基于BIM的装配式建筑装修一体化设计及措施探讨

文／华晶晶、徐志强 中国建筑第八工程局有限公司 上海 200122

引言：

装配式建筑是通过工厂预制部品部件在工地进行模块化组装的一种新型建筑建造形式，相较于传统建造方式，可在一定程度上减少人力、物力以及财力方面的浪费，提升施工安全性与速度，对环境较为友好，这为改善资源消耗与建筑行业劳动力供求矛盾日益紧张的现状提供了新的思路。而BIM 技术的推广与应用使得装配式建筑装修一体化得以实现，“BIM+装配式装修”注重消费者的个性化需求，能为消费者提供更为满意的高品质建筑，推动行业可持续发展。

1、装配式建筑装修

以住宅建筑为例对装配式装修进行分析。

1.1 拆分装修系统

住宅空间根据性质可划分为书房、卧室、客厅、餐厅以及卫生间等空间，而住宅装修以创造安全舒适的室内环境为目的，就是对住宅空间进行改善以及美化的一种行为。顶棚、墙面、楼地面等界面以及门窗的装饰，陈设布置、固定家具以及水电管线系统安装等是住宅装修的主要内容。论文将装修体系划分为界面系统、厨卫系统以及管线系统，其中界面系统指的是直接连接建筑室内空间的楼地面、墙面、顶棚围造空间的相关界面，将其二次拆分为楼地面、顶棚以及墙面3 个模块；厨卫系统主要是营造厨卫物理环境与功能完善所涉及的相关部品构件，集成设计且整体安装的新型厨卫系统，将其二次拆分为厨房模块与卫浴模块。

1.2 建立模数化体系

由于装配式住宅主要构件均为标准化设计、工业化预制生产，再运到施工现场组装而成，因而构件的标准化设计离不开模数化，装配式建筑设计中模块化集成是在模数制基础上进行的。包括3 个关键要素：

（1）模数：根据极差数理论对国际模数数列进行确立，模数的基本单位为M（1M=100mm），向下为M/2，M/5，M/10 的分模数数列，向上为2M、3M、6M 的扩大模数数列，模数间数字协调性好且有均匀极差。

（2）模数化建立：为保证部品通用化与节点标准化，能够基于模数单位自由组合部品，需进行装饰部品的模块化设计，部品构件尺度不同所需的模数也存在差异，如墙面板与吊顶饰面板进行模块化设计时，考虑板材通用性与安装便捷性，模数基本单位可选择3M 或者2M，而集成橱柜模块化设计时橱柜的模数基本单位则选择1M；为实现橱柜间拼接，单个橱柜的长度与宽度应为基本单位的整数倍；附加板以及压条等部品应根据尺寸选择分模数，如压条基本单位可采用M/5 或M/10。

（3）模数网格：装配式住宅的内部构件是通过模数网格进行组合的，这就要求装修设计时采用同样的模数网格，为避免两者出现尺寸偏差等问题，在设计阶段就应采用模数网格中断的方式实现住宅与装修两者模数网格间的协调。

1.3 一体化设计策略

1.3.1 空间层级

住宅初步设计阶段需确定户型空间尺度、层高、支撑结构以及墙体分割等，此时住宅与装修设计是同步进行的，这样做有两方面好处：（1）能够较大程度减少住宅设计对装修风格的限制，例如装修风格为极简风，则户型设计时就应尽量保持界面的完整性，减少连续门与断墙；（2）能够减少甚至避免住宅设计在功能方面对装修设计造成的不良影响，如住宅设计层高过低则架空底板与吊顶设计就难以进行，需要基于空间功能采取优化措施。例如，厨房空间对吊顶需求高而对热舒适性与层高等要求较低，若层高低则考虑安装吊顶不安装架空底板，若净高不满足吊顶安装要求则应对层高进行更改。

