BIM技術在住宅建筑設計中應用初探

【摘要】在建筑設計中，BIM可構建出建筑的虛擬模型。虛擬模型中包括了建筑使用的材料、整體構造、施工工藝等具體信息，其較全面體現了建筑中所有主要的組成部分。BIM技術在住宅建筑中的使用逐步廣泛，本文以現階段最先進的BIM技術在住宅建筑技術應用為出發點，進行初步的探索。同時，為BIM在建筑節能方面的優良表現進行闡述，提供切合實際的應用方法。

【關鍵詞】建筑信息模型（BIM)計算機輔助設計住宅建筑節能設計

隨著科技技術的不斷進步，BIM技術工具軟件也在不斷的完善中，并且在工程的使用程度上得到長足的發展，逐步從2D的CAD應用階段向3D的CAAD階段過渡，CAAD為BIM技術中比較成熟的、最高端的計算機輔助設計技術，在住宅建筑作為主體的建筑業中漸漸使用，BIM的應用可以提高住宅建筑的質量，減少施工過程中的成本，節約能源以及減低污染。

一、建筑信息化模式的理論

(一)BIM的概述。主要是三維技術為基礎，對各種數據進行整理、分析制作出的數據模型，是對工程所有相關信息最細致的表達。BIM可以容納設計者的信息、設計到落成使用、使用周期結束整個過程的全部信息，并以三維模式呈現在數據庫中。BIM還可應用于結構的設計、設備的管理、工程量的統計、成本的計算以及物業的管理等，便于對建筑生命周期內的全部信息進行處理。

（二）BIM作用于建筑信息傳遞中的優點

無論何種建筑類型，操作過程基本遵循以下5個階段：可行性的研究階段，初步設計和施工圖紙設計階段，工程驗收階段，交付使用和維管階段，銷毀階段。建筑信息模型這種全新的方法將建筑設計，施工和管理優化整合，將每個階段包含在3D的模型之中，使建筑的整個生命周期的數據完整、準確的體現，提升了整體效率。

二、傳統2D技術的不足

在2D設計中常使用的視圖模式有三種，俯視圖為主，立面圖、剖面圖為輔，依據以上三種模式對一個三維空間進行描述，可見這樣的方法存在一定的缺點，如下：

表述信息繁雜，還原困難。2D設計方法是以一種平面的手法展現的，而非自然的表達方式，設計圖紙需要專業的繪制及閱讀圖紙的能力，只有這樣方可實現設計內容的描述和還原。用2D來對3D進行表達，要求很大的信息量，對2D設計圖進行閱讀時，實際上是對信息的還原，將立面信息與平面信息進行整合，經過讀圖人員人腦還原成3D信息。

協作設計困難。專業的分工和合作，住宅圖紙的設計方也存在著多方合作的情況，目前二維設計的方式無法滿足各方的需求，無形中加大了協同配合的難度，一旦有變化，不同設計方的設計圖紙都需要重新繪制，加大了各方的工作量，而且不同專業之間也存在分歧、矛盾。

設計質量不好掌控。傳統2D設計，對同一建筑內容需多張圖紙方可表達明確，很大程度上減低了工作效率。一旦有變更，多張視圖均需重新繪制，會連鎖影響到其他協作的部門，變更的影響極大。由于3D效果圖是通過人腦恢復出來的，極易出現偏差，這樣大多至使設計與實際情況不一致。

三、國內外BIM軟件應用情況分析。

（一）國外情況研究

BIM技術的應用在國際上屬于全新的學術領域范疇，從應用到現在不過20多年，隨著科技的發展也逐漸得到了建筑業內的重視。國內對其應用還處于初級階段。在計算機得到有效應用的建筑領域，BIM軟件的普及程度已到達60%至70%。國外建筑能耗使用的模擬軟件主要有DOE2、BLAST、EnergyPlus、SPATK等，其各有長處及不足，下面對其對比分析。DOE2適用于各住宅及商業建筑，是當前使用率最高的模擬軟件，對復雜結構的處理功能強大，可做詳盡的能耗逐時分析，但是其對數據的要求相對較詳細，對從業人員的素質要求也高。BLAST多適用于工業設計方面，對住宅建筑應用于空氣處理和電力系統的耗能。EnergyPlus運用于多區域的大氣流動分析，對建筑利用太陽能和熱能方面的研究，其優點是操作簡單，做出的模型效果不夠直觀，還需做進一步的處理。在住宅的節能方面多應用SPATK，對住宅的復雜情況描繪細致，解讀方便，時間間隔上可以隨設計需要而選擇，但是必須熟練操作HVAC系統方可運用自如。

