BIM技術(shù)在清遠(yuǎn)市農(nóng)村住宅中的建模應(yīng)用★

崔 鳳，蔡啟鴻，鐘法送，何丞磊

(廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510650)

鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略指導(dǎo)下，美麗鄉(xiāng)村建設(shè)如火如荼的開(kāi)展。2021年1月，生態(tài)環(huán)境部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部等七部門(mén)發(fā)布了《關(guān)于推動(dòng)農(nóng)村人居環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》用于推動(dòng)農(nóng)村人居環(huán)境的持續(xù)改善。迅猛發(fā)展的BIM建筑信息技術(shù)可以應(yīng)用到農(nóng)村住宅和鄉(xiāng)村空間規(guī)劃的設(shè)計(jì)和建設(shè)中，有助于美麗鄉(xiāng)村的建設(shè)和發(fā)展。

1 清遠(yuǎn)市農(nóng)村住宅發(fā)展

為提高清遠(yuǎn)市農(nóng)村住宅設(shè)計(jì)質(zhì)量，提升清遠(yuǎn)市農(nóng)村建筑風(fēng)貌，自2019年5月起，清遠(yuǎn)市住建局會(huì)同市工程勘察設(shè)計(jì)行業(yè)協(xié)會(huì)面向社會(huì)征集了百余套農(nóng)村住宅設(shè)計(jì)優(yōu)秀方案，并經(jīng)專(zhuān)家評(píng)審后選定50套優(yōu)秀設(shè)計(jì)方案。這些優(yōu)秀農(nóng)村住宅方案既符合安全美觀(guān)、經(jīng)濟(jì)適用和節(jié)能環(huán)保、節(jié)地節(jié)材、綠色建筑的設(shè)計(jì)原則，又考慮清遠(yuǎn)本地村民的生產(chǎn)方式和生活習(xí)慣，并綜合現(xiàn)代生活方式和發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，強(qiáng)調(diào)對(duì)清遠(yuǎn)當(dāng)?shù)亟ㄖ幕膫鞒信c創(chuàng)新，深入挖掘了清遠(yuǎn)現(xiàn)有建筑風(fēng)格特色和少數(shù)民族風(fēng)情，提煉歷史文化建筑元素，研究傳統(tǒng)村落、歷史建筑、少數(shù)民族地區(qū)的建筑風(fēng)貌，吸取其中優(yōu)秀做法并優(yōu)化創(chuàng)新。并且，鼓勵(lì)采用新的設(shè)計(jì)理念、新技術(shù)和新工藝降低工程造價(jià)[1]。

這些提供優(yōu)秀方案的設(shè)計(jì)單位(15家)出具了建筑、結(jié)構(gòu)、水、電專(zhuān)業(yè)施工圖，并經(jīng)清遠(yuǎn)市粵星工程建設(shè)咨詢(xún)服務(wù)有限公司審查圖紙合格。于2020年6月清遠(yuǎn)市住建局發(fā)布通知推薦使用《清遠(yuǎn)市農(nóng)村住宅設(shè)計(jì)通用圖集》(共六冊(cè)，以下簡(jiǎn)稱(chēng)《圖集》)，并要求各縣(市、區(qū))住建局應(yīng)組織鎮(zhèn)村根據(jù)當(dāng)?shù)卮迩f建設(shè)規(guī)劃和宅基地管理的要求，選擇若干戶(hù)型推薦給農(nóng)戶(hù)使用；并將圖集作為該市鄉(xiāng)村建筑工匠培訓(xùn)的重要內(nèi)容，不斷提高鄉(xiāng)村建筑工匠的識(shí)圖能力和施工質(zhì)量安全水平。

根據(jù)2022年1月印發(fā)的《清遠(yuǎn)市人民政府關(guān)于全面推進(jìn)農(nóng)房管控和鄉(xiāng)村風(fēng)貌提升的工作方案》，清遠(yuǎn)市全面推進(jìn)農(nóng)房管控和鄉(xiāng)村風(fēng)貌提升，加快農(nóng)村人居環(huán)境提質(zhì)升級(jí)，建設(shè)生態(tài)宜居美麗鄉(xiāng)村，塑造生態(tài)振興新格局。并提出在編制村莊規(guī)劃時(shí)應(yīng)繪制建筑風(fēng)貌效果圖，鼓勵(lì)農(nóng)民集中建房、合理布局，形成相對(duì)集中、集約高效的村莊用地建設(shè)布局。

