BIM技术在住宅建筑设计中的应用

邓维伟

航空工业昌河飞机工业（集团）有限责任公司 江西景德镇 333000

我国经济建设的快速发展带动我国建筑行业发展迅速，推动我国提前进入现代化发展阶段。结构设计是住宅建筑工程项目设计的重要内容，其直接关系着住宅建筑结构应用的稳定性、安全性。新经济形态下，建筑工程获得了快速发展，建筑的结构形式愈发复杂，人们对于住宅建筑结构设计的质量也提出较高要求。依托BIM技术开展设计工作已经成为建筑结构设计的重要形式，该技术在建立建筑信息模型的基础上，确保了各单元设计工作的有序开展，有效地提升了设计的系统性、科学性。

1 BIM的概念

建筑信息模型（Building Information Modeling）简称BIM。是近几年被提出来的新概念，采用的是最新最先进的建筑软件设计理念，其中的“建筑信息”指的是建筑项目空间的设计与建筑项目设计的数据信息，而“模型”指的是在项目开始之前，对项目过程的描述、建筑运营进行模拟，因为采用BIM技术可以提前清楚的了解项目的建造和使用情况，因此BIM有着“一套描述建筑建造生命周期过程的信息模型”的称号。BIM是由多个专业共同完成的，它是一个集多元化、信息化于一体的一个模型，包含了整体项目的建模、数字建筑模型的建构、项目生命周期管理、可以更完善的展示出设计的模型在建筑物建造过程中的状况，能够让相关人员清楚的看到建设项目的规划、设计成果、施工过程、预计使用时间、拆除后的材料处理等，可以看到整个建筑物的生命周期[1]。

2 BIM技术的基本特点

作为现代工程项目设计的技术支撑，BIM技术在建立三维数据模型后，实现了工程信息数据的高效利用，有效地保证了建筑结构设计的系统性、全面性。从BIM技术应用过程来看，其应用特点包括：其一，协调性，依托BIM技术后开展工程设计，能在协调各单元功能的基础上，减少设计冲突问题的发生，这提升了设计结果的表现效果。其二，模拟性，BIM技术的模型性不仅表现在其能模拟设计人员设计的建筑结构，而且表现在其能对相关设计问题进行模拟分析，找出合理解决措施。其三，优化性，建筑工程结构设计包含较多内容，依托BIM技术可实现各单元的组合优化，确保结构整体的稳定性和安全性。其四，BIM技术还有可视化和可出图性的特点，这在提升设计效率的基础上，实现了设计人员内部、设计人员及施工人员的快速交流，提升了建筑机构设计的科学性、系统性。

3 BIM应用的挑战和风险

3.1 技术风险

BIM进展中涉及的主要挑战之一是BIM工具成果的知识产权和网络安全。由于信息共享使团队成员可以访问项目数据，因此网络安全是一个令人担忧的问题，因为有可能出现在线未授权访问和侵犯版权的情况。通过文献总结，可以将主要的技术风险问题归纳为以下三种类型：一是需要定义良好的事务性构建过程模型来消除数据互操作性问题；二是需要设计数字设计数据去满足可计算的要求；三是需要提出和发展改善比较具有实用性的策略，以达到BIM模型组件之间有目的地交换和集成有意义信息的目的。

3.2 管理风险

利用BIM有各种潜在的好处，以及可预见的高采用率，但使用BIM的总体有效性尚未完全确定。BIM实时输出的特性使得管理成为一项具有挑战性的任务。BIM管理需要进行一系列风险规避活动，包括双方关于模型访问、软件、安全、信息、归档、传输等的协议。为了避免现实状况中关于BIM责任、限制和责任的争论，在管理BIM时可以实施一种新的合同形式，即涵盖直接涉及的所有各方或者可能受BIM工作方法影响的其他任何合作方都应制定涵盖法律问题的BIM协议，该协议可作为主合同的修正案。同时，也将允许任何参与各方在采用BIM时保留他们习惯的合同。

4 BIM技术在住宅建筑设计中的应用

4.1 优化出图

BIM技术在住宅建筑设计阶段的一大应用特色是优化出图，首先可以利用BIM软件建立三维模型，根据需求自动生成建筑的立面图、俯视图及剖面图等，这样可以为设计师节省大量画图时间，把更多时间与精力放在优化设计上，不断提高设计效率和设计质量。但现阶段BIM软件自动出图最大的局限是自动生成的图纸不能完全满足建筑工程规范要求，还需要对软件生成的图纸进行大量修改，这无疑增加了设计师的工作量，如若能解决这种软件自动出图和最后实际图纸之间“最后一公里”的问题，可以极大地提高设计效率，为建筑工程设计“添砖加瓦”。

4.2 规划建筑空间

空间规划是住宅建筑结构设计的重要内容，同时也是建筑结构设计的初始环节。首先在确定建设区域后，设计人员需对该区域进行空间规划，例如，当面临较为复杂的空间结构和状况时，设计人员不仅要考虑建筑区域的坡向，而且需对坡高、斜率等因素做深入分析，整体设计难度较大。对此，设计人员可通过GIS技术进行建设区域相关数据的采集，建立BIM三维模型，并将获得的基础性数据纳入模型当中，进行数据资料的矢量标记，然后全方位、多角度地进行数据分析，在完成分析控制后，可开展空间规划和结构设计。尤其是在坡向、坡高、建筑物内部设计中，其能系统开展视野分析、可视度分析，然后对具体设计的结构内容进行功能调试，这有效地提升了建筑空间设计质量，满足了三维空间规划的实际情况。