(二)國內情況研究

國內的建筑業也在逐步發展，國外的設計機構也融入到中國，面對行業內的競爭越來越激烈，國內建筑行業也開始尋求新的技術手段，希望能夠通過新的技術手段提高設計質量。經清華大學研發的BTP程序，其主要處理建筑熱過程的動態模擬程序，主要應用對建筑空調系統的設計。目前國內最完善的建筑設計軟件為DeST，現在也屬于國際水平范圍內。

四、BIM技術在住宅上的應用

（一）住宅建筑的特性

住宅對外部造型有一定的要求，不僅要考慮到外觀的美感、經濟及實際的氣候問題等，還用提高建筑的實用價值，讓居住的人們滿意。還應充分考慮地形、地貌等自然因素，還有當地的風土人情及氣候條件。交通流線既可以使人車分流，又可以保證居住者的人身安全。

（二）BIM對住宅空間上的規劃

對地形進行分析是設計的重要條件，BIM的應用可以加快空間分析的速度，其包括可視度分析以及室內視野分析兩個方面。在層高不能做太大調整時，工程師又不想因大跨度結構要求，影響原設計對使用空間的要求。

（三）模型圖形信息與非圖形信息的表達

建筑模型表達通過圖形信息呈現，提供了直觀上觀察信息模型的渠道，可以多方面呈現不同的視覺效果。在建筑設計的模型之中，源于模型的生成效果逼真，視圖會隨著更新而自動改變，不再需要各設計方對視圖進行重新繪制。注釋符號是對設計進行說明、注釋的圖形因素，又分為注釋圖源以及基準圖源，這些均屬非圖形信息。使用者可以運用注釋來完成模型的操作，給模型添加相應的信息，從而改變模型的圖源。

五、BIM技術在節能上的應用

BIM輔助住宅節能設計，或是說對能力性能上的模擬和分析，是對綜合數據信息的整合，通過科學的手段展示出的圖像顯示，是對建筑性能的解讀，得到建筑性能最逼真的效果。住宅建筑的節能設計屬于相對重要的地位，其主要目的就是減少建筑能耗，建筑的外形、所處位置及外部結構對建筑物與外部環境融合起一定作用。不同的建筑設計會對能源的消耗產生不同影響，建筑能量性能對建筑設計有主導作用。

住宅設計與住宅耗能分析間的問題：

1.住宅能耗計算量龐大，方法復雜，設計師需要應用輔助工具，否則很不容易掌握。

2.住宅設計人員在方案的設計時期不利于對耗能進行迅速、直觀的分析，使節能優化設計的難度有所提升。

3.方案設計階段，能耗的分析結果不能做到直接應用于指導設計，來幫助設計人員修正設計方案。

結語：

BIM對住宅建筑的應用分析，重點對BIM推動住宅設計的前進進行了討論，通過對BIM技術特性進行解讀，確定了其在建筑設計中的應用范疇，包括空間的規劃、構建的制作、節能的分析、后期的管理等。本文將建筑住宅設計和BIM技術兩者結合，利用科學的方法，肯定了BIM對住宅建筑的優勢。簡明闡述了BIM軟件的使用很大程度上提升了設計質量、提高了生產力。BIM設計軟件大大提升了工作效率，使原本需要大量人工輸入的是數據變得簡化、生動，但BIM可應用的領域還沒有得到完全開發，希望在未來的開發上得到長足的進步。

參考文獻：

[1]龍輝元.BIM技術應用于結構設計的探討與案例[J].土木建筑工程信息技術，2010.

[2]曾統華.基于BIM技術的建筑節能設計軟件研制及應用[J].清華大學，2012.

[3]王光宇.BIM在建筑設計中的應用與發展趨勢[J].黑龍江水利科技，2013.