基于BIM的住宅产业化模块化设计方法

基于BIM的住宅产业化模块化设计方法

李德强

李德强

杭州千城建筑设计集团股份有限公司浙江杭州310000

摘要：住宅产业化是满足我国住宅刚性需求的必然选择，也是建设资源节约型、环境友好型社会的重要内容。所谓的住宅产业化是指利用现代工业的生产方式建造住宅，相关研究表明预制装配式住宅的建设成本较高，在一定程度上阻碍了住宅产业化发展，故从减少建筑产业成本这一角度出发，优化和升级传统的设计方式已成为加快住宅产业化进程的关键。将BIM技术与模块化设计方法结合起来，可起到优化设计流程、提高产业系统运行质量、降低工程建设成本的作用，可为现代建筑的多样化、标准化发展开辟一条新的道路。

关键词：BIM；模块化设计；建筑产业化

1.BIM与模块化设计

BIM是21世纪出现的新概念，是建筑行业的信息化发展到一定阶段的产物。近几年内，BIM在建筑协调设计、建筑工程以及施工管理等领域引起了广泛的关注，BIM技术的出现从根本上解决了从项目规划、设计、施工到后期维护管理各阶段应用系统之间的信息断层，帮助设计师和施工管理者发掘更多潜在的设计可能性，使设计、施工以及项目使用期间可能出现的问题可视化，实现了全过程的工程信息管理乃至建筑全生命周期的管理。

模块化设计是在进行系统功能分析基础上，将整个系统的总功能分解为若干个层次较低的、可互换的、独立的基础单元模块，根据用户提出的具体设计要求，通过对模块的选择与综合，快速设计出具有不同系列、不同性能、不同用途的各种新系统。在建筑设计的过程中，模块化设计强调对各类功能空间进行类型的划分，将具有相同功能的空间组织在一个单元内，通过单元模块化集成的组合方式来实现建筑从单元到整体的转变。在很多的大型建筑中，比如公寓住宅、酒店、医院、教学楼包含了很多大致相似的单元，模块化设计与预制构件的采用是一个很好的选择，这种方法不仅能满足消费者个性化的需求和选择，还能在一定程度上节省时间，得到了开发商、施工方以及设计者的认同。

模型库是标准化模块的集合，以模型库为基础的模块化设计，与传统装配式设计相比是将施工图、拆分及深化设计合并，和传统现浇设计相比更加模块化，如图1。模块化设计思路是：建筑设计师将整个建筑模型划分为若干模型单元，根据需要选择单元，将模型单元用“搭积木”的方法拼装成建筑模型；结构设计师根据建筑模型从结构模型库中选择对应的结构模块，组合成为结构模型，然后经过结构计算进行相应调整后，结构设计师依据调整后的结构模型在深化模型库中选择相应的经过深化设计的BIM模型，交付给施工方；机电设计师根据建筑功能选择与之对应的机电模块。总之，模块化设计方法不仅克服了深化、拆分设计带来的工作量，而且使得住宅中的预制装配式构件标准化，从而完善了整个建筑产业化生产链，为建筑设计的多样化、现代化和标准化工作开辟了一条新的道路。

2.基于BIM的模块设计方法相关理论分析

2.1模块划分原则

1）独立性。模块的划分应保证构件能够在项目施工现场独立施工，这一特性可对模块范围进行清晰界定，在此基础上方可将BIM模型用于预制生产；2）完整性。在模块划分过程中，各个模块经过叠加后的使用价值应满足设计要求；在对比分析同一类型、同一级别的模块时，应确保并列模块的划分能够将各个单独模块的成本、功能、结构、施工安全、使用价值等内容反映出来，并据此对整个住宅工程进行合理分解；3）差异性。住宅工程施工中所涉及的构件多能实现预制生产，故可根据构件厂的实际生产要求和现场装配施工条件等方面存在的差异，将模块分解为若干个子模块，这些子模块功能通过对其形态、结构、使用价值、施工难度等方面多维度进行对比，可实现对整个工程的合理分解，进而形成城市的住宅工程设计模块体系。

