碳中和城市與綠色智慧建筑系列教材｜綠色建筑裝配式內裝修系統建造與構造設計
作者：小編 發布時間：2025-01-08 13:07:52 瀏覽：次
碳中和城市與綠色智慧建筑系列教材｜綠色建筑裝配式內裝修系統建造與構造設計教育部新興領域“十四五”高等教育教材體系建設｜碳中和城市與綠色智慧建筑系列教材｜《綠色建筑BIM建造與構造設計》綠色建筑裝配式內裝修系統建造與構造設計｜實踐重點案例
課程名稱：超高性能混凝土（UHPC）新型蒙古包建筑設計與建造——2022-2023學年東南大學建筑學院-內蒙古工業大學建筑學院本科聯合建造畢業設計
本課程以曲面結構建筑的綠色低碳建造為目標，將新型綠色建材超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，以下簡稱UHPC）用于新型蒙古包建筑的設計。課程指導學生設計兼具曲面美學與高傳力效率UHPC組合曲面結構建筑，同時教授學生在建造邏輯下進行裝配式內裝修構件的分件及其構造設計。BIM技術貫穿整個教學過程的方案設計、施工設計和建造設計，幫助學生理解結構構件系統、圍護構件系統以及裝配式內裝修構件的建造流程，并有效管理綠色建筑全流程設計數據，促進真實建造的可行性以及建造效率的提升。
方案設計主要研究UHPC的物理力學特性，運用BIM構件法建筑設計與建造原理，初步確定結構構件系統、圍護構件系統的分類與分件設計方案。設計需兼顧內蒙古草原冬冷夏暖的氣候特性，功能應能夠適應傳統居民的聚集互動生活習慣，并融入當地傳統游牧文化審美特征。
施工圖設計引入BIM裝配式內裝修建造設計，在優化結構構件、圍護構件分件設計的同時，結合內蒙古當地游牧文化特色與宗教元素，設計具備開放和通用性的室內可變空間，可通過設置集成式廚房與衛浴以及可變家具陳設來確保各個功能區域模塊的使用便捷性。
建造圖設計結合BIM技術進一步生成建筑結構系統、圍護系統以及內裝修系統的生產-轉運-裝配等建造模擬文件，包括BIM構件分件圖、BIM構造節點大樣圖博魚boyu、BIM建造工序流程圖以及工序模擬視頻等。
該組在研究了內蒙古草原氣候特征、游牧民族文化審美、傳統蒙古包建筑形態以及地域性室內空間功能需求的基礎上，設計出了裝配式UHPC組合曲面結構建筑。應用BIM軟件Rhino，從方案設計到建造設計實現全構件系統的數據生成與協同管理，包括基礎柱、UHPC殼體、鋼框架外圍護支撐構件以及內裝修構件系統的BIM精細化建模。利用Rhino平臺的Grasshopper插件自動導出構件數據表，自動生成指導建造的BIM-2D技術圖紙。
該組在室內裝修設計上采用裝配式內裝設計理念，通過模塊化與標準化設計方法，提升了曲面結構的空間利用效率，并實現了曲面空間內部功能的靈活配置。設計采用集成式廚房、模塊化儲物單元和集成式衛浴系統。集成式廚房通過模塊化設計，將準備區、烹飪區、清潔區域以及用餐區進行合理安排。儲物單元遵循模塊化設計，劃分了儲物柜、飄窗柜以及書架三種收納模塊區域。同時以集成式衛浴內裝構造設計為例進行深化，明確了構件的材質與尺寸細節，并且細化了墻身內裝飾構造節點和地面擋水構造節點。
“云居”內裝修構件連接節點圖（BIM-2D技術圖紙，上：地面擋水構造節點；下：墻身構造節點）
