BIM技术在清远市农村住宅中的建模应用★

崔 凤，蔡启鸿，钟法送，何丞磊

(广东交通职业技术学院，广东 广州 510650)

乡村振兴战略指导下，美丽乡村建设如火如荼的开展。2021年1月，生态环境部、住房城乡建设部、农业农村部等七部门发布了《关于推动农村人居环境标准体系建设的指导意见》用于推动农村人居环境的持续改善。迅猛发展的BIM建筑信息技术可以应用到农村住宅和乡村空间规划的设计和建设中，有助于美丽乡村的建设和发展。

1 清远市农村住宅发展

为提高清远市农村住宅设计质量，提升清远市农村建筑风貌，自2019年5月起，清远市住建局会同市工程勘察设计行业协会面向社会征集了百余套农村住宅设计优秀方案，并经专家评审后选定50套优秀设计方案。这些优秀农村住宅方案既符合安全美观、经济适用和节能环保、节地节材、绿色建筑的设计原则，又考虑清远本地村民的生产方式和生活习惯，并综合现代生活方式和发展趋势。同时，强调对清远当地建筑文化的传承与创新，深入挖掘了清远现有建筑风格特色和少数民族风情，提炼历史文化建筑元素，研究传统村落、历史建筑、少数民族地区的建筑风貌，吸取其中优秀做法并优化创新。并且，鼓励采用新的设计理念、新技术和新工艺降低工程造价[1]。

这些提供优秀方案的设计单位(15家)出具了建筑、结构、水、电专业施工图，并经清远市粤星工程建设咨询服务有限公司审查图纸合格。于2020年6月清远市住建局发布通知推荐使用《清远市农村住宅设计通用图集》(共六册，以下简称《图集》)，并要求各县(市、区)住建局应组织镇村根据当地村庄建设规划和宅基地管理的要求，选择若干户型推荐给农户使用；并将图集作为该市乡村建筑工匠培训的重要内容，不断提高乡村建筑工匠的识图能力和施工质量安全水平。

根据2022年1月印发的《清远市人民政府关于全面推进农房管控和乡村风貌提升的工作方案》，清远市全面推进农房管控和乡村风貌提升，加快农村人居环境提质升级，建设生态宜居美丽乡村，塑造生态振兴新格局。并提出在编制村庄规划时应绘制建筑风貌效果图，鼓励农民集中建房、合理布局，形成相对集中、集约高效的村庄用地建设布局。

2 BIM技术在清远农村住宅的建模应用

BIM建筑信息模型技术是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具[2]，主要是通过数字化技术，输入全面、完整、属实的数据信息，将二维视图的平面图和立面图结合起来，建成可视化三维模型。数据信息里可以包括尺寸、定位、材料、颜色等状态信息，也可以包括空间和运动轨迹等状态信息，信息的准确程度越高，虚拟仿真的模型就越逼真。因而，BIM技术主要应用于建筑项目的规划设计阶段。同时，BIM技术将建筑模型信息化、可视化、参数化、虚拟化，后续更具备控制工程造价、监控施工进度、减少设备碰撞等优势[3-4]。因此，BIM技术广泛的应用于各种大型的建筑、桥梁等工程项目中。然而，BIM技术在农村住宅中的建模应用却相对较少。因此，本文以清远市住建局推广的农村住宅设计方案为例，运用BIM技术，完成农村住宅和场地模型。

下面举例说明BIM技术中Revit 2019软件平台对《图集》中农村住宅户型D2一栋3层小别墅的建模步骤。采用同样的方法可以完成《图集》中其他户型的可视化建模。

2.1 建立标高和轴网

标高和轴网的绘制是三维模型建立的基础。新建一个建筑样板，打开立面东西南北中的一个视图，绘制项目的标高：室外地坪为-0.2 m，层高为3.6 m，共3层，还有屋面标高和屋顶标高。然后，在“视图”-“创建”-“平面视图”中，将所有标高都添加到楼层平面，这样，才能到相应的平面视图中进行绘制。