2 BIM技術(shù)在清遠(yuǎn)農(nóng)村住宅的建模應(yīng)用

BIM建筑信息模型技術(shù)是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具[2]，主要是通過(guò)數(shù)字化技術(shù)，輸入全面、完整、屬實(shí)的數(shù)據(jù)信息，將二維視圖的平面圖和立面圖結(jié)合起來(lái)，建成可視化三維模型。數(shù)據(jù)信息里可以包括尺寸、定位、材料、顏色等狀態(tài)信息，也可以包括空間和運(yùn)動(dòng)軌跡等狀態(tài)信息，信息的準(zhǔn)確程度越高，虛擬仿真的模型就越逼真。因而，BIM技術(shù)主要應(yīng)用于建筑項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段。同時(shí)，BIM技術(shù)將建筑模型信息化、可視化、參數(shù)化、虛擬化，后續(xù)更具備控制工程造價(jià)、監(jiān)控施工進(jìn)度、減少設(shè)備碰撞等優(yōu)勢(shì)[3-4]。因此，BIM技術(shù)廣泛的應(yīng)用于各種大型的建筑、橋梁等工程項(xiàng)目中。然而，BIM技術(shù)在農(nóng)村住宅中的建模應(yīng)用卻相對(duì)較少。因此，本文以清遠(yuǎn)市住建局推廣的農(nóng)村住宅設(shè)計(jì)方案為例，運(yùn)用BIM技術(shù)，完成農(nóng)村住宅和場(chǎng)地模型。

下面舉例說(shuō)明BIM技術(shù)中Revit 2019軟件平臺(tái)對(duì)《圖集》中農(nóng)村住宅戶(hù)型D2一棟3層小別墅的建模步驟。采用同樣的方法可以完成《圖集》中其他戶(hù)型的可視化建模。

2.1 建立標(biāo)高和軸網(wǎng)

標(biāo)高和軸網(wǎng)的繪制是三維模型建立的基礎(chǔ)。新建一個(gè)建筑樣板，打開(kāi)立面東西南北中的一個(gè)視圖，繪制項(xiàng)目的標(biāo)高：室外地坪為-0.2 m，層高為3.6 m，共3層，還有屋面標(biāo)高和屋頂標(biāo)高。然后，在“視圖”-“創(chuàng)建”-“平面視圖”中，將所有標(biāo)高都添加到樓層平面，這樣，才能到相應(yīng)的平面視圖中進(jìn)行繪制。

打開(kāi)一層平面視圖，依據(jù)設(shè)計(jì)尺寸從左向右、從下向上繪制建筑的軸網(wǎng)。所繪制的標(biāo)高和軸網(wǎng)會(huì)自動(dòng)在所有平面視圖和立面視圖中根據(jù)視圖角度進(jìn)行顯示，方便后續(xù)繪圖。

2.2 建立柱墻門(mén)窗和樓梯

在一層平面視圖中，點(diǎn)擊“建筑”選項(xiàng)卡下面的柱、墻、門(mén)、窗和樓梯，編輯類(lèi)型為項(xiàng)目設(shè)計(jì)的類(lèi)型，創(chuàng)建與實(shí)際相符的材質(zhì)顏色等構(gòu)件族。這些構(gòu)件族可以保存后載入到其他不同的項(xiàng)目中使用。

先在一層平面視圖中，根據(jù)柱子所在軸網(wǎng)交點(diǎn)位置，放置好柱子，并在立面圖或三維圖中調(diào)整柱子的高度。然后點(diǎn)擊墻，繪制所需要的墻體。Revit墻族主要分為外墻、內(nèi)墻和玻璃幕墻。外墻采用200 mm厚，內(nèi)墻采用100 mm厚。其中，外墻的參數(shù)設(shè)計(jì)如表1所示。繪制墻體時(shí)，注意在屬性框里選擇墻體的定位線(xiàn)、底部限制條件、頂部約束等參數(shù)。

