基于BIM 的裝配式住宅建筑裝修一體化設(shè)計研究

朱 攀 劉亞雷 左 歡 呂洪磊 張 汶

裝配式住宅建筑憑借高效、環(huán)保且質(zhì)量穩(wěn)定的特性受到廣泛關(guān)注。但是，裝配式住宅的建筑設(shè)計與裝修設(shè)計之間缺少有效的整合，導(dǎo)致裝修設(shè)計與建筑設(shè)計脫節(jié)，不僅影響了項目的工程效率，同時也影響了設(shè)計的整體性。在此背景下，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)作為一種新的建筑設(shè)計和管理技術(shù)，引起人們的關(guān)注。除此之外，BIM 技術(shù)具有整體性和動態(tài)性的特點，將建筑的各個方面集成在一個全面、參數(shù)化和三維的計算機模型中，為裝配式住宅的裝修設(shè)計提供了新的可能性[1-2]。

該文的目的是研究BIM 技術(shù)在裝配式住宅建筑裝修一體化設(shè)計中的具體應(yīng)用，以期提高裝修設(shè)計工作的效率、質(zhì)量和協(xié)調(diào)性，推動裝配式住宅建筑裝修設(shè)計的發(fā)展。

1 裝配式住宅建筑與傳統(tǒng)住宅建筑的對比

裝配式住宅建筑與傳統(tǒng)住宅建筑相比具有明顯優(yōu)勢：首先，裝配式住宅采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場組裝的模式，有效提高了施工效率，減少了施工誤差，保證了施工質(zhì)量，而傳統(tǒng)住宅是在施工現(xiàn)場建造而成，容易出現(xiàn)質(zhì)量問題[3]。其次，裝配式住宅的施工過程更加環(huán)保，通過預(yù)制工藝減少垃圾的產(chǎn)生，對環(huán)境破壞小，而傳統(tǒng)建造方式資源消耗大，對環(huán)境影響明顯。再次，裝配式住宅建筑通過工廠批量生產(chǎn)，縮短了施工周期，比傳統(tǒng)住宅施工時間短。最后，雖然裝配式住宅初期制造成本較高，但施工周期短、人力需求小，因此整體成本更低，而傳統(tǒng)住宅因人工需求大導(dǎo)致總成本較高。裝配式住宅建筑與傳統(tǒng)住宅建筑的對比，如表1 所示。

表1 裝配式住宅建筑與傳統(tǒng)住宅建筑的對比

2 BIM 技術(shù)在裝配式住宅設(shè)計中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)是一種基于3D 模型的設(shè)計和管理工具，能夠展示出建筑的物理特性和功能特性，如圖1 所示。因此，將BIM 技術(shù)應(yīng)用于裝配式住宅設(shè)計，可以提高設(shè)計的效率和質(zhì)量，降低建設(shè)過程中的成本和風(fēng)險，減少建筑垃圾，打造更經(jīng)濟、更環(huán)保、更高質(zhì)量的建筑[4]。

圖1 BIM 技術(shù)在裝配式住宅設(shè)計中的應(yīng)用（來源：網(wǎng)絡(luò)）

在裝配式住宅設(shè)計中應(yīng)用BIM 技術(shù)的優(yōu)勢具體體現(xiàn)在以下6 個方面：

1）3D 建模與可視化。BIM 技術(shù)可以創(chuàng)建詳細的3D 模型，能夠更直觀地了解設(shè)計效果，及早發(fā)現(xiàn)并解決問題，避免設(shè)計隱患。

2）提供設(shè)計合作平臺。建筑師、工程師、施工單位等不同業(yè)務(wù)人員可以在同一個BIM 模型上工作，極大地提高了跨團隊之間協(xié)作的通暢和效率。

3）預(yù)制部件設(shè)計和優(yōu)化。通過采用BIM 技術(shù)，能幫助設(shè)計師優(yōu)化預(yù)制部件設(shè)計，確保各個部件的高效制造和正確拼合。

4）施工模擬和規(guī)劃。BIM 技術(shù)可以模擬施工過程，幫助施工團隊更準確地規(guī)劃施工任務(wù)，提高施工的效率和安全性。

5）成本和時間預(yù)測。BIM 技術(shù)可以自動生成詳細的材料清單，并通過模擬施工過程預(yù)測項目的成本和時間，為決策提供更準確的信息。

6）后期運營和維護。BIM 模型具有建筑性能和使用要求的相關(guān)數(shù)據(jù)，為建筑的后期運營和維護提供了數(shù)據(jù)信息。

3 裝配式住宅建筑裝修一體化設(shè)計的必要性和優(yōu)勢

裝配式住宅建筑裝修一體化設(shè)計，整合了裝配式住宅的建筑設(shè)計和裝修設(shè)計，將傳統(tǒng)住宅中分階段進行的建筑設(shè)計、裝修設(shè)計和建造過程整體組合在一起，形成了更加高效的一體化工作流程。

3.1 必要性

裝配式住宅建筑裝修一體化設(shè)計能夠提高設(shè)計效率，在建筑設(shè)計階段就提前考慮裝修元素，可以避免后續(xù)的設(shè)計調(diào)整。通過精確計算在施工中所需的裝修材料，可以顯著減少施工浪費，降低工程成本。更重要的是，建筑裝修一體化設(shè)計能夠在項目初期提高對成本、工程量和工期的預(yù)測精度，降低項目風(fēng)險[5]。

