綠色建筑BIM技術(shù)應(yīng)用研究與實(shí)踐

馬旭新 劉祥宏 王凱 王晨陽 王彥喆

【摘?要】BIM基于三維的協(xié)同設(shè)計(jì)模式，設(shè)計(jì)成果承載大量信息，將給建筑工程各階段的相關(guān)方提供全新的價(jià)值體驗(yàn)，如何在實(shí)際工程中進(jìn)行應(yīng)用成為亟需研究的課題。本文通過對BIM技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用與實(shí)踐，探索BIM技術(shù)在綠色建筑中應(yīng)用方法，為BIM技術(shù)在建設(shè)行業(yè)的深化應(yīng)用提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】綠色建筑;BIM技術(shù);深化審計(jì);高效工作模式;數(shù)據(jù)交換

1.綠色建筑發(fā)展現(xiàn)狀

綠色建筑發(fā)展到今天，其內(nèi)涵不斷拓展，實(shí)踐方式也不斷豐富。首先，體現(xiàn)在設(shè)計(jì)過程中貫穿整合設(shè)計(jì)理念，它是自然環(huán)境、建筑外墻和建筑體系之間的互動(dòng)達(dá)到最佳化的必要條件。負(fù)責(zé)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營的團(tuán)隊(duì)需綜合研究項(xiàng)目需求、項(xiàng)目地點(diǎn)、建筑用料、建筑構(gòu)件和施工過程，并研究各項(xiàng)元素之間的整體應(yīng)用，以達(dá)到最佳的節(jié)能效果及降低對環(huán)境構(gòu)成的影響，這種設(shè)計(jì)理念有別于傳統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)過程。另外，值得關(guān)注的是如何合理應(yīng)用技術(shù)、有效應(yīng)用技術(shù)的問題。在進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)的同時(shí)，不應(yīng)追求各種技術(shù)的堆砌，而應(yīng)因地制宜對各技術(shù)進(jìn)行可行性分析后，選用經(jīng)濟(jì)且有效的適用技術(shù)體系，將綠色建筑設(shè)計(jì)與成本有機(jī)結(jié)合，使綠色理念真正落到實(shí)處，結(jié)合項(xiàng)目所在的區(qū)域特點(diǎn)及建筑功能，分析不同的技術(shù)組合方案的實(shí)施難度和經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)，確定經(jīng)濟(jì)技術(shù)最優(yōu)化的實(shí)施策略。

2、BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)過程的應(yīng)用研究

根據(jù)民用建筑的GB/T?50378綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)，綠色建筑的評價(jià)分為設(shè)計(jì)評價(jià)和運(yùn)行評價(jià)兩大類，其體系包括節(jié)地與室外環(huán)境、節(jié)能與能源利用、節(jié)水與水資源利用、節(jié)材與材料資源利用、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、施工管理和運(yùn)行管理七類指標(biāo)。

1）現(xiàn)狀

在AutoCAD占據(jù)主導(dǎo)地位的時(shí)代，只有通過手工輸入的方式將建筑設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入專業(yè)軟件，才能進(jìn)行能量分析。而操作和使用這類專業(yè)軟件不僅需要有復(fù)雜的基本知識，而且還需要專門的程序，必須由訓(xùn)練有素的工作人員專門操作。在二維傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式中，能源效率的計(jì)算通常被安排在最后的設(shè)計(jì)階段，能量分析作為一個(gè)象征性的姿態(tài)，對綠色建筑設(shè)計(jì)的影響不大[1]。

2）BIM技術(shù)對于綠色建筑設(shè)計(jì)的意義

BIM技術(shù)的最重要意義，在于它重新整合了建筑設(shè)計(jì)的流程，其所涉及的建筑生命周期管理（BLM即建筑的生命周期是指：選址、場地改造、建筑設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行、維護(hù)、翻新和拆除），又恰好是綠色建筑設(shè)計(jì)的關(guān)注和影響對象[2]。其將給綠色建筑設(shè)計(jì)帶來以下幾個(gè)變化和便利：

（1）真實(shí)的BIM模型數(shù)據(jù)和豐富的構(gòu)件信息給各種綠色建筑分析軟件以強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持，確保了結(jié)果的準(zhǔn)確性。目前包括Revit在內(nèi)的絕大多數(shù)BIM相關(guān)軟件都具備將其模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出為各種分析軟件通用的GBXML、DXF等格式。

（2）BIM模型的某些特性（如參數(shù)化、構(gòu)件庫等）使建筑設(shè)計(jì)及后續(xù)流程針對上述分析的結(jié)果，有非常及時(shí)和高效的反饋。

（3）綠色建筑設(shè)計(jì)是一個(gè)跨學(xué)科，跨階段的綜合性設(shè)計(jì)過程，而BIM?模型則正好順應(yīng)此需求，實(shí)現(xiàn)了單一數(shù)據(jù)平臺上各個(gè)工種的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)集中。同時(shí)結(jié)合Navisworks等軟件加入4D信息，使跨階段的管理和設(shè)計(jì)完全參與到信息模型中來。

（4）BIM技術(shù)的實(shí)施，能將建筑各項(xiàng)物理信息分析從設(shè)計(jì)后期顯著提前，有助于建筑師在方案、甚至概念設(shè)計(jì)階段進(jìn)行綠色建筑相關(guān)的決策。