表1 外墻結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置表

隨著農(nóng)村住宅的設(shè)計(jì)也開(kāi)始注重綠色建筑設(shè)計(jì)，玻璃幕墻也會(huì)應(yīng)用到客廳、頂層等位置，以增加自然光的照明。點(diǎn)擊幕墻，修改幕墻的豎梃的參數(shù)，放置幕墻即可。

繪制完墻后，可以繪制門(mén)窗。在Revit中點(diǎn)擊“門(mén)”或者“窗”，根據(jù)材質(zhì)、形狀等分有多種門(mén)窗形式，選擇需要的門(mén)窗族，修改門(mén)窗的寬度高度參數(shù)尺寸，點(diǎn)擊相應(yīng)的墻體位置，就可直接放置門(mén)窗，然后再修改門(mén)窗的位置參數(shù)，最后到三維視圖查看實(shí)際效果。還可以通過(guò)Revit直接導(dǎo)出門(mén)窗信息匯總表。

一樓平面視圖繪制完成后，同樣的方法進(jìn)行二樓平面、三樓平面、屋面女兒墻繪制。

然后，在Revit中點(diǎn)擊樓梯，在一樓平面的樓梯間插入樓梯，設(shè)置樓梯參數(shù)，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算需要的踢面數(shù)，采用對(duì)稱(chēng)方式布局樓梯即可。同理完成二樓平面的樓梯繪制，就形成了所需要的樓梯模型，如圖1所示。

2.3 建立樓板和屋頂

在一層平面圖中，點(diǎn)擊樓板，修改樓板的屬性參數(shù)，本戶(hù)型采用120 mm厚的鋼筋混凝土樓板。然后點(diǎn)擊墻體，圍成封閉圖形后，可自動(dòng)生成樓板。一層樓板添加成功后，逐層完成樓板繪制，然后將建筑進(jìn)行封頂。根據(jù)住宅設(shè)計(jì)方案，添加屋頂即可。屋頂?shù)牟僮鞣椒ㄅc樓板類(lèi)似。最終的三維視圖見(jiàn)圖2。

2.4 布置建筑設(shè)備和內(nèi)部裝飾

Revit可以為住宅模型輸入建筑設(shè)備信息，水電通風(fēng)等管線(xiàn)設(shè)計(jì)，并在三維模型中可以檢查管線(xiàn)碰撞，避免在施工中出現(xiàn)錯(cuò)誤。

住宅模型建立完畢后，可進(jìn)行布局和設(shè)計(jì)住宅內(nèi)部裝飾。設(shè)計(jì)師為某住宅模型內(nèi)部的首層布局配置了沙發(fā)、餐桌、床、衣柜、衛(wèi)生間廚房設(shè)施等，見(jiàn)圖3。這樣，各個(gè)功能區(qū)域清楚明了，淺顯易懂。還可為日后裝修提供家具數(shù)據(jù)參考。這些設(shè)施，需要利用Revit 軟件，建立相關(guān)的族文件，族文件的參數(shù)可以進(jìn)行修改，這樣在模型項(xiàng)目中，就可以直接更改尺寸后使用。

2.5 布置外部場(chǎng)地

對(duì)住宅周?chē)鷪?chǎng)地進(jìn)行布置。設(shè)計(jì)師為某住宅別墅設(shè)計(jì)了庭院，見(jiàn)圖4。別墅位于庭院的西北部，庭院的正門(mén)向南，入門(mén)后西邊空地上布置了兒童游樂(lè)設(shè)施，包括滑梯和秋千；東邊空地可布置成小花園，里面有一個(gè)小池塘?；▓@的北邊位置設(shè)計(jì)了兩個(gè)停車(chē)位，并且在庭院北邊圍欄處安排了用于車(chē)輛出入的后門(mén)。在Revit模型中，各種構(gòu)件族可以提前繪制完成，載入到項(xiàng)目場(chǎng)地中的坐標(biāo)位置，修改參數(shù)至設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)即可。