裝配式住宅項目采用一體化設(shè)計能夠有效提高設(shè)計質(zhì)量，使后續(xù)維護更加便捷。這些因素共同構(gòu)成了裝配式住宅建筑裝修一體化設(shè)計的必要性。

3.2 優(yōu)勢

裝配式住宅建筑裝修一體化設(shè)計具有顯著優(yōu)勢：首先，一體化的設(shè)計流程可以明顯降低項目的總成本，節(jié)省工期，提高工作效率。其次，一體化的設(shè)計方式便于在生產(chǎn)過程中更為嚴格地控制預(yù)制件的質(zhì)量，保證工程質(zhì)量。再次，一體化設(shè)計能夠減少工地廢棄物，優(yōu)化能源利用效率，使裝配式住宅具可持續(xù)性和環(huán)保性。最后，一體化設(shè)計可以讓業(yè)主在設(shè)計初期參與進來，合理預(yù)期最終的完成效果，從而極大地提升客戶滿意度。

4 裝配式住宅建筑裝修一體化設(shè)計流程及其與傳統(tǒng)方法的對比

4.1 設(shè)計流程

裝配式住宅建筑裝修的一體化設(shè)計是指在建筑設(shè)計階段就整合裝修設(shè)計以提高施工效率，降低成本[6]。

基于BIM 的裝配式住宅建筑裝修一體化設(shè)計流程具體為：

1）設(shè)計準備。確定項目的需求、預(yù)期結(jié)果和目標，明確所有相關(guān)參與方對此的理解。

2）模型設(shè)計。運用BIM 軟件，如Revit，建立包含所有裝配式建筑和裝修元素的三維模型。

3）制造準備。基于BIM 模型確定所需材料，精確計量，并進行制造準備工作。

4）模擬分析。利用BIM 軟件進行各種模擬分析，包括結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析、生產(chǎn)和裝配效率模擬。

5）制造和裝配規(guī)劃。運用BIM模型制定詳細的制造和裝配計劃，為制造團隊和施工團隊提供明確、詳細的指導(dǎo)。

6）執(zhí)行施工。按照BIM 模型和施工計劃，生產(chǎn)并安裝建筑結(jié)構(gòu)和裝修部件，避免傳統(tǒng)工程中浪費和拆改。

7）評估和反饋。持續(xù)進行項目監(jiān)控和信息審查，根據(jù)反饋結(jié)果進行必要的調(diào)整，保證項目達到預(yù)期效果。

8）竣工交付和后期維護。施工完成后進行項目交付，BIM 模型可以為后續(xù)的建筑維護工作提供參考。

另外，具體項目的流程要根據(jù)項目的特殊需求和情況做出適當調(diào)整。

4.2 與傳統(tǒng)設(shè)計方法的對比

裝配式住宅建筑裝修一體化設(shè)計相較于傳統(tǒng)設(shè)計方法有諸多優(yōu)勢。

本文采用沙盤模擬進行對比實驗，其中1 棟建筑采用BIM 技術(shù)輔助的裝配式建筑裝修一體化設(shè)計方法，另1 棟建筑采用傳統(tǒng)設(shè)計方法。從時效性、資源分配和建設(shè)成本等方面對比這兩種設(shè)計方法，結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2 不同建設(shè)方式的效率對比（來源：作者自繪）

圖3 不同建設(shè)方式的建設(shè)成本對比（來源：作者自繪）

從圖2、圖3 可以看出，基于BIM 技術(shù)的裝配式建筑裝修一體化設(shè)計比傳統(tǒng)設(shè)計方法的建設(shè)效率更高?；贐IM 技術(shù)的裝配式建筑裝修一體化設(shè)計，施工階段的材料倉庫占用率為75%，生產(chǎn)階段的材料倉庫占用率為40%，均低于傳統(tǒng)方法。剩余材料會增加建筑成本，因此基于BIM 的裝配式住宅建筑裝修一體化的綜合建設(shè)成本相較于傳統(tǒng)方法更低。

此外，在BIM 模型中通過精準計算和材料優(yōu)化使裝配式住宅建筑裝修一體化設(shè)計更具環(huán)保性?；贐IM 技術(shù)的裝配式建筑裝修一體化設(shè)計提高了客戶滿意度，便于建筑后期的維護和管理，因此相較于傳統(tǒng)的設(shè)計方法，裝配式住宅建筑裝修一體化設(shè)計顯得更為高效、經(jīng)濟和可持續(xù)。

5 結(jié)語

與傳統(tǒng)的建筑裝修設(shè)計相比，建筑裝修一體化的設(shè)計方法在設(shè)計階段減少了資源浪費，提高了設(shè)計質(zhì)量和效率，具有可持續(xù)性，便于建筑后期的維護管理，提高了客戶的滿意度。基于BIM 的裝配式住宅建筑裝修一體化設(shè)計對建筑行業(yè)的設(shè)計優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展具有實際意義和理論價值，未來將進一步深化這一領(lǐng)域的理論和實踐工作。