第 1 章 绪论
1.1 研究背景及意义
长期以来，我国低层住宅建设一直处于“各自为政、自我发展”的状态，乱搭乱建现象严重，并没有按照科学规划、规范有序的建设，增加了管理的难度。低层住宅建筑主要采用砖混结构、现浇混凝土结构和木结构（多位于我国南方地区）。建造过程中，很少有专业的设计施工团队参与，建筑、结构、水暖电正规的设计图纸也不多见，结构是否满足国家抗震规范无从知晓，且施工现场杂乱无章，尘土飞扬，如图 1-1 所示。现场施工的生产方式能源消耗大、产生大量的污水扬尘。其次，现浇工程使用大量模板，造成林木资源浪费，加剧温室效应。传统低效率的生产方式迫切需要改革。随着技术的进步以及工业化时代的到来，国家大力推进建筑工业化和住宅产业化，其重要表现形式之一在于装配式技术的使用，而低层装配式建筑的发展是当前的趋势。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 装配式建筑在国外研究现状
20 世纪初，东西欧开发的大规模的公共住宅均采用预制混凝土结构[4]。Lascell[5]提出了将预制混凝土墙板安装在结构承重骨架上的新型建筑方案，并将该新型体系成功应用在一栋巴黎博览会英国战区的临时别墅上，是世界上第一栋结构承重骨架采用木结构，墙体采用预制混凝土墙板建造的建筑。
美国住宅多以低层装配式轻钢结构、木结构住宅为主，重视住宅的舒适性、多样化和个性化。1997 年美国新建住宅 147.6 万套，预制装配式住宅占 76.56%，低层住宅以木结构为主占预制装配式住宅总量的 74.44%，其他均为钢结构住宅[6]。住宅所用部品部件高标准化，易于机械化生产；具有通用性，可在市场中自由买卖；具有配套的施工机具，实现了装配式装修现场无湿作业。美国的 LOT-EK 设计事务所通过改造废旧集装箱作为建筑的母体进行建筑设计，强调功能与形式的表达、开放性的营造、模块化的应用及室内空间的协调，并完成了一些集装箱建筑项目[7-10]。
日本的高层装配式住宅，结构形式主要有预制装配式混凝土框架结构(RPC)，在此基础上，结合预制混凝土结构和钢结构的优点研发了 HPC 结构体系，多应用于办公类建筑中[11-13]。日本在低层或多层住宅中开发了模块化建筑，新建的 1-4 层建筑大多采用钢结构和木结构，实现了住宅的高度装配化和集成化[14]。
2015 年 1 月至 7 月，德国开工建设的 59752 套独栋或双拼住宅中预制装配式建筑为 8934 套，占比达到 16%，多以木结构体系为主，常用木框板结构、木框架结构和层压实木板材结构[15-17]。
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第 2 章 低层装配式住宅分类与 BIM 技术应用
2.1 低层装配式建筑的分类
装配式建筑发展至今可划分多种类型，根据建筑材料可分为钢结构、预制混凝土结构（PC 结构）和木结构[55]。
2.1.1 低层钢结构
钢结构按钢材轻重区分，分为轻型钢结构、普通钢结构和重型钢结构。轻钢结构是以轻钢为结构，用钢量通常在 30~50kg/m2，普通钢结构用钢量通常在50~80kg/m2，重型钢结构通常在 80kg/m2以上。
低层钢结构住宅体系以轻型钢结构为主。轻型钢结构指主要受力构件采用轻型冷弯薄壁型钢，轻型焊接和高频焊接型钢，薄钢板，薄壁钢管，轻型热轧型钢及以上各构件拼接、焊接而成的组合构件，大量采用轻质围护隔离材料的单层、多层建筑[56]。低层钢结构住宅常用住宅体系可分为两类:一类是冷弯薄壁型钢结构体系，以密排的薄壁型钢作为承重结构；另一类是钢框架结构体系，以轻型钢梁和钢柱作为承重结构[57]。如表 2-1 所示为近年来我国部分低层钢结构住宅示范工程。相比于传统低层结构住宅，低层钢结构住宅的突出特点为：
1) 空间分布和布置灵活、装配化程度高。
2) 自重轻、承载力高、抗震性能优越。
3) 绿色、环保、节能、可持续发展。
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2.2 BIM 技术在装配式体系中的应用价值
装配式建筑建造全生命周期中，装配式有标准化、模块化等特性[66]，信息频繁交换、缺乏协同设计会导致项目变更、施工工期延长以及成本提高，装配式建筑最大的特点是工作前置，生产、安装单位需要提前参与到设计的过程中。BIM 技术可应用于装配式建筑的全生命周期，集装配式建筑的设计、生产、施工安装、运维于一体，具有可视化、完备性、协调性、互用性的显著特点。因此，装配式体系中使用 BIM 技术设计、生产、施工和管理是自然而又必然的选择。
