BIM技術在清遠市農村住宅中的建模應用★

崔 鳳，蔡啟鴻，鐘法送，何丞磊

(廣東交通職業技術學院，廣東 廣州 510650)

鄉村振興戰略指導下，美麗鄉村建設如火如荼的開展。2021年1月，生態環境部、住房城鄉建設部、農業農村部等七部門發布了《關于推動農村人居環境標準體系建設的指導意見》用于推動農村人居環境的持續改善。迅猛發展的BIM建筑信息技術可以應用到農村住宅和鄉村空間規劃的設計和建設中，有助于美麗鄉村的建設和發展。

1 清遠市農村住宅發展

為提高清遠市農村住宅設計質量，提升清遠市農村建筑風貌，自2019年5月起，清遠市住建局會同市工程勘察設計行業協會面向社會征集了百余套農村住宅設計優秀方案，并經專家評審后選定50套優秀設計方案。這些優秀農村住宅方案既符合安全美觀、經濟適用和節能環保、節地節材、綠色建筑的設計原則，又考慮清遠本地村民的生產方式和生活習慣，并綜合現代生活方式和發展趨勢。同時，強調對清遠當地建筑文化的傳承與創新，深入挖掘了清遠現有建筑風格特色和少數民族風情，提煉歷史文化建筑元素，研究傳統村落、歷史建筑、少數民族地區的建筑風貌，吸取其中優秀做法并優化創新。并且，鼓勵采用新的設計理念、新技術和新工藝降低工程造價[1]。

這些提供優秀方案的設計單位(15家)出具了建筑、結構、水、電專業施工圖，并經清遠市粵星工程建設咨詢服務有限公司審查圖紙合格。于2020年6月清遠市住建局發布通知推薦使用《清遠市農村住宅設計通用圖集》(共六冊，以下簡稱《圖集》)，并要求各縣(市、區)住建局應組織鎮村根據當地村莊建設規劃和宅基地管理的要求，選擇若干戶型推薦給農戶使用；并將圖集作為該市鄉村建筑工匠培訓的重要內容，不斷提高鄉村建筑工匠的識圖能力和施工質量安全水平。

根據2022年1月印發的《清遠市人民政府關于全面推進農房管控和鄉村風貌提升的工作方案》，清遠市全面推進農房管控和鄉村風貌提升，加快農村人居環境提質升級，建設生態宜居美麗鄉村，塑造生態振興新格局。并提出在編制村莊規劃時應繪制建筑風貌效果圖，鼓勵農民集中建房、合理布局，形成相對集中、集約高效的村莊用地建設布局。

2 BIM技術在清遠農村住宅的建模應用

BIM建筑信息模型技術是一種應用于工程設計、建造、管理的數據化工具[2]，主要是通過數字化技術，輸入全面、完整、屬實的數據信息，將二維視圖的平面圖和立面圖結合起來，建成可視化三維模型。數據信息里可以包括尺寸、定位、材料、顏色等狀態信息，也可以包括空間和運動軌跡等狀態信息，信息的準確程度越高，虛擬仿真的模型就越逼真。因而，BIM技術主要應用于建筑項目的規劃設計階段。同時，BIM技術將建筑模型信息化、可視化、參數化、虛擬化，后續更具備控制工程造價、監控施工進度、減少設備碰撞等優勢[3-4]。因此，BIM技術廣泛的應用于各種大型的建筑、橋梁等工程項目中。然而，BIM技術在農村住宅中的建模應用卻相對較少。因此，本文以清遠市住建局推廣的農村住宅設計方案為例，運用BIM技術，完成農村住宅和場地模型。

下面舉例說明BIM技術中Revit 2019軟件平臺對《圖集》中農村住宅戶型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》中其他戶型的可視化建模。

2.1 建立標高和軸網

標高和軸網的繪制是三維模型建立的基礎。新建一個建筑樣板，打開立面東西南北中的一個視圖，繪制項目的標高：室外地坪為-0.2 m，層高為3.6 m，共3層，還有屋面標高和屋頂標高。然后，在“視圖”-“創建”-“平面視圖”中，將所有標高都添加到樓層平面，這樣，才能到相應的平面視圖中進行繪制。

