教育部新兴领域“十四五”高等教育教材体系建设｜碳中和城市与绿色智慧建筑系列教材｜《绿色建筑BIM建造与构造设计》绿色建筑装配式内装修系统建造与构造设计｜实践重点案例
教学案例
课程简介
课程名称：超高性能混凝土（UHPC）新型蒙古包建筑设计与建造——2022—2023学年东南大学建筑学院—内蒙古工业大学建筑学院本科联合建造毕业设计
指导教师：张宏、张弦、张蕾、张旭 （东南大学）；伊若勒泰、白苏日吐（内蒙古工业大学）
辅导教师：叶红雨、孙旻杰、孔哲、周欣、王海宁
企业教师：
阳知乾（江苏苏博特新材料股份有限公司）
伍雁华（东南大学建筑设计研究院有限公司）
胡勇（南京中瓴华汇新材料系统工程集团有限公司）
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课程背景
本课程以曲面结构建筑的绿色低碳建造为目标，将新型绿色建材超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，以下简称UHPC）用于新型蒙古包建筑的设计。课程指导学生设计兼具曲面美学与高传力效率UHPC组合曲面结构建筑，同时教授学生在建造逻辑下进行装配式内装修构件的分件及其构造设计。BIM技术贯穿整个教学过程的方案设计、施工设计和建造设计，帮助学生理解结构构件系统、围护构件系统，以及装配式内装修构件的建造流程，并有效管理绿色建筑全流程设计数据，促进真实建造的可行性，以及建造效率的提升。
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课程内容
1.方案设计
方案设计主要研究UHPC的物理力学特性，运用BIM构件法建筑设计与建造原理，初步确定结构构件系统、围护构件系统的分类与分件设计方案。设计需兼顾内蒙古草原冬冷夏暖的气候特性，功能应能够适应传统居民的聚集互动生活习惯，并融入当地传统游牧文化审美特征。
2.施工图设计
施工图设计引入BIM装配式内装修建造设计，在优化结构构件、围护构件分件设计的同时，结合内蒙古当地游牧文化特色与宗教元素，设计具备开放和通用性的室内可变空间，可通过设置集成式厨房与卫浴，以及可变家具陈设来确保各个功能区域模块的使用便捷性。
3.建造图设计
建造图设计结合BIM技术进一步生成建筑结构系统、围护系统，以及内装修系统的生产—转运—装配等建造模拟文件，包括BIM构件分件图、BIM构造节点大样图、BIM建造工序流程图，以及工序模拟视频等。
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课程结构与教学组织
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优秀作业
云居
王筱远、刘琦琳、陈耕山、刘一
该组在研究了内蒙古草原气候特征、游牧民族文化审美、传统蒙古包建筑形态，以及地域性室内空间功能需求的基础上，设计出了装配式UHPC组合曲面结构建筑。应用BIM软件Rhino，从方案设计到建造设计实现全构件系统的数据生成与协同管理，包括基础柱、UHPC壳体、钢框架外围护支撑构件，以及内装修构件系统的BIM精细化建模。利用Rhino平台的Grasshopper插件自动导出构件数据表，自动生成指导建造的BIM-2D技术图纸。
该组在室内装修设计上采用装配式内装设计理念，通过模块化与标准化设计方法，提升了曲面结构的空间利用效率，并实现了曲面空间内部功能的灵活配置。设计采用集成式厨房、模块化储物单元和集成式卫浴系统。集成式厨房通过模块化设计，将准备区、烹饪区、清洁区域，以及用餐区进行合理安排。储物单元遵循模块化设计，划分了储物柜、飘窗柜，以及书架三种收纳模块区域。同时以集成式卫浴内装构造设计为例进行深化，明确了构件的材质与尺寸细节，并且细化了墙身内装饰构造节点和地面挡水构造节点。
“云居” 鸟瞰效果图
“云居”立面效果图
“云居”BIM模型
“云居”BIM设计全流程数据管理
“云居”BIM 模拟建造工序
“云居” 室内效果图
“云居”平面图 (BIM-2D技术图纸)
“云居”集成式厨房系统模块化设计
“云居”储物单元模块化设计
“云居”集成式卫浴系统平面图 (BIM-2D技术图纸)
“云居”内装修构件连接节点图（BIM-2D技术图纸，上：地面挡水构造节点；下：墙身构造节点）
“云居” 成果展示 Html5(H5)网页成果展示
（https://solarark.net/g2023/house1/）
教师点评：
该组同学的设计成果体现了对内蒙古草原气候和文化的理解，将UHPC材料应用于装配式曲面结构建筑的建造与构造设计，同时对内装修构件进行了建造逻辑下的构造设计。通过BIM软件对全构件系统进行建模与设计优化，模块化的厨房、储物单元和卫浴系统优化了空间利用，提升了功能灵活性，结合BIM定量化设计数据生成与管理，该组在BIM装配式室内装修构造设计方面的拓展具备了一定创新性，整个设计流程让"云居"具备了极大的可真实建造的潜力。
