徐強(qiáng)，王璐 （吉林建筑大學(xué)，吉林 長春 130000）

1 木結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展現(xiàn)狀

環(huán)境可持續(xù)發(fā)展問題在如今社會變得越來越受人關(guān)注。在建筑建設(shè)方面，尤為明顯。在建設(shè)工程領(lǐng)域，木結(jié)構(gòu)由于具有節(jié)能環(huán)保、環(huán)境協(xié)調(diào)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(yīng)用于各類建筑和寒地地區(qū)的建筑建設(shè)中。隨即出現(xiàn)的裝配式木結(jié)構(gòu)建筑也逐漸在大眾視野中出現(xiàn)，裝配式建筑有組裝工藝簡單、施工周期較短等優(yōu)點，但隨著建筑的多樣化趨勢，由于地區(qū)氣候等問題而選擇不同的形式以及種類現(xiàn)象出現(xiàn)時，裝配式組件會出現(xiàn)節(jié)點、尺寸等對應(yīng)不上的問題，直接影響了建筑建造的進(jìn)度。如何提高現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)以及因為寒地地區(qū)氣候原因而需要選擇多種多樣的構(gòu)件形式的建造效率變得尤為重要。

2 BIM技術(shù)與寒地裝配式木結(jié)構(gòu)建筑結(jié)合

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

3 BIM技術(shù)參與寒地裝配式木結(jié)構(gòu)建筑部分運作過程分析

3.1 基于BIM的運營前置設(shè)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(guān)的要素推進(jìn)到實施前的分析和考慮中。目的是提高項目建設(shè)后的運營效率以及減少項目落地后由于初期設(shè)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(yōu)點

在項目初期，本著運營前置的理念，相關(guān)人員需要進(jìn)行和建筑相關(guān)的調(diào)研以及數(shù)據(jù)收集，而BIM是一個很好的信息整合平臺。通過BIM，將依據(jù)收錄的信息庫對具體項目進(jìn)行信息輸出，具有運營前置思維的BIM能夠綜合項目設(shè)計各方面限定條件與使用需求，得出之后項目設(shè)計決策的依據(jù)。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(xiàn)狀以及問題進(jìn)行解剖，從項目的整體價值鏈出發(fā)，考慮項目的持續(xù)發(fā)展與后續(xù)運營狀況，考慮項目實質(zhì)出現(xiàn)的規(guī)模、消費人群、技術(shù)成本、業(yè)態(tài)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(qiáng)大功能作為依據(jù)進(jìn)行參考，例如城市規(guī)劃、造型能耗設(shè)計、建筑造價等多個方面，從而提出系統(tǒng)的有效可行的解決方案。

3.2 基于BIM的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計

3.2.1 多專業(yè)協(xié)同設(shè)計含義

建筑、結(jié)構(gòu)等不同專業(yè)設(shè)計人員在同一個平臺下共享信息模型。將各自專業(yè)的BIM模型設(shè)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(xié)同設(shè)計工作流程示意

3.2.2 基于BIM的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計運作流程框架及意義

前期準(zhǔn)備：寒地地區(qū)項目審批之后，通過BIM技術(shù)建立各個專業(yè)相關(guān)模型文件，運用同一個平臺，實現(xiàn)共同設(shè)計建模。

協(xié)同實施：首先由建筑專業(yè)的設(shè)計人員按照戶主的需求進(jìn)行方案設(shè)計，同時結(jié)構(gòu)、機(jī)電等其他專業(yè)設(shè)計人員及時參與其中，建筑專業(yè)建立建筑模型、結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計結(jié)構(gòu)模型、機(jī)電專業(yè)建立機(jī)電模型，各專業(yè)協(xié)同設(shè)計。

施工圖碰撞檢查：多專業(yè)模型組合成一個完整的擁有全部信息的BIM模型，進(jìn)行碰撞檢查，解決管線交叉、結(jié)構(gòu)沖突等相關(guān)問題，不斷修改，不斷完善。之后再進(jìn)行碰撞監(jiān)測及優(yōu)化，生成最終BIM模型以及圖紙以及各種保留的數(shù)字化數(shù)據(jù)。

