BIM技術(shù)在住宅建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

鄧維偉

航空工業(yè)昌河飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 江西景德鎮(zhèn) 333000

我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展帶動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)發(fā)展迅速，推動(dòng)我國(guó)提前進(jìn)入現(xiàn)代化發(fā)展階段。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是住宅建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，其直接關(guān)系著住宅建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)用的穩(wěn)定性、安全性。新經(jīng)濟(jì)形態(tài)下，建筑工程獲得了快速發(fā)展，建筑的結(jié)構(gòu)形式愈發(fā)復(fù)雜，人們對(duì)于住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量也提出較高要求。依托BIM技術(shù)開(kāi)展設(shè)計(jì)工作已經(jīng)成為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要形式，該技術(shù)在建立建筑信息模型的基礎(chǔ)上，確保了各單元設(shè)計(jì)工作的有序開(kāi)展，有效地提升了設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性、科學(xué)性。

1 BIM的概念

建筑信息模型（Building Information Modeling）簡(jiǎn)稱BIM。是近幾年被提出來(lái)的新概念，采用的是最新最先進(jìn)的建筑軟件設(shè)計(jì)理念，其中的“建筑信息”指的是建筑項(xiàng)目空間的設(shè)計(jì)與建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)信息，而“模型”指的是在項(xiàng)目開(kāi)始之前，對(duì)項(xiàng)目過(guò)程的描述、建筑運(yùn)營(yíng)進(jìn)行模擬，因?yàn)椴捎肂IM技術(shù)可以提前清楚的了解項(xiàng)目的建造和使用情況，因此BIM有著“一套描述建筑建造生命周期過(guò)程的信息模型”的稱號(hào)。BIM是由多個(gè)專業(yè)共同完成的，它是一個(gè)集多元化、信息化于一體的一個(gè)模型，包含了整體項(xiàng)目的建模、數(shù)字建筑模型的建構(gòu)、項(xiàng)目生命周期管理、可以更完善的展示出設(shè)計(jì)的模型在建筑物建造過(guò)程中的狀況，能夠讓相關(guān)人員清楚的看到建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)成果、施工過(guò)程、預(yù)計(jì)使用時(shí)間、拆除后的材料處理等，可以看到整個(gè)建筑物的生命周期[1]。

2 BIM技術(shù)的基本特點(diǎn)

作為現(xiàn)代工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的技術(shù)支撐，BIM技術(shù)在建立三維數(shù)據(jù)模型后，實(shí)現(xiàn)了工程信息數(shù)據(jù)的高效利用，有效地保證了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性、全面性。從BIM技術(shù)應(yīng)用過(guò)程來(lái)看，其應(yīng)用特點(diǎn)包括：其一，協(xié)調(diào)性，依托BIM技術(shù)后開(kāi)展工程設(shè)計(jì)，能在協(xié)調(diào)各單元功能的基礎(chǔ)上，減少設(shè)計(jì)沖突問(wèn)題的發(fā)生，這提升了設(shè)計(jì)結(jié)果的表現(xiàn)效果。其二，模擬性，BIM技術(shù)的模型性不僅表現(xiàn)在其能模擬設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)，而且表現(xiàn)在其能對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行模擬分析，找出合理解決措施。其三，優(yōu)化性，建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含較多內(nèi)容，依托BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)各單元的組合優(yōu)化，確保結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性和安全性。其四，BIM技術(shù)還有可視化和可出圖性的特點(diǎn)，這在提升設(shè)計(jì)效率的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)人員內(nèi)部、設(shè)計(jì)人員及施工人員的快速交流，提升了建筑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、系統(tǒng)性。

3 BIM應(yīng)用的挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)

3.1 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)

