【《建筑住宅项目设计阶段BIM技术应用策略》9000字】

PAGEPAGEI建筑住宅项目设计阶段BIM技术应用策略摘要随着BIM理论在建筑行业的实践和探索，逐渐形成了“建筑信息建模”的理论。建筑信息模式在工程建设中的运用，为建筑工程管理部门所接受，使BIM的应用更加丰富，并逐渐形成“BIM融入管理”的思想。EPC模式在工程项目管理中得到了广泛的应用，但BIM技术在这种模式下的精装工程中的施工质量成本控制能否提高效率、设计与施工一体化能否实现更加精准对接、通过对一家精装项目进行了反复的理论研究和实践，对BIM技术应用于精装项目的施工管理工作进行了探讨。结合北京市某工程实例，运用BIM技术进行模块化设计，对建筑住宅工程中的各种设计方法进行了比较，并结合BIM技术，探讨了BIM技术在建筑整体协调设计中的运用。关键词：BIM技术；建筑住宅；精装设计；应用目录TOC\o"1-3"\h\u251591引言 1220061.1研究背景 1134231.2研究目的及意义 1245461.3研究内容 2283202项目概况 276973BIM技术在建筑住宅精装方案设计的应用 340773.1建筑模块化设计 3164463.1.1户型模块化设计 3190243.1.2楼层模块化设计 553683.1.3协同优化设计 632193.2建筑室内布局设计 7103603.2.1厨房卫生间部分 7287633.2.2公共区域 968953.3BIM技术优化设计 10219283.3.1结构选型及围护体系 10293293.3.2管线分离 11325883.3.3集中管井布置 1237513.4设计深化 13246154基于BIM的建筑住宅精装设计与传统作业的对比分析 13195564.1设计流程的优化 1318304.2设计方式的改善 13131534.3设计效率的提升 14185215总结 1429597参考文献 16PAGEPAGE2-1引言1.1研究背景随着科学技术的不断发展和信息技术的广泛应用，住房内装业也发生了翻天覆地的变化。BIM技术是目前应用最广泛的一种技术。从2003年开始，随着BIM技术的引入，国家和住建部先后出台了一系列的政策，推动了建筑行业的全面信息化，近年来，建筑设计、施工等方面也逐渐加大了BIM技术的应用。BIM作为一种新兴的信息技术，它与建筑设计相结合，必将是未来建筑工业发展的必然趋势。在整个建筑的整个寿命过程中，BIM能够为空间规划、产品设计管理、性能分析、建筑管理运行提供技术支撑。但是，无论是从标准化的角度，还是从信息化的角度来看，我国的住房建设都处在一个刚刚起步的阶段，现行的标准体系还存在着许多问题，比如：设计和生产建设没有一个统一的模数协同标准；现有的标准和实际的结构等系统的适应性不强，建设信息系统的模数标准不健全，相关软件的自主研发能力较差。所以，研究装配式房屋内部产品的模块化和信息化是当务之急。目前在国内已有不少企业开始探索这种新型工业化建造方式。但由于其具有一定复杂性、系统性等特点，尚未形成一套完整成熟的理论体系和设计方法，尚不能满足我国现阶段建设发展需要，因此亟需进行深入研究并尽快建立完善体系和技术标准，使之能够更好地应用于中国特色社会主义现代化建设事业之中。1.2研究目的及意义住宅是我国目前重点发展的工业领域。在建筑结构中，框架的运用已经取得了一定的成果，但是内部构件的内部构件还没有建立起一个完整的系统。从整体上看，通过对内装部件的特性的分析，对现存的问题进行整理，归纳出目前我国建筑工业化过程中的内装部件的等级划分和构成因素。