打开一层平面视图，依据设计尺寸从左向右、从下向上绘制建筑的轴网。所绘制的标高和轴网会自动在所有平面视图和立面视图中根据视图角度进行显示，方便后续绘图。

2.2 建立柱墙门窗和楼梯

在一层平面视图中，点击“建筑”选项卡下面的柱、墙、门、窗和楼梯，编辑类型为项目设计的类型，创建与实际相符的材质颜色等构件族。这些构件族可以保存后载入到其他不同的项目中使用。

先在一层平面视图中，根据柱子所在轴网交点位置，放置好柱子，并在立面图或三维图中调整柱子的高度。然后点击墙，绘制所需要的墙体。Revit墙族主要分为外墙、内墙和玻璃幕墙。外墙采用200 mm厚，内墙采用100 mm厚。其中，外墙的参数设计如表1所示。绘制墙体时，注意在属性框里选择墙体的定位线、底部限制条件、顶部约束等参数。

表1 外墙结构参数设置表

随着农村住宅的设计也开始注重绿色建筑设计，玻璃幕墙也会应用到客厅、顶层等位置，以增加自然光的照明。点击幕墙，修改幕墙的竖梃的参数，放置幕墙即可。

绘制完墙后，可以绘制门窗。在Revit中点击“门”或者“窗”，根据材质、形状等分有多种门窗形式，选择需要的门窗族，修改门窗的宽度高度参数尺寸，点击相应的墙体位置，就可直接放置门窗，然后再修改门窗的位置参数，最后到三维视图查看实际效果。还可以通过Revit直接导出门窗信息汇总表。

一楼平面视图绘制完成后，同样的方法进行二楼平面、三楼平面、屋面女儿墙绘制。

然后，在Revit中点击楼梯，在一楼平面的楼梯间插入楼梯，设置楼梯参数，系统自动计算需要的踢面数，采用对称方式布局楼梯即可。同理完成二楼平面的楼梯绘制，就形成了所需要的楼梯模型，如图1所示。

2.3 建立楼板和屋顶

在一层平面图中，点击楼板，修改楼板的属性参数，本户型采用120 mm厚的钢筋混凝土楼板。然后点击墙体，围成封闭图形后，可自动生成楼板。一层楼板添加成功后，逐层完成楼板绘制，然后将建筑进行封顶。根据住宅设计方案，添加屋顶即可。屋顶的操作方法与楼板类似。最终的三维视图见图2。

2.4 布置建筑设备和内部装饰

Revit可以为住宅模型输入建筑设备信息，水电通风等管线设计，并在三维模型中可以检查管线碰撞，避免在施工中出现错误。

住宅模型建立完毕后，可进行布局和设计住宅内部装饰。设计师为某住宅模型内部的首层布局配置了沙发、餐桌、床、衣柜、卫生间厨房设施等，见图3。这样，各个功能区域清楚明了，浅显易懂。还可为日后装修提供家具数据参考。这些设施，需要利用Revit 软件，建立相关的族文件，族文件的参数可以进行修改，这样在模型项目中，就可以直接更改尺寸后使用。

2.5 布置外部场地

对住宅周围场地进行布置。设计师为某住宅别墅设计了庭院，见图4。别墅位于庭院的西北部，庭院的正门向南，入门后西边空地上布置了儿童游乐设施，包括滑梯和秋千；东边空地可布置成小花园，里面有一个小池塘。花园的北边位置设计了两个停车位，并且在庭院北边围栏处安排了用于车辆出入的后门。在Revit模型中，各种构件族可以提前绘制完成，载入到项目场地中的坐标位置，修改参数至设计数据即可。

2.6 绘制乡村风貌图

根据乡村的现有地理信息和空间位置，可以在Revit中绘制场地，再对场地进行规划设计，依据坐标将不同的建筑模型放入到场地中，形成乡村风貌图。如图5所示，某乡村风貌效果图中乡村的东侧为农田，南侧有两个鱼塘，西侧为新建农村住宅区，前方有停车场。住宅区的东边规划有运动区、儿童游乐区和文化广场。道路合理规划，并在道路两旁和广场中央种植了大树。BIM还可以设置路径动画，呈现虚拟实景漫游效果。