2.2.1 设计阶段
BIM 技术在建筑设计阶段的应用手段是建立模型，在此基础上，模型可自由组合，为业主提供不同的方案选择，并通过 BIM 技术基本功能的模拟、经济性分析对方案进行优选。还可通过建立协同机制、构件拆分、碰撞检测实现协同设计，完成深化设计，得到深化设计模型的图纸，构造节点详图等。BIM 技术的应用可有效控制建造成本，提高构件工厂生产的质量，确保构件施工安装的精度。
(1) 标准化设计
建筑工业化发展的基础是构件标准化设计，包括户型、部品部件、设计的标准化。标准化设计是提升建筑工程质量和品质的关键因素。装配式建筑部品部件的精细度要求较为严格，标准化建模与后期生产施工紧密相连。美国建筑师学会为了规范不同阶段的 BIM 工程师对模型详细程度提出了模型深度等级表，来定义模型中组件元素的级别和精度的标准[67-68]。
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3.1 木丝水泥板材料性能分析 ························ 25
3.2 工程应用比较 ···································· 28
第 4 章 基于 BIM 的木丝水泥墙板结构住宅应用分析 ··············· 39
4.1 工程概况 ····························· 39
4.2 设计阶段应用 ······························ 39
第 4 章 基于 BIM 的木丝水泥墙板结构住宅应用分析
4.1 工程概况
项目位于浙江省湖州市，总用地面积 155855m2，总建筑面积 70800m2，其中有多层洋房（每套 140m2）、联排别墅（分别有每套 300m2和 140m2），层数有 2 层、3层和 6 层，工程整体效果图如图 4-1 所示。结构设计使用年限为 50 年，标准设防类，
抗震设防烈度为 6 度，设计基本地震加速度值为 0.05g，设计地震分组为第一组，抗震等级为四级，基本风压为 0.45k N/m2，基本雪压为 0.45k N/m2。
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本文对低层装配式建筑的发展、结构体系分类、技术特征做了详尽的论述，提出了一种适用于低层结构的木丝水泥墙板装配式结构体系，分析了轻型钢框架结构与木丝水泥墙板装配式结构的拆分设计、施工方法以及经济指标的异同之处和各自的特点。结合工程实例，探究 BIM 技术应用于低层装配式建筑的有效性。通过上述研究过程，本文得到如下结论：
1) 本文基于传统钢筋混凝土框架结构的基础上提出了一种新型低层装配式建筑结构体系：该体系由板厚 20mm 的木丝水泥板作免拆模板，与梁柱共同作用。围护体系采用板厚 220mm 具有保温隔热、吸音防潮性能的木丝水泥预制保温墙板。该体系的单方成本为 1398 元/m2，较为经济。结构主要采用钢筋混凝土为主体，接受度高。采用木丝水泥板低碳材料做围护体系和结构模板，易于推广。
2) 设计并试验了木丝水泥板材料形变性能，试验记录各级荷载作用后各试件的位移，并绘制出荷载-挠度曲线图，其荷载-挠度曲线图符合《木丝水泥板应用技术规程》JGJ/T 377-2016 要求。
3) 通过研究对比轻钢框架结构体系和木丝水泥墙板结构体系的拆分方案、施工方法、经济指标。结果表明轻钢框架结构体系成本高，虽技术成熟，但接受度低；而本文提出的新型体系虽现场湿作业量大，但较为经济，接受度高，易于推广。
4) 以湖州市某工程项目为实例，介绍了 BIM 技术在木丝水泥墙板体系中的应用。建立信息化模型，为工程的设计阶段、生产阶段和施工阶段提供精确的参数化依据，为进一步推广该新型低层装配式建筑体系应用提出相应建议。
本文比较研究的种类繁杂、工作量大，导致有些计划中的研究工作未能深入，存有遗憾。此外，文中所选取的建筑实践案例毕竟有限，并不能涵盖当前所有的低层装配式建筑的类型，文中的比较研究和所提出的设计策略仍存在一定的局限性，望后续能够进一步完善这一领域的研究工作，并开发出适用于多种领域、更加适合我国国情的低层装配式建筑住宅产品。
参考文献(略)