同时，利用BIM技术，进一步探讨了目前国内住宅建筑部品系统模数协调、部品接口不规范、差异化、标准化矛盾、成本等问题，并进一步深化现行规范标准，在设计阶段建立模块库、个性化菜单，深化内装部品系统的开发，提升我国住宅内部装修的水平。目前，随着我国城镇人口的快速增长，借鉴发达国家的相关经验，利用信息技术来发展住宅行业已是必然的选择。因此，在这样一个大的背景下，本文所做的研究是有很大的参考价值的。（1）适应新型工业化的发展趋势。目前，从我国经济发展现状出发，分析了工业企业信息化建设中存在的问题及原因，提出要加强对现有信息系统和新技术应用的研究与开发；优化信息资源布局；建立统一管理平台等对策建议。为加快推进中国制造2025，实现制造业向智能工厂转型升级提供参考依据。国内对住宅空间集成的研究尚处在初步探索阶段，BIM技术作为一种新兴的技术，对整个建筑行业都有一定的影响。随着国家可持续发展战略的提出，将传统的建筑模式向绿色环保方向转变，应用BIM技术进行综合设计是今后发展的必然趋势，也是解决资源优化问题的有效途径。（2）探讨BIM技术在内装件中的应用策略。首先，组装式内部装修与传统的内部装修方式有很大的区别，它能将建筑与内部联系起来，从而有效地减少因传统的内部设计不够精确而造成的废弃物，从而在施工过程中减少对环境的污染和对环境的影响。其次，整合设计思想在人与环境协调发展中灵活运用，以构建一套行之有效的安全保障机制；同时也能满足家庭的个性化需求，使其成为一个高品质的完整的居住环境。第三，积极推动住宅行业的科技创新，优化行业标准，加强房地产行业的管理，构建和保护房地产市场。1.3研究内容通过对BIM技术在住宅精装方案设计中的运用进行分析，可以加深现行规范，在设计阶段形成模块库，并通过个性化菜单深化室内装饰系统的开发，从而提升我国住宅内部装修的水平。同时，BIM精装与传统的精装模式有着显著的区别，它使建筑与内部之间的联系更加紧密，可以有效地降低传统室内设计中因精度不足而造成的废弃物，减少施工期间的废物污染及安全隐患。其次，一体化的设计思想充分运用了人与环境的协调发展，构建了一套行之有效的安全保障系统，同时也能充分考虑到家庭的个性化需求，为居民提供高品质的居住。最后，要积极推动住宅行业的科技创新，优化行业标准，加强房地产行业的管理，构建和维护房地产市场。BIM技术在建筑精装设计中的应用，是今后的发展趋势，也是解决资源分配问题的一种有效途径。2项目概况该工程涉及北京市延庆区大榆树镇下屯村的棚户区改造工程（图5.1)，项目西侧临世园路、京张高速铁路、北临百康路、南环公路、延康路横贯村庄。本项目共有10种户型，其中零居室1种、一居室4种、两居室3种、三居室2种，共计有1856套。为确保户型模数系统的通用性，设计师自订出适合的模数系统，在户型的设计上，采用了标准的6类厨房模块和8种常用的卫生间模块，并且厨房、卫生间模块的净尺寸和部件的尺寸都采用了模数化的方式。使用模数为1.5M，扩大模数为3M，部品层级上采用30mm进级模数。确保建筑空间和内部部件的大小协调，室内装饰采用整体装饰。按照北京市标准，该工程的总装率达到80%，评定等级为AA。图2.1棚户区安置房项目在户型设计上，房屋采用简洁、平坦的主体结构布局，在承重墙体和管道井的设计中，采用了上下两层相连通的形式。套式的外立面没有大面积的凹凸不平，门窗等孔洞排列整齐有序，更大限度地适应了室内的灵活多变。房屋的结构形式为拼装式剪力墙。目前，该工程正处在方案设计的调整阶段，总体上采取了比较传统的“先建后建”的设计模式，因为房型的设计都是3M模数的，所以下面将BIM技术应用到模块化的设计中，将其与传统的设计方法相比较。