2.2模块化关键技术环节

分解是模块化系统的首要环节，模块化系统的建立，无疑是从分解入手的。对于住宅产品而言找到自然分割点并不复杂。从住宅功能的角度，分解往往以分割不同性质的功能区域为目的，形成不同性质的功能空间。从住宅技术的角度，又可以将结构体和填充体分割开，形成两个不同的技术系统。无论如何划分，分割点也是它们的结合点。

分级是模块化系统的结构特征，模块化综合了通用化、系列化、组合化等一系列标准化形式，同时具有应对复杂系统的应变能力。这主要取决于模块化系统的层级结构，也就是说模块化系统通过建立子系统的方式，形成清晰的多层级的系统结构，支持不同层级逐级深化的工作模式。规则是模块化系统的主要内容，规则是制定模块自身以及模块与系统间的统一协调的基本制度，是决定各级模块的独立性和关联性的重要工作，也是模块化系统优劣与否的决定性因素。在住宅设计中，规则作为顶层制度建设的核心环节，具体包括接口技术和几何尺寸两个方面。选择是模块化设计的实施环节，以上一层级模块对下一层级子模块的选择性集合为具体内容，集合一般依据某种设计意图或用户的需求，这个环节提示出了模块化设计方法的基本特点，即选择和匹配标准模块实现多样化成果输出。反馈是模块化系统实现自完善性的结构需要，也是模块化系统必须具备开放性的根本原因，系统只有保证及时有效地吸纳新技术，才能适应不断发展的新需求。因此，解决好自我优化的开放性与制度运行的稳定性这对矛盾，是系统顶层制度建立和完善的原则和目标。综上所述，模块化作为一种原理型的基础理论，在运用过程中，应与运用领域的技术特征相对应，对于一个住宅产品而言，模块的分解方法、系统结构及层级的建立，与住宅功能需求、空间组织、系统结构和知识领域有密切的关联，所以，住宅模块化系统的建立，必然具有其特定的结构模式。

3.基于BIM技术的模块化设计方法在实际工程中的应用

为更好地推动现代建筑产业化发展，提高设计效率，降低设计阶段成本，本文作者利用BIM技术，根据沈阳市保障房标准图集制作了大量的BIM模型，最终汇总形成了标准BIM组件库，即建筑模型单元库。模块化设计方法初期，是建筑设计师依据建筑方案设计从标准BIM组件库中选择适合的建筑户型BIM组件，通过组合的方式形成BIM建筑模型。

在建筑方案设计完成后，结构设计师依据BIM建筑模型，从标准BIM组件库中选择相对应的BIM结构模型，将形成的结构模型导入计算分析软件进行结构分析，然后将分析后经过调整的模型再导回BIM建模软件，建筑设计师依据调整后的结构模型对建筑模型进行相应调整。通过工程的不断积累，可逐步扩充标准BIM组件库，满足更多工程项目的需求。如：对原有标准BIM组件库扩充了六个户型模型，即可完成沈阳市保障房惠民工程和惠生工程这两个项目的模块化设计。在完成建筑和结构设计后，水、暖、电等专业设计师可依据建筑模型户型，从BIM组件库中选择相应的设备模型，并进行相应的接口连接，完成设备模型的建立，如图5。最后，预制构件生产企业将依据设计师提供的建筑模型从BIM组件库中选择相应的预制构件模型，可直接用于生产，省去了拆分设计和深化设计的环节，极大地提升设计效率，降低设计阶段成本。

总之，我国住宅工业现代化还处于起步阶段，设计顶层的系统建设，特别是标准体系的建设需要不断总结和完善，在国家城镇化高速发展的关键时期，实现社会和居住建设的可持续发展，需要认识的转变，更需要方法上的研究。

参考文献

[1]张宾涛.基于BIM的住宅产业化模块化设计方法[J].智能城市，2017，3（12）：35-36.

[2]韩进宇，张德海，赵青，杨学会.基于BIM的住宅产业化模块化设计方法[J].建筑，2014（22）：60-62.