2.6 繪制鄉(xiāng)村風(fēng)貌圖

根據(jù)鄉(xiāng)村的現(xiàn)有地理信息和空間位置，可以在Revit中繪制場(chǎng)地，再對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，依據(jù)坐標(biāo)將不同的建筑模型放入到場(chǎng)地中，形成鄉(xiāng)村風(fēng)貌圖。如圖5所示，某鄉(xiāng)村風(fēng)貌效果圖中鄉(xiāng)村的東側(cè)為農(nóng)田，南側(cè)有兩個(gè)魚(yú)塘，西側(cè)為新建農(nóng)村住宅區(qū)，前方有停車(chē)場(chǎng)。住宅區(qū)的東邊規(guī)劃有運(yùn)動(dòng)區(qū)、兒童游樂(lè)區(qū)和文化廣場(chǎng)。道路合理規(guī)劃，并在道路兩旁和廣場(chǎng)中央種植了大樹(shù)。BIM還可以設(shè)置路徑動(dòng)畫(huà)，呈現(xiàn)虛擬實(shí)景漫游效果。

3 展望

1)對(duì)于農(nóng)村住宅項(xiàng)目本身，BIM技術(shù)具備顯著優(yōu)勢(shì)。

從上述案例可以看出，利用BIM技術(shù)，可以將農(nóng)村住宅進(jìn)行三維建模，對(duì)鄉(xiāng)村空間和鄉(xiāng)村風(fēng)貌形成可視化模型。這些立體模型在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行虛擬仿真，以此來(lái)提高設(shè)計(jì)效率，完善設(shè)計(jì)效果，避免盲目的施工。在進(jìn)行設(shè)計(jì)修改時(shí)，平面圖或立面圖中的任一修改，同步聯(lián)動(dòng)修改整體模型，三維圖和剖面圖可輕松查看實(shí)時(shí)效果，所以圖紙不容易出錯(cuò)。而且BIM模型的參數(shù)數(shù)據(jù)可以用于項(xiàng)目造價(jià)分析、施工進(jìn)度控制和設(shè)備碰撞檢查等，方便運(yùn)用到項(xiàng)目建設(shè)整個(gè)過(guò)程。

同時(shí)，當(dāng)可視化模型建成后，BIM技術(shù)可以對(duì)建筑模型進(jìn)行日照模擬、室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境模擬、全年能耗負(fù)荷計(jì)算等各種建筑性能的分析[5]。因此，BIM技術(shù)也有助于農(nóng)村住宅向著綠色建筑方向發(fā)展，更加節(jié)能低耗、環(huán)保生態(tài),促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展[6]。

2)對(duì)于村民，更加接受和認(rèn)可BIM技術(shù)。

筆者團(tuán)隊(duì)在清遠(yuǎn)市新星村進(jìn)行了調(diào)查，根據(jù)50份調(diào)查報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，84%的村民同意當(dāng)只看《圖集》當(dāng)中的施工圖時(shí)，因不懂專(zhuān)業(yè)的建筑知識(shí)，看不懂平面圖紙。當(dāng)村民看根據(jù)《圖集》建成BIM模型時(shí)，76%的村民表示看得懂三維圖，可視化模型效果非常滿(mǎn)意。同時(shí)，部分村民還根據(jù)自己家庭的需要提出了一些建議給設(shè)計(jì)者，如一樓設(shè)置雜物間、廚房改成推拉門(mén)等細(xì)節(jié)。這些細(xì)節(jié)改進(jìn)建議的修改，在BIM技術(shù)中不僅容易修改，而且平面圖和立面圖可以同時(shí)修改，避免圖紙出現(xiàn)錯(cuò)誤導(dǎo)致施工問(wèn)題。由此可見(jiàn)，BIM技術(shù)提供了平臺(tái)給設(shè)計(jì)者和農(nóng)民進(jìn)行更容易理解的溝通平臺(tái)，使得設(shè)計(jì)出的農(nóng)村住宅更能滿(mǎn)足農(nóng)民心意。同時(shí)，農(nóng)村住宅的建設(shè)不僅需要實(shí)現(xiàn)農(nóng)民的期待，也需要對(duì)當(dāng)?shù)氐奈幕M(jìn)行傳承和發(fā)展，還需要因地制宜，考慮當(dāng)?shù)氐臍夂虻茸匀粭l件、文化條件，符合當(dāng)?shù)鼐用裆盍?xí)慣[7]。因此，BIM技術(shù)在虛擬仿真建模過(guò)程中，可以及時(shí)根據(jù)各種需求調(diào)整模型的細(xì)節(jié)，比如屋頂應(yīng)該采用平屋頂還是坡屋頂，大門(mén)和窗戶(hù)的類(lèi)型設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