4.3 基于BIM技术的垂直空间结构设计效果

在大空间的住宅建筑工程结构设计中，对于建筑结构的稳定性有着较高的要求，垂直空间的设计上，由于内部空间整体跨度较大，在BIM设计中采用了剪力墙分段切割的方式，从而使垂直空间保持一定的支撑力。并且，在顶部结构设计中，将实心吊顶结构进行镂空设计，从而在减轻顶部结构自重的同时，也突出了BIM技术在绿色节能建筑设计中的应用优势。

4.4 整合设计

整合设计简单来说就是针对不同的设计任务的设计循环组合，即将建设项目设计划分为不同的设计目标，在这个基础上，安排不同的人员对项目进行设计，在设计的过程中，后面的设计要以一阶段设计的成果为依据，在其基础上进行下一阶段设计。在设计过程中，设计人员需要不断的对设计项目进行调整，并且要同不同部门的设计人员进行沟通交流，从而满足建筑设计的要求。一个BIM模型并非简单的说就能够做出来的，BIM的完成必须依靠相应的设计软件来进行完善处理，而BIM中存在着大量的数据信息和设计理念，因此BIM必须依附于最新的信息技术，这个技术可以有效地处理庞大的图片与文件信息，而且更重要的是在设计的过程中，每个行业都有各自行业的准则和规章制度，因此BIM技术需要有标准化的配套措施，使设计人员设计的建模可以与业界达到共同的目标，将BIM导入于建物生命周期最初的规划设计时间，通过计算机对其进行数据分析与资源共享，在建筑项目的生命周期内，设计人员根据自己的专业知识，利用BIM整合所有的信息，对这些信息分别进行处理，可以使建筑设计的施工人员减少营建工程成本以及增加工程质量，让建筑项目的设计人员提高工作的效率[2]。

4.5 参数化设计

在BIM设计系统中，都要以设计参数和优化产品设计作为主要的专业技术设计核心，在此设计过程中，还要增强对设计参数和优化产品设计的技术重视性和程度，严格按照设计方案要求进行设计施工，根据每个商品的实际价格，通过市场综合比对，对商品原材料价格进行一个商业化的定价。传统数据技术的最大弊端太多，比如企业时效性数据太差，这主要是因为企业人工效率低，他们只对其数据进行数据导入，造成技术数据过多，使企业技术人员将大量时间精力同时投入在非技术阶段，不同的一点是BIM技术人员可以及时有效解决此类技术问题。因此，这就非常需要在工程施工管理过程中，重视实际监控工程质量，找到其中存在漏洞，让专业技术人员对工程质量安全存在问题，进行严格监督检查。

4.6 钢结构建模设计

钢结构建筑能有效地满足大空间、大跨度建筑的应用需要，规范开展钢结构设计，对于整个建筑工程行业的稳定发展具有积极作用。相比于钢筋混凝土建筑在结构设计中具有较大难度，一方面，钢结构的构件布置较为复杂；另一方面，钢结构连接设计的难度较大。新时代，依托BIM技术开展钢结构设计，能有效地解决实际设计问题，提升钢结构设计质量。在钢结构建筑BIM技术设计中，应注重以下要点：其一，设计人员首先应建设钢结构模型，然后对钢结构的高度进行系统测段，以此来为构件的连接设计提供计算依据；其二，要实现钢结构建筑内各构件的有效链接，在BIM设计中，应注重结构参数的矢量转化，尤其是对于一些重要参数，应在模型上进行标记，减少设计漏洞问题发生；其三，在钢构件设计中，应重视拟建工程要求数据、基础设计参数、构件规格参数的共享，通过这些数据钢结构链接件数量、距离等参数进行优化分析，这样可确保构件链接的紧密性；其四，加强构件设计是钢结构建筑设计的关键内容，项目设计中，可以依托BIM技术开展钢建筑加强构件设计，这样不仅能确保加强构件位置设计准确，满足实际应用需要，而且能促进加强构件职能发挥，提升就钢建筑结构设计质量。

4.7 增加对BIM的研究

目前，BIM技术的应用对住宅建筑设计来说还是一种先进的设计技术，因此还有许多的发展空间，而我国在BIM无论是在系统开发、应用范围还是在文献著作方面都远不及西方发达国家水平，而且大多数的西方软件，在我国不仅要收取昂贵的专利费用，而且相关项目信息涉及国家信息安全，因此增加对BIM科研系统的投入，使我国在BIM技术上有了质的突破，以保障国家安全、减少专利支出，才能从根本上解决问题。而且对BIM的设计投入增加，也可以提高设计效率，有效控制项目建设成本，提高运营水平，实现建筑智能化，一举多得。

4.8 节约材料

由于我国经济、科技不断发展，城市的建筑工程建设也不断创新，使建造行业迅速发展。为了更好地将我国建筑行业做好、做大、做强，在我国绿色施工公共建筑的技术标准中，BIM技术也被引用到绿色装饰公共建筑中，满足现代人们对各种绿色建筑施工的各种需求，因此，我们在各种装饰公共建筑的绿色施工过程中，可以有效地避免建筑施工管理过程中，因各种技术冲突因素导致的材料返工及建筑材料大量浪费等各种情况的发生，节约我们绿色施工公共建筑在各种装饰建筑材料的总使用量[3]。

5 结语

传统建筑工程结构设计存在效率低、成本高、周期长等一系列问题，制约了建筑行业的发展。然而，BIM技术在住宅建筑工程结构设中的应用，标志着建筑工程结构设计理念转型的开始，其能够有效提升建筑工程结构设计效率。并且，随着大数据技术的日益成熟，可对住宅建筑工程结构的BIM模型进行实时在线分析，从而准确定位建筑工程结构设计中存在的问题，给出具有可行性的优化建议，使建筑工程结构设计更加智能化、科学化。