一個建筑項目的完成需要多個專業(yè)的共同參與，但每個專業(yè)都有各自的特點，若采用BIM的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計，各個專業(yè)在同一個平臺下共享信息模型進(jìn)行同步設(shè)計，通過碰撞檢查，快速地發(fā)現(xiàn)問題以及矛盾，及時解決，節(jié)省時間以及避免資源的浪費。

3.3 基于BIM的模塊化設(shè)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(jìn)行選擇和組合，形成不同的建筑產(chǎn)品，此為模塊化設(shè)計方法。

3.3.2 基于BIM的模塊化設(shè)計過程及好處

首先，對現(xiàn)有的建筑部品進(jìn)行模塊化構(gòu)件分類，在BIM軟件中形成裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件，分為了結(jié)構(gòu)體構(gòu)件、圍護(hù)體構(gòu)件等構(gòu)件模塊數(shù)據(jù)庫。

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

最后，設(shè)計完成后，進(jìn)行構(gòu)件的生產(chǎn)和組裝。模塊組裝完成之后送到現(xiàn)場進(jìn)行拼裝，完成整個項目的落地建成。

由于大部分工廠數(shù)字化生產(chǎn)與組裝，最后到場地再進(jìn)行拼裝，這提高了構(gòu)件生產(chǎn)與組裝的精確性。同時也可以在短生產(chǎn)周期內(nèi)大批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)消耗，綠色施工，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3.4 BIM針對寒地氣候的建筑能耗分析

3.4.1 木結(jié)構(gòu)建筑能耗現(xiàn)狀

在我國東北特別是嚴(yán)寒地區(qū)，木結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展情況并不理想。并且，建筑在寒地城市面臨的最大挑戰(zhàn)是其本身的寒地適應(yīng)性以及建筑的防寒防風(fēng)構(gòu)造，這就迫使建筑的體型系數(shù)不能過大，極大地限制了寒地城市建筑形態(tài)的多樣性。然而，因木結(jié)構(gòu)建筑形態(tài)極為靈活，對比其他建筑類型而言，優(yōu)勢較為突出，且有良好的環(huán)境適應(yīng)性，對環(huán)境的影響也比較小。是否木結(jié)構(gòu)建筑靈活多變的形態(tài)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(guān)注。如此即需要我們尋求一條在降低木結(jié)構(gòu)建筑能耗的基礎(chǔ)上發(fā)展建筑形態(tài)的道路。所以運用BIM等技術(shù)支撐，通過能耗模擬監(jiān)測，來尋找最適合當(dāng)?shù)氐貐^(qū)最合適的寒地裝配式現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑。

3.4.2 BIM參與進(jìn)行結(jié)構(gòu)能耗模擬

木結(jié)構(gòu)建筑主要分為梁結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)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(shù)、相同體態(tài)特征的建筑能耗模型，對其進(jìn)行對比。

圖2 梁架結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 木桁架結(jié)構(gòu)示意圖

使用BIM的revit建立木結(jié)構(gòu)建筑模型，建立建筑、建立樓層、劃分隔墻、房間標(biāo)注等，輸入氣象參數(shù)、房間熱擾、室內(nèi)設(shè)計參數(shù)等，設(shè)定參數(shù)、構(gòu)建模型等工作完成后，已經(jīng)基本完成全部工作。對于每種結(jié)構(gòu)形式，從建筑體型、建筑開窗進(jìn)行優(yōu)化選擇，對其進(jìn)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(shù)。通過不同的數(shù)據(jù)，來選擇最適合寒地地區(qū)的結(jié)構(gòu)建筑造型，實現(xiàn)能源最優(yōu)化。

4 結(jié)語

隨著木結(jié)構(gòu)建筑的快速推廣，如何提高現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑以及因為寒地地區(qū)氣候原因而需要選擇多種多樣的構(gòu)件形式的建造效率變得尤為重要。通過BIM技術(shù)參與寒地裝配式木結(jié)構(gòu)建筑部分運作過程，多專業(yè)協(xié)同設(shè)計、進(jìn)行結(jié)構(gòu)能耗檢測等，提高行業(yè)效率以及減少了設(shè)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(yè)相結(jié)合的產(chǎn)物，基于BIM的寒地裝配式現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑，未來會得到更多人的關(guān)注，會得到建筑行業(yè)以及其他更多行業(yè)的推廣與使用。