1.3.2 系统层级

系统层级设计指的是装修设计时为避免各系统间产生矛盾冲突，对各系统进行一体化设计，进行某一系统设计时应对其他系统的需求予以考量，例如，管线系统设计时可预留智能马桶与空调的插口，而楼地面设计时可将管线系统与地暖模块空间预留出来，注重系统间的集成设计，从美观性与空间方面优化装修设计，对不同系统进行组合。需要注意的是，应基于界面系统进行美观层面的优化并将管线、设备系统与其结合起来进行设计，为增加空间整体性，可将整个空间组成与管线系统中体量大的部分结合起来，隐藏化处理管线系统中的开关与插座，或者将造型与界面纹理结合起来提升空间美观性。基于管线系统对空间层面进行优化，设计应根据界面系统装修方案进行，在集中的界面布置管线。为最大限度减少管线侵占室内空间，在墙面布置管线时应尽可能集中，减少管线较少墙面的架空层宽度，必要时也可不设架空层；若房间存在架空地板设计，应减少或避免吊顶架空。

系统层面一体化设计包括系统间一体化设计和系统内一体化设计，后者针对整体厨房与卫生间，这是因为厨卫空间小、功能丰富，包含许多设施设备，采用一体化设计能够较好地实现功能性与美观性的统一。以厨房为例，橱柜设备是整个厨房空间的核心，管线与界面等系统的调整应根据设备系统进行，必要时根据住户需求进行可变设计，预留出烤箱和洗碗机等设备的水电点位，基于模数化、模块化思想进行橱柜集成设计。

1.3.3 构件层级

连接构造设计是构件设计的关键，应遵循适度可变与易于安装的原则。适度可变原则指的是构件设计时为防止误差导致现场安装问题而对部分构件采取弹性设计，若误差不大则可利用弹性构件或构件自身可变性来解决，如针对隔墙龙骨设计可变龙骨，针对顶棚吊杆设计活动螺丝。而易于安装原则是单个构件尺度不能过小，构件数量与种类不能过多。

装饰层一体化设计主要针对板材的拼接处理。玄关隔断、卧室背景墙以及电视墙等部位会涉及到不同类型板材的拼接处理，需要考虑材质观赏性、拼缝处理、墙面凹凸与纹理搭接，对于色调与纹理差别大的材质，可用金属条对拼缝进行强化，对于色调与纹理接近的材质则避免墙面凹凸过大将拼缝做淡化处理。吊顶板、地砖、地板、装饰板以及瓷砖等拼缝处理是同类型板材拼接的主要处理内容，装修要求高的起居室吊顶多为石膏板吊顶，粉刷与拼缝隐藏使用涂料与乳胶漆进行，而装修要求不高的厨卫空间则多为明框铝合金吊顶且无需处理拼缝。对于位置各异的板材拼接处理应利用材质、纹理、色调以及其他构造区分界面，如白色墙面配原木色地板，在地面与墙面的交界位置设置踢脚板。

1.3.4 色彩层级

由于墙面与入住者的活动间交互较多，加上门窗、挂镜线、背景墙以及踢脚线等使得墙体设计更为复杂，对于面积小的房间，可采用一体式墙面，主色调采用同一颜色按照上浅下深原则布置，具体颜色选用依据房间实际功能与朝向，空间小房间选择浅色调，西向房间选用偏冷色调，墙面、部品采用中间色，餐厅可使用橙色进行布置，卧室等休息空间不宜布置大红色等过于鲜艳的颜色。顶棚设计主色调多选择米黄、象牙白等单一的浅色，并结合吊顶造型以及与内部空间、家具布置或空间内其他界面纹理、颜色协调对应进行装饰。

1.4 界面系统模块化设计

1.4.1 顶棚

顶棚包含悬吊式与直接式，装配式建筑装修时对于直接式顶棚需要采用拼接或卡扣等方式将其与装饰板固定起来，因而需要对装饰进行模数化设计，从两个角度分析，利用边角弹性化设计可解决分模数尺度模数化问题，从板材部品组合入手解决扩大模数尺度模数化问题。标准版尺度设计中应避免单个部品重量与尺度过大或者过小，为了避免现场裁板应提前预制好小尺度板材，标准板与调节板组合可以是M 单位的整数；对M 以内的空隙做弹性设计以免出现切割板材或漏缝漏边的情况，如采用修边条方式。