BIM進(jìn)展中涉及的主要挑戰(zhàn)之一是BIM工具成果的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和網(wǎng)絡(luò)安全。由于信息共享使團(tuán)隊(duì)成員可以訪問(wèn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)，因此網(wǎng)絡(luò)安全是一個(gè)令人擔(dān)憂的問(wèn)題，因?yàn)橛锌赡艹霈F(xiàn)在線未授權(quán)訪問(wèn)和侵犯版權(quán)的情況。通過(guò)文獻(xiàn)總結(jié)，可以將主要的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題歸納為以下三種類型：一是需要定義良好的事務(wù)性構(gòu)建過(guò)程模型來(lái)消除數(shù)據(jù)互操作性問(wèn)題；二是需要設(shè)計(jì)數(shù)字設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)去滿足可計(jì)算的要求；三是需要提出和發(fā)展改善比較具有實(shí)用性的策略，以達(dá)到BIM模型組件之間有目的地交換和集成有意義信息的目的。

3.2 管理風(fēng)險(xiǎn)

利用BIM有各種潛在的好處，以及可預(yù)見(jiàn)的高采用率，但使用BIM的總體有效性尚未完全確定。BIM實(shí)時(shí)輸出的特性使得管理成為一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。BIM管理需要進(jìn)行一系列風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避活動(dòng)，包括雙方關(guān)于模型訪問(wèn)、軟件、安全、信息、歸檔、傳輸?shù)鹊膮f(xié)議。為了避免現(xiàn)實(shí)狀況中關(guān)于BIM責(zé)任、限制和責(zé)任的爭(zhēng)論，在管理BIM時(shí)可以實(shí)施一種新的合同形式，即涵蓋直接涉及的所有各方或者可能受BIM工作方法影響的其他任何合作方都應(yīng)制定涵蓋法律問(wèn)題的BIM協(xié)議，該協(xié)議可作為主合同的修正案。同時(shí)，也將允許任何參與各方在采用BIM時(shí)保留他們習(xí)慣的合同。

4 BIM技術(shù)在住宅建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1 優(yōu)化出圖

BIM技術(shù)在住宅建筑設(shè)計(jì)階段的一大應(yīng)用特色是優(yōu)化出圖，首先可以利用BIM軟件建立三維模型，根據(jù)需求自動(dòng)生成建筑的立面圖、俯視圖及剖面圖等，這樣可以為設(shè)計(jì)師節(jié)省大量畫圖時(shí)間，把更多時(shí)間與精力放在優(yōu)化設(shè)計(jì)上，不斷提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。但現(xiàn)階段BIM軟件自動(dòng)出圖最大的局限是自動(dòng)生成的圖紙不能完全滿足建筑工程規(guī)范要求，還需要對(duì)軟件生成的圖紙進(jìn)行大量修改，這無(wú)疑增加了設(shè)計(jì)師的工作量，如若能解決這種軟件自動(dòng)出圖和最后實(shí)際圖紙之間“最后一公里”的問(wèn)題，可以極大地提高設(shè)計(jì)效率，為建筑工程設(shè)計(jì)“添磚加瓦”。

4.2 規(guī)劃建筑空間

空間規(guī)劃是住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，同時(shí)也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初始環(huán)節(jié)。首先在確定建設(shè)區(qū)域后，設(shè)計(jì)人員需對(duì)該區(qū)域進(jìn)行空間規(guī)劃，例如，當(dāng)面臨較為復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)和狀況時(shí)，設(shè)計(jì)人員不僅要考慮建筑區(qū)域的坡向，而且需對(duì)坡高、斜率等因素做深入分析，整體設(shè)計(jì)難度較大。對(duì)此，設(shè)計(jì)人員可通過(guò)GIS技術(shù)進(jìn)行建設(shè)區(qū)域相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，建立BIM三維模型，并將獲得的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)納入模型當(dāng)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)資料的矢量標(biāo)記，然后全方位、多角度地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，在完成分析控制后，可開(kāi)展空間規(guī)劃和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。尤其是在坡向、坡高、建筑物內(nèi)部設(shè)計(jì)中，其能系統(tǒng)開(kāi)展視野分析、可視度分析，然后對(duì)具體設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)內(nèi)容進(jìn)行功能調(diào)試，這有效地提升了建筑空間設(shè)計(jì)質(zhì)量，滿足了三維空間規(guī)劃的實(shí)際情況。