3BIM技术在建筑住宅精装方案设计的应用3.1建筑模块化设计3.1.1户型模块化设计本项目共10种户型，经分析归纳为四种类型，即零居室户型，适用于单身人群；一居室户型，主要适用于单身或者夫妇人群；两居室户型，适用于夫妇或者夫妇+儿童的人群；三居室户型适用于三口或者四口之家。在模块化设计中，以厨卫空间模块为切入点，建立了基本尺寸的模块库，在设计时，设计师选择合适的模块，将其加载到不同的工程中，从而使所选择的单元能够迅速装配到适合于不同的方案中。在户型设计中，将模块化厨房设备库装入到建筑模板文档中，作为“项目模块化模板文档”。然后，设计师从家族库中选取适合的厨房和卫生间模组，设计出不同的组合方案。例如，75平方米的B户型，以下简称为“75B户型”，按下列方法进行：（１）首先，将“75B户型”的设计轴线画在平面上，然后从模块库中选择适合的厨具和卫生间，并根据各自的轴线排列。安装模块的实践是：将“迷你型-3”卫生间模块（表格3.1）加到“75B户型”，并对模块的方向角进行调节，并将模块的墙壁中心线与对应的网络对齐，这样就可以实现卫生间模块的安装；同样地，厨房组件的摆放方式（图3.2）。表3.1选择模块模块类型：卫生间-迷你-3模块类型：厨房-直线型-标准部品部品通用码部品部品通用码淋浴器C10.10.35橱柜地柜C20.10.10坐便器C10.15.10橱柜吊柜C20.10.20浴室柜C10.35.10水槽柜C20.10.30镜箱C10.35.30洗涤池C20.20.10淋浴房C10.30.45燃气灶C20.20.29吸油烟机C20.20.23冰箱C20.20.27洗碗机C20.20.37图3.275B户型平面图（２）因为模块库中的厨卫模块是以基本尺寸为基准的，所以在不同的房间中，根据实际的设计对其进行尺寸调整。在这种户型中，卫生间的大小是1800×1500毫米，布局极简，所以就选择了“迷你型-3”卫生间，并且改变了原来的大小n的数值为6；厨房的大小是2700×1500毫米，L型布局，所以要选用“L型-标准”的厨房单元。在各定位轴上，按顺时针顺序画出其它功能空间的墙壁，并确定门窗、孔洞等位置。检查部件模块和外部墙壁的间距是否在标准范围之内，这个项目中的容差为50毫米。由此，“75B户型”的初步设计也就完成了。按这个方法，将其它9个户型图依次画出，作为对应的单元单元档案。3.1.2楼层模块化设计楼面模块化的设计方法与房型模块相似，将已设计的房型直接插入到“项目模块化的样板房”中，然后按轴线排列。以A号大楼为例，其操作程序如下：（1）A幢有“75A”和“75B”两个单元，其中“75B”单元的平面布置在“75A”的基础上。因为房型间存在“建筑内墙”重叠的部分，所以“75B”单元的重叠墙必须事先去掉，在安置好后，要检查两套房的外墙和外墙的中线是否与轴线对齐，以保证两套房的平面位置。（2）该楼层为中心轴对称的户型，可将已绘制的两套房按中轴网进行镜像复制，并删除了重叠部分的部件、部件（图3.3）。(3)在完成户型图后，根据工程的规划对剩余的楼板、交通、公共空间等进行了完善。最后，工程一层的平面、立面和模型（图3.4）全部完工，并根据标高的复制、粘贴等方法，将各层楼的楼面和外立面绘制出来（图3.5)，作为项目文件。图3.3楼层模块化设计步骤1、2图3.4楼层模块化设计步骤3图3.5项目住宅楼BIM模型3.1.3协同优化设计基于BIM技术的建筑整体协同设计，主要是以统一的平台为基础，其影响因素主要是由于时间和空间的不同而产生的设计差异。为防止不同专家不能进行实时协作，在工程中采用了基于云端的方法建立了一个中央数据库和一个目录级别，使项目参与者能够访问到中央服务器，并对各个专家模型进行最优设计，保证了项目的顺利进行。