有效替代傳統圖紙，成為住宅建設的核心，并提供二維圖紙難以計算出的精確數據。

BIM技術在住宅設計中的常用軟件有4種，分別是 Autodesk Revit，Sketchup，Architecture，Rhinoceros。其中，Autodesk Revit常用于設計民用住宅，Sketchup常用于設計園林建筑方案，Rhinoceros常用于設計工業建筑，Architecture可綜合展示3D建模成果、住宅設計方案和施工圖，但操作步驟較為復雜。湖南新農村裝配式住宅保溫節能控制設計可根據實際情況選擇適宜的軟件，通過三維構建方式全方位呈現住宅的結構、暖通空調、給排水、消防、電氣設備等多項信息。設計師可依據國家保溫節能標準、實際資金情況、市場通用狀況綜合考慮采用何種建筑材料或施工技術，提高住宅的保溫節能水平。通過BIM模型，相關施工人員可直觀看到住宅各構件節點的連接方式、布線安排與細節處理方法，便于管理者準確掌握項目施工進度與設計節奏。裝配式住宅保溫節能設計需要有較高的緊密度，保證各環節對接的精確度。而BIM技術可滿足裝配式住宅設計的各項要求，選擇適宜的保溫節能控制材料或施工工藝，從而極大地提升初步設計效率。

2.2 降低設計偏差

裝配式住宅保溫節能設計中難免會出現些許偏差，通過BIM技術，可將虛擬施工環節與進度可視化，并用Navisworks數據檢驗虛擬施工環節中是否存在碰撞問題。針對檢測出的問題，設計師需要及時處理可能出現的問題，并對暫時無法解決的問題制定解決方案。基于BIM技術，湖南新農村裝配式住宅保溫節能設計結果可通過模型提高可視化程度，便于比對施工與設計之間的偏差，有效規避由于設計或檢測失誤造成的損失，進一步實現低成本修改設計與檢測。借助Revit軟件將裝配式住宅的各項保溫節能構件組裝成三維模型，并導入Navisworks中，查驗各預制構件模型間是否存在碰撞問題，最后根據碰撞查驗結果對應修改相應的碰撞問題，如碰撞軸網交點、對象ID、預制構件名稱等信息均會顯示在管理器對話框內。通過以上檢查步驟，湖南新農村裝配式住宅保溫節能設計將有效識別出存在的碰撞問題，避免因人工審閱出現漏審或查不清的問題，同時減少設計團隊的人工工作量。設計人員根據審圖結果，對應調整住宅構件、節點連接位置或鋼筋間距、厚度等，最大程度地降低施工項目支出、減少施工損失及事故發生率，從根源上提高項目施工效率與質量。

2.3 協調各專業工作

在湖南新農村裝配式住宅保溫節能控制項目設計中，通過BIM技術可共享住宅設計信息。各方項目參與者可通過信息共享平臺交換信息，共同商討項目設計修改方案，形成共同設計的合作模式。任一專業設計師修改設計模型或出現設計錯誤均能及時被其他合作者看到，便于其他環節的專業工作者進行對應處理。各專業工作者可依據特定的規則或標準在平臺內進行設計，形成良好的分工合作氛圍，提高項目設計工作的效率與精確度。多專業協同設計成果同樣需要導入BIM軟件，模仿實際施工流程并檢測施工中是否存在問題，并針對問題展開詳細剖析與探討。這種合作模式可有效消解各專業工作人員因信息交換不及時產生的規劃抵觸情緒，減少不必要的返工或設計修改次數，優化項目設計流程。設計師將裝配式住宅的設計方案傳送到指定的云端服務器后，可在云端整合構件材料、尺寸、樣式等信息，并建立各類預制構件庫。在此庫中可比對各種保溫節能材料，并查看項目預計支出數額、設計標準與規范。設計師通過不斷對比和優化設計，最終確定最佳的預制構件外形與尺寸。此外，設計師還可在庫中積累大量的設計成果，便于下一位業主挑選戶型或根據新業主要求快速提供設計成品。

3 結語

預制裝配式住宅且有施工快、污染小、浪費少等優點，高度契合節能設計理念。在湖南新農村裝配式住宅保溫節能設計要求下，一些施工單位尚未全面掌握有關設計知識，且運行流程、實踐理念落后，難以獲良好的設計效果。而BIM技術能為裝配式住宅保溫節能控制設計提供優化基礎，促進住宅設計綠色升級，提升項目設計核心競爭力，助力社會可持續發展。