4.3 基于BIM技術(shù)的垂直空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果

在大空間的住宅建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有著較高的要求，垂直空間的設(shè)計(jì)上，由于內(nèi)部空間整體跨度較大，在BIM設(shè)計(jì)中采用了剪力墻分段切割的方式，從而使垂直空間保持一定的支撐力。并且，在頂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，將實(shí)心吊頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行鏤空設(shè)計(jì)，從而在減輕頂部結(jié)構(gòu)自重的同時(shí)，也突出了BIM技術(shù)在綠色節(jié)能建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

4.4 整合設(shè)計(jì)

整合設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是針對(duì)不同的設(shè)計(jì)任務(wù)的設(shè)計(jì)循環(huán)組合，即將建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)劃分為不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)，在這個(gè)基礎(chǔ)上，安排不同的人員對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，后面的設(shè)計(jì)要以一階段設(shè)計(jì)的成果為依據(jù)，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行下一階段設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要不斷的對(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)整，并且要同不同部門的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通交流，從而滿足建筑設(shè)計(jì)的要求。一個(gè)BIM模型并非簡(jiǎn)單的說(shuō)就能夠做出來(lái)的，BIM的完成必須依靠相應(yīng)的設(shè)計(jì)軟件來(lái)進(jìn)行完善處理，而B(niǎo)IM中存在著大量的數(shù)據(jù)信息和設(shè)計(jì)理念，因此BIM必須依附于最新的信息技術(shù)，這個(gè)技術(shù)可以有效地處理龐大的圖片與文件信息，而且更重要的是在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，每個(gè)行業(yè)都有各自行業(yè)的準(zhǔn)則和規(guī)章制度，因此BIM技術(shù)需要有標(biāo)準(zhǔn)化的配套措施，使設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的建模可以與業(yè)界達(dá)到共同的目標(biāo)，將BIM導(dǎo)入于建物生命周期最初的規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)間，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與資源共享，在建筑項(xiàng)目的生命周期內(nèi)，設(shè)計(jì)人員根據(jù)自己的專業(yè)知識(shí)，利用BIM整合所有的信息，對(duì)這些信息分別進(jìn)行處理，可以使建筑設(shè)計(jì)的施工人員減少營(yíng)建工程成本以及增加工程質(zhì)量，讓建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)人員提高工作的效率[2]。

4.5 參數(shù)化設(shè)計(jì)

在BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，都要以設(shè)計(jì)參數(shù)和優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)作為主要的專業(yè)技術(shù)設(shè)計(jì)核心，在此設(shè)計(jì)過(guò)程中，還要增強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)和優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的技術(shù)重視性和程度，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案要求進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，根據(jù)每個(gè)商品的實(shí)際價(jià)格，通過(guò)市場(chǎng)綜合比對(duì)，對(duì)商品原材料價(jià)格進(jìn)行一個(gè)商業(yè)化的定價(jià)。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)技術(shù)的最大弊端太多，比如企業(yè)時(shí)效性數(shù)據(jù)太差，這主要是因?yàn)槠髽I(yè)人工效率低，他們只對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入，造成技術(shù)數(shù)據(jù)過(guò)多，使企業(yè)技術(shù)人員將大量時(shí)間精力同時(shí)投入在非技術(shù)階段，不同的一點(diǎn)是BIM技術(shù)人員可以及時(shí)有效解決此類技術(shù)問(wèn)題。因此，這就非常需要在工程施工管理過(guò)程中，重視實(shí)際監(jiān)控工程質(zhì)量，找到其中存在漏洞，讓專業(yè)技術(shù)人員對(duì)工程質(zhì)量安全存在問(wèn)題，進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督檢查。