草原星辰-Solar Ark 4.0
刘艾天、田浩然、黄世程、王辰宇、乔丹
该组设计方案旨在最小化新型蒙古包与传统蒙古包形态的差异，最大化传承内蒙古草原文化，并实现快速真实的建造。该组同学利用UHPC设计出了曲面结构与围护系统一体化的空间原型。学生利用BIM工具完成了曲面结构与围护构件系统的分类和分件设计、生产工艺设计、转运设计，以及建造流程设计。所有建造技术图纸，包括平面、立面、剖面图纸、构造节点大样及构件数据表均由BIM模型自动导出。最终，该设计流程支持了2023年7月至9月在内蒙古工业大学校园内的工程建造。
该组在室内装修设计中延续了传统蒙古包的设计理念，即“向心无柱”的开放空间。通过增设轻质外挂水泥纤维板内隔墙和可变家具灵活布局，划分出公共空间（开放式厨房、客厅）、服务空间（餐厨、卫浴、设备间、衣帽间），以及私密与休憩空间（主卧、次卧），形成了空间可变、功能连贯且通用的曲面结构空间。采用装配式内装设计理念，设计了模块化集成式厨房和卫浴系统，将50mmUHPC内装饰面层、150mm夹心岩棉保温、20mmUHPC防水层集成在UHPC保温防水装饰一体化的壳体构件单元。在地面装饰和四面入口的围护结构内部均采用了绿色建材木材作为饰面层。
“Solar Ark 4.0”草原环境整体效果图 "Solar Ark 4.0" 室内效果图
“Solar Ark 4.0” BIM 模型
“Solar Ark 4.0” 构件分件与组构示意图
“Solar Ark 4.0” BIM模拟建造工序
“Solar Ark 4.0” 平面图
“Solar Ark 4.0” 室内模块化可变空间划分
“Solar Ark 4.0”装配式内装修室内家具布置
“Solar Ark 4.0” UHPC保温防水装饰一体化构造剖面图
“Solar Ark 4.0” 成果展示 Html5(H5)网页成果展示
（https://www.solarark.net/#/Courses）
教师点评：
该组同学应用了BIM技术实现了全构件系统数据化建模与建造设计优化，延续了传统蒙古包的设计理念，在新型蒙古包建筑中引入了功能可变的曲面结构通用大空间，模块化地划分了公共空间、服务空间及私密休憩空间，适应了内蒙古草原传统居民聚集与互动的生活习惯和需求。此外，本组基于BIM在内装修构件系统的建造与构造设计中，创新性地将内装饰面层与保温防水构造集成到壳体构件单元中。壳体构件统一在工厂预制后再运输到现场进行安装，因此大大提高了实际建造效率。
课程总结
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教学特色
1.BIM全流程数据化设计教学
培养学生应用Rhino软件进行全流程的BIM数据化设计，包括方案设计、施工设计和建造设计，内容涵盖构件分类、生产工艺、转运、建造流程及性能优化。结合BIM技术运用绿色建筑建造与构造设计知识，以实际建造为目标进行定量的BIM构造设计优化。
2.绿色低碳建材应用设计教学
本课程引导学生运用UHPC和竹木材内装饰材料等绿色低碳建材，强调UHPC在建筑结构中的高效传力效率，以及竹木材料在室内装修的生态环保和低环境影响的优势。学生将学习到如何在结构、围护与室内装修设计中应用绿色低碳建材，保证高效建造的同时发挥其节能减碳的效益。
3.绿色装配式内装修模块化与标准化构件设计教学
本课程教授学生如何通过BIM技术实现内装修系统的模块化与标准化设计，从而指导绿色装配式建筑内装修构件系统的真实建造。学生通过BIM技术采用标准化构件设计方法对于内装构件进行BIM三维建模设计，以及连接构造深化设计，并导出BIM二维图纸。
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教学总结
本课程基于构件法建筑设计理论，旨在让学生学会如何将BIM数据化协同设计工具运用在建筑的方案设计、施工图设计和建造图设计全流程中，以真实建造为目标建立三维精细化构件模型，创建标准化构件数据系统，从而支持绿色建筑全构件系统的设计优化。通过本课程，学生不仅拓宽了在绿色建筑建造与构造方面的理论知识，还提升了将BIM技术应用于绿色建筑3D构造设计的能力，促进了学生在建筑设计中实现从图纸化设计向真实建造模式转变。
“Solar Ark 4.0” 项目建造过程
“Solar Ark 4.0” 项目建成实景
“Solar Ark 4.0” 室内建成实景
文本：李若天 黄宝麟 孙旻杰 杨文生
图片：李若天 黄宝麟
排版：黄宝麟 杨文生
审核：张宏 黄宝麟 孙旻杰 罗申 张军军
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微信编辑：柏铭泽
微信复审：王 惠
微信终审：陈 桦