图3.6暖通BIM模型图3.7给排水BIM模型图3.8管线BIM模型3.2建筑室内布局设计3.2.1厨房卫生间部分厨房和卫浴空间是该工程中最具模块性的一种，在此工程中，根据各单元的布置方式和住户的布局，采用1.5M作为模型，3M作为增大模数的进阶尺寸。最后，设计出6种不同大小的厨房模块和8种不同大小的卫生间模块。在厨房的布置方式上，除了45平米的零卧室采取了节约空间的直线型外，其他的房间都是按照“洗、切、炒”工作的三角工作原理而设计的L和U型布局。同时，采用模块化的设计原则，以二次模数与二次模数作为设计基础，注重产品与空间的适应性，最大限度地利用模块设计的优势，使各种产品的更换和维修变得容易。厨房地板铺设300*300mm的防滑砖，天花板采用300*300mm的铝扣板，并安装了一体化吊灯，与传统的吊顶不同，铝扣板可以单独拆装，方便安装和维护。图3.9铝扣板集成吊顶在厨房工作台面设置2个2米2米的防溅口，方便其它设备的使用。为了防止业主损坏主体结构，安装插座，并配备了抽油烟机、燃气热水器、冰箱插座。厨房采用成品管道，将管道和煤气管道分别密封，以方便日后维修和维修，在成品管道上安装百叶窗，具有通风好、安装方便等优点（图3.10）。图3.10厨房管线集中排布组合在卫生间的布置方式上，除了45㎡和60㎡的小房间，其他房间都是两个独立的格局，并设有独立的洗手间。为改善建筑部件的使用功能，采用相同模数和材料的防滑地砖、铝扣板一体化吊顶，避免因蒸汽引起的联电等安全隐患，卫生间选用安全性能更高的集成吊顶灯、排风扇、暖风机。插座结构采用1.2米高的电热控制面板、防溅插座和三联开关，为满足用户个性化需求，配有智能马桶专用插座。淋浴区、如厕区和洗漱区的各个部分，根据人体工学原理进行了设计，台盆的高度是根据男女共用的舒适标准0.8米来设计的；将人体与镜子的距离设定为0.7米，展开面积为1.8米；浴巾架设的高度符合人体工效要求，以女性平均身高1.5米的手臂伸直为基准，一般人可使用的高度为1.8米。（图3.11显示）图3.11洗漱区域部品设置图3.12人体有效活动尺度3.2.2公共区域本工程的公用区域主要包括：门厅、客厅、收纳区、晾晒区、套房外部的公用区域。在公用空间的平面布置也采用了3M网格模拟，但在实际工程中，房型的大小通常不能达到模数的整数倍，所以在设计时要灵活地进行二级模数的分割。在室内装饰方面，重点在于顶棚、墙面、地面的装饰和电气设备的布局，可移动的家具对使用者的个人要求更高，只选择了普通的布局，而不包括整个装饰的设计。图5.13地砖铺法在材质方面，选用600*600mm的实木地面，或300*300mm的深米色或深灰色的瓷砖（如图5.13)，并配有踢脚线。由于国内对通风要求比较偏爱阳光，有时会有雨水渗入地板，所以在通风区域使用300*300mm的防滑地砖。由于本工程大部分户型都是小户型，为提高室内视觉的通透性，墙壁采用白色或米白等耐擦洗的绿色油漆，卧室墙壁采用加气混凝土条板。套间卧室的门尺寸和规格选择普通900*2100mm，厨房门孔800*2100mm，选用半玻璃木门，卫生间有两种尺寸：750*2100毫米的半玻璃木门和1190*2200毫米的木门，木门由白色木纹和米白格子布和原木颜色可选，并使用木塑模具制造厨卫门套。在电气设备的配置方面，卧室床头柜、客厅电视强电、弱电均采用高电压插座，插座高度按人体工程学的舒适程度而定。公共空间的门厅、走廊、电梯间等都是用预制的钢筋混凝土墙体。其它楼层采用苯白防污的环保油漆。地面铺设400*800毫米的深褐色或深棕色地砖，配合100*1000mm地板材质的踢脚线。