4.6 鋼結(jié)構(gòu)建模設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)建筑能有效地滿足大空間、大跨度建筑的應(yīng)用需要，規(guī)范開(kāi)展鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于整個(gè)建筑工程行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展具有積極作用。相比于鋼筋混凝土建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有較大難度，一方面，鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件布置較為復(fù)雜；另一方面，鋼結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)的難度較大。新時(shí)代，依托BIM技術(shù)開(kāi)展鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能有效地解決實(shí)際設(shè)計(jì)問(wèn)題，提升鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。在鋼結(jié)構(gòu)建筑BIM技術(shù)設(shè)計(jì)中，應(yīng)注重以下要點(diǎn)：其一，設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)建設(shè)鋼結(jié)構(gòu)模型，然后對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的高度進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)段，以此來(lái)為構(gòu)件的連接設(shè)計(jì)提供計(jì)算依據(jù)；其二，要實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)各構(gòu)件的有效鏈接，在BIM設(shè)計(jì)中，應(yīng)注重結(jié)構(gòu)參數(shù)的矢量轉(zhuǎn)化，尤其是對(duì)于一些重要參數(shù)，應(yīng)在模型上進(jìn)行標(biāo)記，減少設(shè)計(jì)漏洞問(wèn)題發(fā)生；其三，在鋼構(gòu)件設(shè)計(jì)中，應(yīng)重視擬建工程要求數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)、構(gòu)件規(guī)格參數(shù)的共享，通過(guò)這些數(shù)據(jù)鋼結(jié)構(gòu)鏈接件數(shù)量、距離等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，這樣可確保構(gòu)件鏈接的緊密性；其四，加強(qiáng)構(gòu)件設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容，項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，可以依托BIM技術(shù)開(kāi)展鋼建筑加強(qiáng)構(gòu)件設(shè)計(jì)，這樣不僅能確保加強(qiáng)構(gòu)件位置設(shè)計(jì)準(zhǔn)確，滿足實(shí)際應(yīng)用需要，而且能促進(jìn)加強(qiáng)構(gòu)件職能發(fā)揮，提升就鋼建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。

4.7 增加對(duì)BIM的研究

目前，BIM技術(shù)的應(yīng)用對(duì)住宅建筑設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)還是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，因此還有許多的發(fā)展空間，而我國(guó)在BIM無(wú)論是在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用范圍還是在文獻(xiàn)著作方面都遠(yuǎn)不及西方發(fā)達(dá)國(guó)家水平，而且大多數(shù)的西方軟件，在我國(guó)不僅要收取昂貴的專利費(fèi)用，而且相關(guān)項(xiàng)目信息涉及國(guó)家信息安全，因此增加對(duì)BIM科研系統(tǒng)的投入，使我國(guó)在BIM技術(shù)上有了質(zhì)的突破，以保障國(guó)家安全、減少專利支出，才能從根本上解決問(wèn)題。而且對(duì)BIM的設(shè)計(jì)投入增加，也可以提高設(shè)計(jì)效率，有效控制項(xiàng)目建設(shè)成本，提高運(yùn)營(yíng)水平，實(shí)現(xiàn)建筑智能化，一舉多得。

4.8 節(jié)約材料

由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)、科技不斷發(fā)展，城市的建筑工程建設(shè)也不斷創(chuàng)新，使建造行業(yè)迅速發(fā)展。為了更好地將我國(guó)建筑行業(yè)做好、做大、做強(qiáng)，在我國(guó)綠色施工公共建筑的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，BIM技術(shù)也被引用到綠色裝飾公共建筑中，滿足現(xiàn)代人們對(duì)各種綠色建筑施工的各種需求，因此，我們?cè)诟鞣N裝飾公共建筑的綠色施工過(guò)程中，可以有效地避免建筑施工管理過(guò)程中，因各種技術(shù)沖突因素導(dǎo)致的材料返工及建筑材料大量浪費(fèi)等各種情況的發(fā)生，節(jié)約我們綠色施工公共建筑在各種裝飾建筑材料的總使用量[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在效率低、成本高、周期長(zhǎng)等一系列問(wèn)題，制約了建筑行業(yè)的發(fā)展。然而，BIM技術(shù)在住宅建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)中的應(yīng)用，標(biāo)志著建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念轉(zhuǎn)型的開(kāi)始，其能夠有效提升建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率。并且，隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的日益成熟，可對(duì)住宅建筑工程結(jié)構(gòu)的BIM模型進(jìn)行實(shí)時(shí)在線分析，從而準(zhǔn)確定位建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，給出具有可行性的優(yōu)化建議，使建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加智能化、科學(xué)化。