3 展望

1)对于农村住宅项目本身，BIM技术具备显著优势。

从上述案例可以看出，利用BIM技术，可以将农村住宅进行三维建模，对乡村空间和乡村风貌形成可视化模型。这些立体模型在设计阶段就进行虚拟仿真，以此来提高设计效率，完善设计效果，避免盲目的施工。在进行设计修改时，平面图或立面图中的任一修改，同步联动修改整体模型，三维图和剖面图可轻松查看实时效果，所以图纸不容易出错。而且BIM模型的参数数据可以用于项目造价分析、施工进度控制和设备碰撞检查等，方便运用到项目建设整个过程。

同时，当可视化模型建成后，BIM技术可以对建筑模型进行日照模拟、室内外风环境模拟、全年能耗负荷计算等各种建筑性能的分析[5]。因此，BIM技术也有助于农村住宅向着绿色建筑方向发展，更加节能低耗、环保生态,促进可持续发展[6]。

2)对于村民，更加接受和认可BIM技术。

笔者团队在清远市新星村进行了调查，根据50份调查报告数据显示，84%的村民同意当只看《图集》当中的施工图时，因不懂专业的建筑知识，看不懂平面图纸。当村民看根据《图集》建成BIM模型时，76%的村民表示看得懂三维图，可视化模型效果非常满意。同时，部分村民还根据自己家庭的需要提出了一些建议给设计者，如一楼设置杂物间、厨房改成推拉门等细节。这些细节改进建议的修改，在BIM技术中不仅容易修改，而且平面图和立面图可以同时修改，避免图纸出现错误导致施工问题。由此可见，BIM技术提供了平台给设计者和农民进行更容易理解的沟通平台，使得设计出的农村住宅更能满足农民心意。同时，农村住宅的建设不仅需要实现农民的期待，也需要对当地的文化进行传承和发展，还需要因地制宜，考虑当地的气候等自然条件、文化条件，符合当地居民生活习惯[7]。因此，BIM技术在虚拟仿真建模过程中，可以及时根据各种需求调整模型的细节，比如屋顶应该采用平屋顶还是坡屋顶，大门和窗户的类型设计等内容。

3)BIM技术的局限性和解决方法。

本文中所提到的BIM技术应用，是基于《图集》中的施工图而建立模型的。而BIM对农村住宅和乡村空间规划的正向设计，指能够从BIM模型直接标准化出施工图，其准确性、完整性需要建立在精准的建筑信息和地理数据上。但农村管理不如城市细化，基础数据信息少，完善数据需要一定的时间和成本。同时，BIM模型的建立也需要资金预算，但农村住宅往往预算较少，也限制了BIM技术在实际农村住宅中的正向应用。甚至在整个项目周期过程中，BIM技术虽然可以更加实时详细的管理工程进度，但因单一的农村住宅工程量小，所以BIM技术很少应用于此。

另外，由于BIM技术尚在发展阶段，2016年国家住房和城乡建设部在《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》中提出大力发展BIM技术。多数高等学校的土木建筑专业于近几年开设BIM课程[8]，而社会上的BIM培训课程又比较昂贵，能够熟练掌握BIM技术的土木人才供不应求。这些BIM人才往往集中在城市的公司企业。如今，需要BIM模型的工程项目很多，从而导致BIM人才往往把时间和精力用在一些大型项目上，更多地为大型项目建立可视化模型，对于农村住宅这种小型项目无暇顾及。因此，培养更多的掌握BIM技术的土木建筑专业人才，特别是乡村人才，将有助于更快的推动BIM技术应用到美丽乡村的建设中。

4 结语

从清远市《图集》户型的平面施工图纸转换成三维可视化模型并完成了乡村风貌效果图的案例中，可以看出BIM技术为农村住宅和乡村空间规划的发展提供了虚拟仿真、可视化的建模途径。虽然目前应用BIM技术的乡村项目较少，但在乡村振兴战略下，农村住宅的建设和乡村空间规划将会越来越重要。随着BIM技术的发展和BIM乡村人才的培养，BIM技术也必定会更多地应用到农村住宅建设和乡村空间规划中，加快和实现美丽乡村生态宜居的人居环境。