3.3BIM技术优化设计3.3.1结构选型及围护体系本工程的结构形式为拼装式剪力墙，外墙和部分内墙均为预制混凝土剪力墙。预应力混凝土剪力墙住宅作为我国住宅发展的主要趋势之一，其结构的整体横向刚度大，因而具有很好的抗震性能。预制剪力墙水平筋与叠合板纵筋在现浇部分采用搭接法进行连接，而剪力墙沿构件纵筋与垂直分布筋的结合形式，采用注浆套管或浆锚搭接方式，套管接头采用钢筋直接连接，搭接方式为全灌浆和半灌浆；浆锚固结搭接采用钢筋间接搭接，粘结法分为浆锚固结法和锚固结法。在该工程中，剪力墙部分采用了半注浆套管的搭接方式（图3.14)，它能有效地减少施工过程中出现的水泡，所以在BIM模型中，选用了预先设定好的“半套桶连接”结构。图3.14半灌浆套筒结构形式外墙和部分内墙均为预制钢筋混凝土剪力墙。电梯和楼梯间的公用运输段和升降机间采用混凝土剪力墙，采用现浇结构。地面结构楼、屋面板、阳台面板等均为混凝土材料。楼梯、空调板均为预制混凝土。阳台隔离墙和维修墙都是用预制的混凝土砌块。斜坡屋顶为装配式钢结构，根据BIM模型，选取对应的单元，并对各单元进行相应的参数调节，以满足工程各层的需要。在该项目中，预制件的使用比例很高，从而提高了施工效率。3.3.2管线分离本工程采用SI住宅的设备管路系统与墙体、楼板分开布置，垂直与墙体分离，横向分离。预制内墙为RC和GRC条板墙，管道分离的方法是在建筑外墙上安装轻钢龙骨，或粘贴树脂螺栓等可架空的材料，墙壁的厚度可以根据需要选择适当的龙骨骨架，也可以通过调整树脂螺栓的高度来调整，然后在内壁上铺设石膏板，在架空层中安装各种设备和管线，从而实现墙体和管线的分离。内部设计为架空地板，楼板和楼板之间用金属龙骨、树脂螺栓等支承，在架空层内铺设地暖和管道（由于卫生间没有安装下垫板，所以在工程中架空楼层比较低），而且安装了地面维修孔，方便后期维修和维修，使管道与结构主体相分离。为保证架空楼层的通风，地面和墙壁间留有2毫米的空隙。图3.15嵌入式整体卫浴在浴室的设计中，增加了一个嵌入式的整体浴室（图3.15）。利用壁板双层墙技术系统、连接相邻墙板的连接结构、位于墙板底部的防水底盘、穿过车架的漏、位于墙板顶端的顶盖和内装浴室部件，由此实现了一体化浴室的功能，并将内部浴室部件的一部分或所有埋设在两层墙之间，并设有用于竖向排水的设备集中井；采用双层壁板上的预置空间，内装卫浴部品与双层墙的连接件，实现了局部内装卫浴部位的调整和内装卫浴部品的替换。3.3.3集中管井布置在给水排水系统中，厨房和卫生间的布局主要采取了集中式的管井布局，即在厨房和卫生间的空间内分别设置集中的管线井和内部的分水器，以满足垂直给排水和排烟的需要。采用两层壁板技术系统，将内装件的一部分或全部埋入两面墙之间，并在两面墙之间设置两个背板和两个背板之间的空腔、内层背板上的一个置物架，这样就为内装件在侧面板中的安装提供了一个容纳的空间。外背板上的穿孔与内层背板上的局部穿孔相互对应、大小相同或不同，这样的布置主要是为了让热水器排气管、排气管等需要从外部后板伸出的内部卫生间的零件能够顺利地伸出来。例如，需要完全从外部背板突出的热水器排气管，所以外部背板上的孔必须与内部背板上的热水器安装孔相互对应，但尺寸不一定是一样的；比如，排气口必须完全从外部背板或外部背板上的孔中突出，所以外部背板上的孔必须与内部背板上的通风孔相互对应、大小相同或不同。内部卫浴部件的固定是由固定部件完成的，它是由面板作为内部的装饰功能空间。图3.16卫生间墙排管线布局方式需要指出的是，该工程未采取降板式同层排水结构。