BIM技術在住宅建筑設計中的應用

鄧維偉

航空工業昌河飛機工業（集團）有限責任公司 江西景德鎮 333000

我國經濟建設的快速發展帶動我國建筑行業發展迅速，推動我國提前進入現代化發展階段。結構設計是住宅建筑工程項目設計的重要內容，其直接關系著住宅建筑結構應用的穩定性、安全性。新經濟形態下，建筑工程獲得了快速發展，建筑的結構形式愈發復雜，人們對于住宅建筑結構設計的質量也提出較高要求。依托BIM技術開展設計工作已經成為建筑結構設計的重要形式，該技術在建立建筑信息模型的基礎上，確保了各單元設計工作的有序開展，有效地提升了設計的系統性、科學性。

1 BIM的概念

建筑信息模型（Building Information Modeling）簡稱BIM。是近幾年被提出來的新概念，采用的是最新最先進的建筑軟件設計理念，其中的“建筑信息”指的是建筑項目空間的設計與建筑項目設計的數據信息，而“模型”指的是在項目開始之前，對項目過程的描述、建筑運營進行模擬，因為采用BIM技術可以提前清楚的了解項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程的信息模型”的稱號。BIM是由多個專業共同完成的，它是一個集多元化、信息化于一體的一個模型，包含了整體項目的建模、數字建筑模型的建構、項目生命周期管理、可以更完善的展示出設計的模型在建筑物建造過程中的狀況，能夠讓相關人員清楚的看到建設項目的規劃、設計成果、施工過程、預計使用時間、拆除后的材料處理等，可以看到整個建筑物的生命周期[1]。

2 BIM技術的基本特點

作為現代工程項目設計的技術支撐，BIM技術在建立三維數據模型后，實現了工程信息數據的高效利用，有效地保證了建筑結構設計的系統性、全面性。從BIM技術應用過程來看，其應用特點包括：其一，協調性，依托BIM技術后開展工程設計，能在協調各單元功能的基礎上，減少設計沖突問題的發生，這提升了設計結果的表現效果。其二，模擬性，BIM技術的模型性不僅表現在其能模擬設計人員設計的建筑結構，而且表現在其能對相關設計問題進行模擬分析，找出合理解決措施。其三，優化性，建筑工程結構設計包含較多內容，依托BIM技術可實現各單元的組合優化，確保結構整體的穩定性和安全性。其四，BIM技術還有可視化和可出圖性的特點，這在提升設計效率的基礎上，實現了設計人員內部、設計人員及施工人員的快速交流，提升了建筑機構設計的科學性、系統性。

3 BIM應用的挑戰和風險

3.1 技術風險

BIM進展中涉及的主要挑戰之一是BIM工具成果的知識產權和網絡安全。由于信息共享使團隊成員可以訪問項目數據，因此網絡安全是一個令人擔憂的問題，因為有可能出現在線未授權訪問和侵犯版權的情況。通過文獻總結，可以將主要的技術風險問題歸納為以下三種類型：一是需要定義良好的事務性構建過程模型來消除數據互操作性問題；二是需要設計數字設計數據去滿足可計算的要求；三是需要提出和發展改善比較具有實用性的策略，以達到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 管理風險

利用BIM有各種潛在的好處，以及可預見的高采用率，但使用BIM的總體有效性尚未完全確定。BIM實時輸出的特性使得管理成為一項具有挑戰性的任務。BIM管理需要進行一系列風險規避活動，包括雙方關于模型訪問、軟件、安全、信息、歸檔、傳輸等的協議。為了避免現實狀況中關于BIM責任、限制和責任的爭論，在管理BIM時可以實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制定涵蓋法律問題的BIM協議，該協議可作為主合同的修正案。同時，也將允許任何參與各方在采用BIM時保留他們習慣的合同。

4 BIM技術在住宅建筑設計中的應用

4.1 優化出圖

BIM技術在住宅建筑設計階段的一大應用特色是優化出圖，首先可以利用BIM軟件建立三維模型，根據需求自動生成建筑的立面圖、俯視圖及剖面圖等，這樣可以為設計師節省大量畫圖時間，把更多時間與精力放在優化設計上，不斷提高設計效率和設計質量。但現階段BIM軟件自動出圖最大的局限是自動生成的圖紙不能完全滿足建筑工程規范要求，還需要對軟件生成的圖紙進行大量修改，這無疑增加了設計師的工作量，如若能解決這種軟件自動出圖和最后實際圖紙之間“最后一公里”的問題，可以極大地提高設計效率，為建筑工程設計“添磚加瓦”。

4.2 規劃建筑空間

空間規劃是住宅建筑結構設計的重要內容，同時也是建筑結構設計的初始環節。首先在確定建設區域后，設計人員需對該區域進行空間規劃，例如，當面臨較為復雜的空間結構和狀況時，設計人員不僅要考慮建筑區域的坡向，而且需對坡高、斜率等因素做深入分析，整體設計難度較大。對此，設計人員可通過GIS技術進行建設區域相關數據的采集，建立BIM三維模型，并將獲得的基礎性數據納入模型當中，進行數據資料的矢量標記，然后全方位、多角度地進行數據分析，在完成分析控制后，可開展空間規劃和結構設計。尤其是在坡向、坡高、建筑物內部設計中，其能系統開展視野分析、可視度分析，然后對具體設計的結構內容進行功能調試，這有效地提升了建筑空間設計質量，滿足了三維空間規劃的實際情況。