3)BIM技術(shù)的局限性和解決方法。

本文中所提到的BIM技術(shù)應(yīng)用，是基于《圖集》中的施工圖而建立模型的。而B(niǎo)IM對(duì)農(nóng)村住宅和鄉(xiāng)村空間規(guī)劃的正向設(shè)計(jì)，指能夠從BIM模型直接標(biāo)準(zhǔn)化出施工圖，其準(zhǔn)確性、完整性需要建立在精準(zhǔn)的建筑信息和地理數(shù)據(jù)上。但農(nóng)村管理不如城市細(xì)化，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息少，完善數(shù)據(jù)需要一定的時(shí)間和成本。同時(shí)，BIM模型的建立也需要資金預(yù)算，但農(nóng)村住宅往往預(yù)算較少，也限制了BIM技術(shù)在實(shí)際農(nóng)村住宅中的正向應(yīng)用。甚至在整個(gè)項(xiàng)目周期過(guò)程中，BIM技術(shù)雖然可以更加實(shí)時(shí)詳細(xì)的管理工程進(jìn)度，但因單一的農(nóng)村住宅工程量小，所以BIM技術(shù)很少應(yīng)用于此。

另外，由于BIM技術(shù)尚在發(fā)展階段，2016年國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在《2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中提出大力發(fā)展BIM技術(shù)。多數(shù)高等學(xué)校的土木建筑專(zhuān)業(yè)于近幾年開(kāi)設(shè)BIM課程[8]，而社會(huì)上的BIM培訓(xùn)課程又比較昂貴，能夠熟練掌握BIM技術(shù)的土木人才供不應(yīng)求。這些BIM人才往往集中在城市的公司企業(yè)。如今，需要BIM模型的工程項(xiàng)目很多，從而導(dǎo)致BIM人才往往把時(shí)間和精力用在一些大型項(xiàng)目上，更多地為大型項(xiàng)目建立可視化模型，對(duì)于農(nóng)村住宅這種小型項(xiàng)目無(wú)暇顧及。因此，培養(yǎng)更多的掌握BIM技術(shù)的土木建筑專(zhuān)業(yè)人才，特別是鄉(xiāng)村人才，將有助于更快的推動(dòng)BIM技術(shù)應(yīng)用到美麗鄉(xiāng)村的建設(shè)中。

4 結(jié)語(yǔ)

從清遠(yuǎn)市《圖集》戶(hù)型的平面施工圖紙轉(zhuǎn)換成三維可視化模型并完成了鄉(xiāng)村風(fēng)貌效果圖的案例中，可以看出BIM技術(shù)為農(nóng)村住宅和鄉(xiāng)村空間規(guī)劃的發(fā)展提供了虛擬仿真、可視化的建模途徑。雖然目前應(yīng)用BIM技術(shù)的鄉(xiāng)村項(xiàng)目較少，但在鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略下，農(nóng)村住宅的建設(shè)和鄉(xiāng)村空間規(guī)劃將會(huì)越來(lái)越重要。隨著B(niǎo)IM技術(shù)的發(fā)展和BIM鄉(xiāng)村人才的培養(yǎng)，BIM技術(shù)也必定會(huì)更多地應(yīng)用到農(nóng)村住宅建設(shè)和鄉(xiāng)村空間規(guī)劃中，加快和實(shí)現(xiàn)美麗鄉(xiāng)村生態(tài)宜居的人居環(huán)境。