尽管与其它方法相比，该方法具有方便、方便、易漏水、房屋所有权明确等优点，但最需妥善解决的是结构降板问题，结构降板会占用下层住户卫生间吊顶高度并影响其五合一灯具的安装。北京市房屋新规定，卫生间高度从2100毫米增至2200毫米，但由于楼层高度的限制，如果采用同一层的降板式排水，将会出现面积上的紧张，故不采取降板式同层排水，而是采取沿墙铺设的形式。比如卫生间（图3.16）使用了一个后座式的便盆，在卫生间后面有一个半高的假墙，里面有一个水管和一个上方的储藏室，这样可以增加空间的使用。3.4设计深化该方案可以将建筑、室内、设备、结构等模块整合成一个BIM模型，并在后期通过虚拟漫游达到最优的效果。在BIM应用中，多使用NavisworksManager软件进行模型虚拟漫游，使用Revit碰撞或引入Navisworks，可以计算出构件间的碰撞，并根据测试结果进一步完善结构的各个元素，让专业人士及早发现设计中的错误，避免施工中出现安全隐患，优化后可直接导出BIM构件深化详图进行施工施工。在NavisworksManager中，该模型的碰撞检测主要包括下列几个步骤：（1）部件间的碰撞探测。主要由结构部件和非结构部件组成，例如层合板的侧筋与墙体、梁、柱之间的垂直筋、套管之间的连接筋等；非结构部件，例如送风和回风管有没有相交，管道和横梁有没有发生碰撞。（2）在部件内部进行碰撞探测。在构件中，主要进行预埋件与预埋件有关的计算，例如预埋件与预埋件、预埋件、设备盒等。4基于BIM的建筑住宅精装设计与传统作业的对比分析4.1设计流程的优化不同于传统的独立专业，这个项目采用了一个整体的设计模式，即在这个过程中，室内设计专业可以和建筑设计专业一起进行，而设备、结构、电气等专业也可以在项目中进行合作。它能有效地减少建筑设计方案对其它专业的限制，内部装修和施工方案可以互相反馈，并在同一时间完成各个专业的设计过程。4.2设计方式的改善在设计方法上加入BIM技术和模块化设计，为设计、生产、施工奠定了良好的协调基础，并能有效地解决装配过程中零件的位置问题。在设计阶段，先利用Revit软件建立部品的BIM模型，识别出产品的通用代码，建立良好的部品族库；再将每个零件都装入到需要的仓库中，将每个零件都装进去，并设置各种功能，并将每个零件和零件的位置都标注出来。最后，将各种功能模块进行拼接装配，形成适合不同用途的居住空间，并根据各模块的相关参数属性，改变各模块的布置，实现对户型的改变。4.3设计效率的提升本论文所建立的模块库已经回馈到了清华大学工业研究所，并在最近的四季青香山一期工程中使用，实践证明，模块库更有利于对安置房工程的全装修室内空间的归类、储存，因为事先设置好楼板、墙体、部品以及接口等BIM参数，可以精确定位装配式全装修住宅内部构件，并减少与项目甲方碰撞关于板、墙的尺寸纠错，大幅度提升了设计精度以及时间效率。其优点有：（1）BIM软件是一个与工程相关专业合作的平台，它的实时可视化和同步化等特性使得各个专业的工作人员能够快速、方便地进行交流和合作，建筑、室内、结构、设备等专业在各自的子平台集中工作，同时可以高效传达各自的修改建议图纸。有效节约了工作时间，大大提升了设计的工作效率。（2）采用传统的设计方法和设计方法，会给设计人员带来大量的时间和精力，所以BIM技术可以在设计之前对每一种产品进行分类，并给它们一个独特的代码。项目中的设计人员、施工人员可以通过云平台获得组件的资源库，为工程的实施提供了强有力的保障。（3）智能互联是BIM技术的一个特色，它可以一次生成同一类型的信息模型，并根据参数的变化来确定合适的结构，同时还可以一次生成各种不同的图形，减少了传统的绘制方法重复的工作，提高了绘制的效率和质量。5总结建筑住宅的模块