1.4.2 墙体

室内墙面设计可通过不同纹理、材质以及色彩运用提升室内环境的美观性。墙体部品模数与顶棚相同，采用部分组合与边角弹性化设计方式进行解决。墙体界面调节板宽度为M 整数倍的可对大尺度模数化进行调节，而角板可根据实际情况生产，应遵循模数化原则与板材铺设综合设计电视墙、背景墙等墙面，线条与材质更换应以M 作为基本单位。

1.4.3 楼地面

地面直接受力且容易发生磨损，选择地面材料时应着重考量功能性，其次才是艺术性和观赏性，PVC 地板、木地板以及地砖比较常见。传统楼地面界面装饰板的模数化相对成熟，其单个面板尺度不大且切割难度不高，而装配式装修界面板材尺度小且不具备架空地面所需强度，因而在架空层与装饰层之间设置承力板来解决。承力板主要功能为支撑和找平，因而铺设时将所需板材宽度组合即可形成基于M 的连续整数，也可满足任一进深房间要求。

1.5 厨卫系统设计

厨卫系统设计包含两个方面：（1）集成橱柜：基于橱柜与电器接口标准化、模数统一化以及管线布置合理化的橱电一体化设计理念，在橱柜中融入电器功能，在同一模数网格设计橱柜各部分尺度，橱柜内部空间、各橱柜间以及电器设备间应能完美组合，根据需求于橱柜内部安装网架、拉篮等各种形式的收纳挂架，若收纳不足可于墙面增设相应器具；设备尺度小可用橱柜组合设计，同时采用整体板设计操作台面，并与燃气灶与水槽进行一体化设计。（2）集成吊顶：以扣板为单位的子模块是吊顶的基础，将照明、暖通以及新风等铺设于架空层就能实现集成吊顶的多种功能。尺寸相同情况下，集成吊顶可实现模块外观造型的自由更换，如某尺度的板材可以更换为相同尺寸的照明或取暖模块。

1.6 室内空间照明

传统客厅一般照明多选择吸顶灯或吊灯，在电视机或沙发附近布置落地灯或台灯，现代风格客厅一般照明多选择暗藏灯管，同时使用灯带与射灯予以补充；功能复杂的厨房需要完成一些类的烹饪相关活动，于顶面集中均匀布置照明灯具，以免阴影对厨房活动操作产生影响，同时在工作台面上设置灯带补充照明，对于功能相对单一的餐厅，可选择2800K 左右暖色光作为光源，照明则是在餐桌上方布置吊灯；卫生间采光多选择集成吊顶，补充照明则于梳妆镜和洗手台设置灯带；对于以睡眠为主要功能的卧室选用低色温的暖色光，一般照明选用暗藏灯管，并在写字台床头等位置设置台灯、落地灯或者壁灯。

2、BIM 装修模块库

2.1 建立模块库

“BIM 技术+装配式建筑”住宅装修设计以实现标准化、信息化装修为目的，优化装修设计，提升设计水平，实现装修部品的工业化、标准化生产。其中，建立模块库是必要且重要的。模块库建立流程包括：装修部品分类选择-部品模型编码与信息创建-装修部品审核入库-装修模块管理功能实现-装修部品分类与选择。创建过程中对模块库内容予以丰富从而避免部品数量过少不能满足设计需求，同时模块库应同时为设计师与厂家提供服务，使得两者均可调用其中数据以提升工作效率。