打開一層平面視圖，依據設計尺寸從左向右、從下向上繪制建筑的軸網。所繪制的標高和軸網會自動在所有平面視圖和立面視圖中根據視圖角度進行顯示，方便后續繪圖。

2.2 建立柱墻門窗和樓梯

在一層平面視圖中，點擊“建筑”選項卡下面的柱、墻、門、窗和樓梯，編輯類型為項目設計的類型，創建與實際相符的材質顏色等構件族。這些構件族可以保存后載入到其他不同的項目中使用。

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

表1 外墻結構參數設置表

隨著農村住宅的設計也開始注重綠色建筑設計，玻璃幕墻也會應用到客廳、頂層等位置，以增加自然光的照明。點擊幕墻，修改幕墻的豎梃的參數，放置幕墻即可。

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

一樓平面視圖繪制完成后，同樣的方法進行二樓平面、三樓平面、屋面女兒墻繪制。

然后，在Revit中點擊樓梯，在一樓平面的樓梯間插入樓梯，設置樓梯參數，系統自動計算需要的踢面數，采用對稱方式布局樓梯即可。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，點擊樓板，修改樓板的屬性參數，本戶型采用120 mm厚的鋼筋混凝土樓板。然后點擊墻體，圍成封閉圖形后，可自動生成樓板。一層樓板添加成功后，逐層完成樓板繪制，然后將建筑進行封頂。根據住宅設計方案，添加屋頂即可。屋頂的操作方法與樓板類似。最終的三維視圖見圖2。

2.4 布置建筑設備和內部裝飾

Revit可以為住宅模型輸入建筑設備信息，水電通風等管線設計，并在三維模型中可以檢查管線碰撞，避免在施工中出現錯誤。

住宅模型建立完畢后，可進行布局和設計住宅內部裝飾。設計師為某住宅模型內部的首層布局配置了沙發、餐桌、床、衣柜、衛生間廚房設施等，見圖3。這樣，各個功能區域清楚明了，淺顯易懂。還可為日后裝修提供家具數據參考。這些設施，需要利用Revit 軟件，建立相關的族文件，族文件的參數可以進行修改，這樣在模型項目中，就可以直接更改尺寸后使用。

2.5 布置外部場地

對住宅周圍場地進行布置。設計師為某住宅別墅設計了庭院，見圖4。別墅位于庭院的西北部，庭院的正門向南，入門后西邊空地上布置了兒童游樂設施，包括滑梯和秋千；東邊空地可布置成小花園，里面有一個小池塘。花園的北邊位置設計了兩個停車位，并且在庭院北邊圍欄處安排了用于車輛出入的后門。在Revit模型中，各種構件族可以提前繪制完成，載入到項目場地中的坐標位置，修改參數至設計數據即可。

2.6 繪制鄉村風貌圖

根據鄉村的現有地理信息和空間位置，可以在Revit中繪制場地，再對場地進行規劃設計，依據坐標將不同的建筑模型放入到場地中，形成鄉村風貌圖。如圖5所示，某鄉村風貌效果圖中鄉村的東側為農田，南側有兩個魚塘，西側為新建農村住宅區，前方有停車場。住宅區的東邊規劃有運動區、兒童游樂區和文化廣場。道路合理規劃，并在道路兩旁和廣場中央種植了大樹。BIM還可以設置路徑動畫，呈現虛擬實景漫游效果。

3 展望

1)對于農村住宅項目本身，BIM技術具備顯著優勢。

從上述案例可以看出，利用BIM技術，可以將農村住宅進行三維建模，對鄉村空間和鄉村風貌形成可視化模型。這些立體模型在設計階段就進行虛擬仿真，以此來提高設計效率，完善設計效果，避免盲目的施工。在進行設計修改時，平面圖或立面圖中的任一修改，同步聯動修改整體模型，三維圖和剖面圖可輕松查看實時效果，所以圖紙不容易出錯。而且BIM模型的參數數據可以用于項目造價分析、施工進度控制和設備碰撞檢查等，方便運用到項目建設整個過程。