4.3 基于BIM技術的垂直空間結構設計效果

在大空間的住宅建筑工程結構設計中，對于建筑結構的穩定性有著較高的要求，垂直空間的設計上，由于內部空間整體跨度較大，在BIM設計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，在頂部結構設計中，將實心吊頂結構進行鏤空設計，從而在減輕頂部結構自重的同時，也突出了BIM技術在綠色節能建筑設計中的應用優勢。

4.4 整合設計

整合設計簡單來說就是針對不同的設計任務的設計循環組合，即將建設項目設計劃分為不同的設計目標，在這個基礎上，安排不同的人員對項目進行設計，在設計的過程中，后面的設計要以一階段設計的成果為依據，在其基礎上進行下一階段設計。在設計過程中，設計人員需要不斷的對設計項目進行調整，并且要同不同部門的設計人員進行溝通交流，從而滿足建筑設計的要求。一個BIM模型并非簡單的說就能夠做出來的，BIM的完成必須依靠相應的設計軟件來進行完善處理，而BIM中存在著大量的數據信息和設計理念，因此BIM必須依附于最新的信息技術，這個技術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計的過程中，每個行業都有各自行業的準則和規章制度，因此BIM技術需要有標準化的配套措施，使設計人員設計的建模可以與業界達到共同的目標，將BIM導入于建物生命周期最初的規劃設計時間，通過計算機對其進行數據分析與資源共享，在建筑項目的生命周期內，設計人員根據自己的專業知識，利用BIM整合所有的信息，對這些信息分別進行處理，可以使建筑設計的施工人員減少營建工程成本以及增加工程質量，讓建筑項目的設計人員提高工作的效率[2]。

4.5 參數化設計

在BIM設計系統中，都要以設計參數和優化產品設計作為主要的專業技術設計核心，在此設計過程中，還要增強對設計參數和優化產品設計的技術重視性和程度，嚴格按照設計方案要求進行設計施工，根據每個商品的實際價格，通過市場綜合比對，對商品原材料價格進行一個商業化的定價。傳統數據技術的最大弊端太多，比如企業時效性數據太差，這主要是因為企業人工效率低，他們只對其數據進行數據導入，造成技術數據過多，使企業技術人員將大量時間精力同時投入在非技術階段，不同的一點是BIM技術人員可以及時有效解決此類技術問題。因此，這就非常需要在工程施工管理過程中，重視實際監控工程質量，找到其中存在漏洞，讓專業技術人員對工程質量安全存在問題，進行嚴格監督檢查。

4.6 鋼結構建模設計

鋼結構建筑能有效地滿足大空間、大跨度建筑的應用需要，規范開展鋼結構設計，對于整個建筑工程行業的穩定發展具有積極作用。相比于鋼筋混凝土建筑在結構設計中具有較大難度，一方面，鋼結構的構件布置較為復雜；另一方面，鋼結構連接設計的難度較大。新時代，依托BIM技術開展鋼結構設計，能有效地解決實際設計問題，提升鋼結構設計質量。在鋼結構建筑BIM技術設計中，應注重以下要點：其一，設計人員首先應建設鋼結構模型，然后對鋼結構的高度進行系統測段，以此來為構件的連接設計提供計算依據；其二，要實現鋼結構建筑內各構件的有效鏈接，在BIM設計中，應注重結構參數的矢量轉化，尤其是對于一些重要參數，應在模型上進行標記，減少設計漏洞問題發生；其三，在鋼構件設計中，應重視擬建工程要求數據、基礎設計參數、構件規格參數的共享，通過這些數據鋼結構鏈接件數量、距離等參數進行優化分析，這樣可確保構件鏈接的緊密性；其四，加強構件設計是鋼結構建筑設計的關鍵內容，項目設計中，可以依托BIM技術開展鋼建筑加強構件設計，這樣不僅能確保加強構件位置設計準確，滿足實際應用需要，而且能促進加強構件職能發揮，提升就鋼建筑結構設計質量。

4.7 增加對BIM的研究

目前，BIM技術的應用對住宅建筑設計來說還是一種先進的設計技術，因此還有許多的發展空間，而我國在BIM無論是在系統開發、應用范圍還是在文獻著作方面都遠不及西方發達國家水平，而且大多數的西方軟件，在我國不僅要收取昂貴的專利費用，而且相關項目信息涉及國家信息安全，因此增加對BIM科研系統的投入，使我國在BIM技術上有了質的突破，以保障國家安全、減少專利支出，才能從根本上解決問題。而且對BIM的設計投入增加，也可以提高設計效率，有效控制項目建設成本，提高運營水平，實現建筑智能化，一舉多得。

4.8 節約材料

由于我國經濟、科技不斷發展，城市的建筑工程建設也不斷創新，使建造行業迅速發展。為了更好地將我國建筑行業做好、做大、做強，在我國綠色施工公共建筑的技術標準中，BIM技術也被引用到綠色裝飾公共建筑中，滿足現代人們對各種綠色建筑施工的各種需求，因此，我們在各種裝飾公共建筑的綠色施工過程中，可以有效地避免建筑施工管理過程中，因各種技術沖突因素導致的材料返工及建筑材料大量浪費等各種情況的發生，節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 結語

傳統建筑工程結構設計存在效率低、成本高、周期長等一系列問題，制約了建筑行業的發展。然而，BIM技術在住宅建筑工程結構設中的應用，標志著建筑工程結構設計理念轉型的開始，其能夠有效提升建筑工程結構設計效率。并且，隨著大數據技術的日益成熟，可對住宅建筑工程結構的BIM模型進行實時在線分析，從而準確定位建筑工程結構設計中存在的問題，給出具有可行性的優化建議，使建筑工程結構設計更加智能化、科學化。