2.2 编码及管理

编码方面应遵循唯一性、简明性与合理性的原则，具体编码应在部品分类的基础上进行，注意不能按照一个标准区分系统的不同构件，应单独分类各个系统。编码分为类型编码与属性编码，前者将所在系统、一级与二级模块都包含在内，以拼音形式表述系统与一级模块的编码，后者则包含部品材质、颜色以及尺度等属性信息，这些参数是为了保证部品的唯一性。管理方面，部品库权限包括管理与使用，修改、审核、删除以及入库等操作属于管理权限内容，由管理人员所享；使用权限则是使用人员享有但只有信息提取、提交权限而不涉及删改等管理权限，但可向管理人员反馈信息。

3、案例分析

3.1 工程概况

本工程总建筑面积50.6 万m，包含地下23.3 万m以及地上27.3 万m，建筑功能涉及到地下配套设施、住宅以及商用等。

3.2 一体化设计

3.2.1 设计流程

就设计思维而言，装配式住宅建筑与内装设计方案相互促进生成，没有主次之分，很大程度上可以降低建筑空间对内装的限制，减少两者的矛盾与冲突。就建造流程而言，受建造模式影响，装配式住宅建筑需多专业协同完成设计工作。由于装配式住宅是采用预制部品构件拼装完成的，这就对部品构件设计、生产以及拼装等环节的协同提出了较高的要求，对相关人员专业素养要求较高，在设计流程中需要对各个专业设计方案协同性予以考量，方案设计、施工图方案和深化方案均由统一团队完成一体化设计。

3.2.2 BIM 技术的应用

BIM 技术应用包括：（1）BIM 族库与模型的建立：结合工厂生产情况对预制构件参数化族库进行构建，并将设计、生产以及施工等各个环节串联起来；利用BIM 技术，就所需构件进行建模并建立构件库，按照其类型编码，将模型与装配构件通过内置插件联系起来，进而确定各构件位置。（2）可视化装修方案的设计：利用BIM 技术可视化功能展示整体设计方案，形成可视化的样板间供消费者观看，系统内置参数调整功能可以提供个性化定制服务。

3.2.3 装配式装修

装配式墙板使用全墙挂板密拼技术连接，内层支撑使用轻钢龙骨并将管线层预留，在保温层安装岩棉板，装饰层选择复合墙板材料，采用全干法施工。使用金属封条与假缝装饰墙面接缝，除浴室淋浴区采用防水底盘外，其余墙面与地面装饰板采用硅酸钙复合板材料。如图1所示，架空地板与地暖安装时，楼地层找平采用地面支架，并将水电管线布置在其中，利用卡扣与螺栓实现地面支架与承载基板间的固定。采暖选用低温热水系统，于地暖上部完成封顶安装。吊顶以石膏板为主，使用轻钢龙骨作为结构体系支撑，厨卫则选用铝扣板材料。

图1 架空地板与地暖安装

3.3 “BIM+装配式装修”的优越性与缺陷

（1）优越性方面，相较于传统装修，“BIM+装配式装修”优越性表现在节约资源与施工时间，对环境友好。可节约60%的施工时间，由于采用预制方式，施工时简单安装即可，同时管线分离设计在保证管线层完整的前提下减少了修复。

（2）缺陷方面，由于构件采用预制方式可能会存在一定的边角料与废料，而且受当前产业化水平影响批量化优势还能形成，使得成本较高，高出同档次20%-30%，接口通用性不高会对施工中的替换产生一定限制，无法更换为不同类型装饰板。同时装饰层存在一定问题，如选用硅酸钙板在打印不同材质时存在种类限制，质感模仿效果有待提升，装饰层难以完美将原材料质感表现出来。

结语:

综上所述，随着资源紧缺问题的与劳动力匮乏的日益突出，绿色环保且发展前景广阔的装配式建筑逐渐兴起。BIM 技术在建筑行业有效应用为装配式建筑装修一体化设计提供了有力的技术支撑，使其得以实现。“BIM+装配式装修”一体化设计存在诸多不可取代的优势，同时也存在一些不足，相信随着技术的发展以及研究的深入，这种信息化、一体化的装修设计模式的优势将会得到更为充分的发挥。