同時，當可視化模型建成后，BIM技術可以對建筑模型進行日照模擬、室內外風環境模擬、全年能耗負荷計算等各種建筑性能的分析[5]。因此，BIM技術也有助于農村住宅向著綠色建筑方向發展，更加節能低耗、環保生態,促進可持續發展[6]。

2)對于村民，更加接受和認可BIM技術。

筆者團隊在清遠市新星村進行了調查，根據50份調查報告數據顯示，84%的村民同意當只看《圖集》當中的施工圖時，因不懂專業的建筑知識，看不懂平面圖紙。當村民看根據《圖集》建成BIM模型時，76%的村民表示看得懂三維圖，可視化模型效果非常滿意。同時，部分村民還根據自己家庭的需要提出了一些建議給設計者，如一樓設置雜物間、廚房改成推拉門等細節。這些細節改進建議的修改，在BIM技術中不僅容易修改，而且平面圖和立面圖可以同時修改，避免圖紙出現錯誤導致施工問題。由此可見，BIM技術提供了平臺給設計者和農民進行更容易理解的溝通平臺，使得設計出的農村住宅更能滿足農民心意。同時，農村住宅的建設不僅需要實現農民的期待，也需要對當地的文化進行傳承和發展，還需要因地制宜，考慮當地的氣候等自然條件、文化條件，符合當地居民生活習慣[7]。因此，BIM技術在虛擬仿真建模過程中，可以及時根據各種需求調整模型的細節，比如屋頂應該采用平屋頂還是坡屋頂，大門和窗戶的類型設計等內容。

3)BIM技術的局限性和解決方法。

本文中所提到的BIM技術應用，是基于《圖集》中的施工圖而建立模型的。而BIM對農村住宅和鄉村空間規劃的正向設計，指能夠從BIM模型直接標準化出施工圖，其準確性、完整性需要建立在精準的建筑信息和地理數據上。但農村管理不如城市細化，基礎數據信息少，完善數據需要一定的時間和成本。同時，BIM模型的建立也需要資金預算，但農村住宅往往預算較少，也限制了BIM技術在實際農村住宅中的正向應用。甚至在整個項目周期過程中，BIM技術雖然可以更加實時詳細的管理工程進度，但因單一的農村住宅工程量小，所以BIM技術很少應用于此。

另外，由于BIM技術尚在發展階段，2016年國家住房和城鄉建設部在《2016—2020年建筑業信息化發展綱要》中提出大力發展BIM技術。多數高等學校的土木建筑專業于近幾年開設BIM課程[8]，而社會上的BIM培訓課程又比較昂貴，能夠熟練掌握BIM技術的土木人才供不應求。這些BIM人才往往集中在城市的公司企業。如今，需要BIM模型的工程項目很多，從而導致BIM人才往往把時間和精力用在一些大型項目上，更多地為大型項目建立可視化模型，對于農村住宅這種小型項目無暇顧及。因此，培養更多的掌握BIM技術的土木建筑專業人才，特別是鄉村人才，將有助于更快的推動BIM技術應用到美麗鄉村的建設中。

4 結語

從清遠市《圖集》戶型的平面施工圖紙轉換成三維可視化模型并完成了鄉村風貌效果圖的案例中，可以看出BIM技術為農村住宅和鄉村空間規劃的發展提供了虛擬仿真、可視化的建模途徑。雖然目前應用BIM技術的鄉村項目較少，但在鄉村振興戰略下，農村住宅的建設和鄉村空間規劃將會越來越重要。隨著BIM技術的發展和BIM鄉村人才的培養，BIM技術也必定會更多地應用到農村住宅建設和鄉村空間規劃中，加快和實現美麗鄉村生態宜居的人居環境。