3、BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用案例

本次研究選擇某研發(fā)中心大樓建設(shè)工程為案例，從建筑方案設(shè)計(jì)到完成綠色建筑深化設(shè)計(jì)，全程采用BIM技術(shù)建模，實(shí)踐BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用。按照以下步驟實(shí)施：

1. 利用Revit?Architecture建立三維建筑模型

本次研究過程中，建模工具采用REVIT軟件建立該研發(fā)中心大樓的三維模型，通過三維建筑模型實(shí)現(xiàn)可視化、信息集成等目標(biāo)。

1. Revit?Architecture與綠色建筑分析軟件之間的數(shù)據(jù)交換

REVITArchitecture與綠色建筑分析軟件之間的數(shù)據(jù)交換主要通過兩種文件格式進(jìn)行：GBXML格式或者DXF格式文件。

GBXML格式的文件是以空間為基礎(chǔ)的模型，房間的圍護(hù)結(jié)構(gòu)包含屋頂、內(nèi)墻和外墻樓板和板、窗、門及洞口，都是以面的形式簡化表達(dá)的，并沒有厚度，而且沒有構(gòu)建的細(xì)部。而非房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)的部分則是通過以外部平面的形式表達(dá)的，這些外部平面模型可能在數(shù)據(jù)傳遞的過程中丟失一部分。而DXF文件是詳細(xì)的3D模型，建筑構(gòu)建都是有厚度的。同GBXML文件相比，DXF文件因?yàn)槠浣ㄖ?gòu)件有厚度，分析的結(jié)果顯示效果會(huì)更好一些，故本次研究的BIM與建筑環(huán)境軟件的應(yīng)用是通過DXF的數(shù)據(jù)交換。

1. 室外風(fēng)環(huán)境、室外熱環(huán)境、室內(nèi)自然通風(fēng)模型的建立與交換

在Revit?Architecture中，建筑模型的一個(gè)視圖包含很多對象及大量數(shù)據(jù)，根據(jù)需要導(dǎo)出的一個(gè)或多個(gè)視圖中可見的對象，可以提高導(dǎo)出過程的性能。本次研究采用Phoenics軟件作為綠色建筑分析軟件，Revit?Architecture可通過DXF格式與Phoenics?的進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

1. 室外日照、室內(nèi)自然采光模型的建立與交換

本次研究光環(huán)境采用ECOTECT軟件，與風(fēng)熱環(huán)境模型建立一致，光環(huán)境模型同樣可以通過Revit?Architecture將模型導(dǎo)出為DXF格式，與Phoenics?的進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

1. 綠色建筑深化設(shè)計(jì)

在綠色建筑分軟件中，完成建模后，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)后，即可進(jìn)行綠色建筑分析工作。

• 最佳朝向分析
• 日照分析
• 光伏板位置優(yōu)化分析
• 植物配置分析
• 室內(nèi)外風(fēng)熱環(huán)境分析
• 室內(nèi)自然采光分析

1. 新的高效工作模式

在實(shí)際應(yīng)用案例中，基于BIM技術(shù)可以建立更為高效的工作模式。綠色建筑分析結(jié)果出來后，在三維模型上進(jìn)行直接修改，可以方便快捷的直接同步到模擬分析軟件中進(jìn)行確認(rèn)，可建立快捷的分析、修改、確認(rèn)的三步工作模式。在具體作業(yè)方式上可做以下調(diào)整。

• 綠色建筑分析工程師提前介入

采用BIM技術(shù)建模后，綠色建筑分析工程師可以在建筑設(shè)計(jì)整個(gè)過程中實(shí)時(shí)參與設(shè)計(jì)過程，實(shí)時(shí)進(jìn)行綠色建筑分析，第一時(shí)間提出修改建議，從而減少返工，提高效率。

• 多專業(yè)協(xié)同工作

采用BIM技術(shù)建模后，綠色建筑分析工程師與各個(gè)建筑專業(yè)可以基于同一套模型進(jìn)行快速分析、便捷溝通，實(shí)現(xiàn)各個(gè)專業(yè)之間無縫對接、高效協(xié)同工作。

4.總結(jié)

通過本次應(yīng)用案例，綜合利用BIM技術(shù)和建筑能耗分析進(jìn)行可持續(xù)性綠色建筑設(shè)計(jì)，我們研究了BIM應(yīng)用的成果輸出方式，以及BIM應(yīng)用過程中各種仿真軟件工具所需的數(shù)據(jù)交互方式，探索了綠色建筑項(xiàng)目的BIM?技術(shù)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

本文介紹的BIM技術(shù)應(yīng)用綠色建筑設(shè)計(jì)的方式和經(jīng)驗(yàn)，為其他設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和工程團(tuán)隊(duì)提供了如何在綠色建筑設(shè)計(jì)過程中使用BIM技術(shù)的一種方法，將為進(jìn)BIM技術(shù)在國內(nèi)建筑行業(yè)的應(yīng)用提供一定的理論指導(dǎo)和操作借鑒。

參考文獻(xiàn)

【1】曾旭東，趙昂.基于BIM技術(shù)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)用研究.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，

28（2）：?33-35

【2】] 2011柏慕培訓(xùn).Autodesk?Ecotect?Analysis?2011綠色建筑分析實(shí)例.北京：電子工業(yè)出版社，2012，4-8