該組同學的設計成果體現了對內蒙古草原氣候和文化的理解，將UHPC材料應用于裝配式曲面結構建筑的建造與構造設計，同時對內裝修構件進行了建造邏輯下的構造設計。通過BIM軟件對全構件系統進行建模與設計優化，模塊化的廚房、儲物單元和衛浴系統優化了空間利用，提升了功能靈活性，結合BIM定量化設計數據生成與管理，該組在BIM裝配式室內裝修構造設計方面的拓展具備了一定創新性，整個設計流程讓云居具備了極大的可真實建造的潛力。
該組設計方案旨在最小化新型蒙古包與傳統蒙古包形態的差異，最大化傳承內蒙古草原文化，并實現快速真實的建造。該組同學利用UHPC設計出了曲面結構與圍護系統一體化的空間原型。學生利用BIM工具完成了曲面結構與圍護構件系統的分類和分件設計、生產工藝設計、轉運設計以及建造流程設計。所有建造技術圖紙，包括平面、立面、剖面圖紙、構造節點大樣及構件數據表均由BIM模型自動導出。最終，該設計流程支持了2023年7月至9月在內蒙古工業大學校園內的工程建造。
該組在室內裝修設計中延續了傳統蒙古包的設計理念，即“向心無柱”的開放空間。通過增設輕質外掛水泥纖維板內隔墻和可變家具靈活布局，劃分出公共空間（開放式廚房、客廳）、服務空間（餐廚、衛浴、設備間、衣帽間）以及私密與休憩空間（主臥、次臥），形成了空間可變、功能連貫且通用的曲面結構空間。采用裝配式內裝設計理念，設計了模塊化集成式廚房和衛浴系統，將50mmUHPC內裝飾面層、150mm夾心巖棉保溫、20mmUHPC防水層集成在UHPC保溫防水裝飾一體化的殼體構件單元。在地面裝飾和四面入口的圍護結構內部均采用了綠色建材木材作為飾面層。
該組同學應用了BIM技術實現了全構件系統數據化建模與建造設計優化，延續了傳統蒙古包的設計理念，在新型蒙古包建筑中引入了功能可變的曲面結構通用大空間，模塊化地劃分了公共空間、服務空間及私密休憩空間，適應了內蒙古草原傳統居民聚集與互動的生活習慣和需求。此外，本組基于BIM在內裝修構件系統的建造與構造設計中，創新性地將內裝飾面層與保溫防水構造集成到殼體構件單元中。殼體構件統一在工廠預制后再運輸到現場進行安裝，因此大大提高了實際建造效率。
培養學生應用Rhino軟件進行全流程的BIM數據化設計，包括方案設計、施工設計和建造設計，內容涵蓋構件分類、生產工藝、轉運、建造流程及性能優化。結合BIM技術運用綠色建筑建造與構造設計知識，以實際建造為目標進行定量的BIM構造設計優化。
本課程引導學生運用UHPC和竹木材內裝飾材料等綠色低碳建材，強調UHPC在建筑結構中的高效傳力效率以及竹木材料在室內裝修的生態環保和低環境影響的優勢。學生將學習到如何在結構、圍護與室內裝修設計中應用綠色低碳建材，保證高效建造的同時發揮其節能減碳的效益。
本課程教授學生如何通過BIM技術實現內裝修系統的模塊化與標準化設計，從而指導綠色裝配式建筑內裝修構件系統的真實建造。學生通過BIM技術采用標準化構件設計方法對于內裝構件進行BIM三維建模設計以及連接構造深化設計，并導出BIM二維圖紙。
本課程基于構件法建筑設計理論，旨在讓學生學會如何將BIM數據化協同設計工具運用在建筑的方案設計、施工圖設計和建造圖設計全流程中，以真實建造為目標建立三維精細化構件模型，創建標準化構件數據系統，從而支持綠色建筑全構件系統的設計優化。通過本課程，學生不僅拓寬了在綠色建筑建造與構造方面的理論知識，還提升了將BIM技術應用于綠色建筑3D構造設計的能力，促進了學生在建筑設計中實現從圖紙化設計向真實建造模式轉變。
