基于BIM技術(shù)的綠色建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用分析

賈 爽 沈小威 張保剛

(機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450007)

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基于BIM技術(shù)的綠色建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用分析

賈 爽 沈小威 張保剛

(機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450007)

介紹了BIM技術(shù)的功能，從建筑環(huán)境、能源利用、材料利用、室內(nèi)環(huán)境等方面，闡述了BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，指出BIM技術(shù)具有可視性、模擬性、可優(yōu)化性、協(xié)調(diào)性等優(yōu)點(diǎn)，在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

BIM技術(shù)，綠色建筑，室內(nèi)環(huán)境，能源

近年來(lái)，建筑行業(yè)得到快速的發(fā)展，伴隨著建筑行業(yè)發(fā)展的同時(shí)是對(duì)環(huán)境的巨大破壞和資源的巨大消耗。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示人類的建筑活動(dòng)消耗的資源和能源占資源和能源總量的42%，建筑活動(dòng)產(chǎn)生的建筑垃圾占所有垃圾總量的43%。傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)沒(méi)有生態(tài)和綠色的設(shè)計(jì)理念，傳統(tǒng)的建筑采光、制冷和冬天取暖往往需要依靠電燈、空調(diào)和冰箱等家電設(shè)備，不僅需要消耗大量電能還會(huì)向大氣中排放二氧化碳、氯氟烴等化學(xué)物質(zhì)，造成全球變暖和臭氧層的破壞。20世紀(jì)60年代，美籍意大利設(shè)計(jì)師保羅·索勒瑞(Paolo Soleri.)首次提出生態(tài)建筑的設(shè)計(jì)理念，2006年6月1日我國(guó)正式頒布了GB/T 50378—2006綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著我國(guó)的建筑工程綠色化進(jìn)入到一個(gè)新的階段。綠色建筑設(shè)計(jì)采取了多種手段盡量降低建筑物對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響，例如：綠色建筑的采光可盡量采用自然光照、節(jié)能燈具和綠色能源，室溫舒適度盡可能的利用自然通風(fēng)和雙層保溫玻璃調(diào)節(jié)室溫，聲環(huán)境設(shè)計(jì)要考慮遠(yuǎn)離噪聲源和使用隔音玻璃對(duì)噪聲進(jìn)行控制等。

1 BIM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和概述

早期的手繪圖紙和CAD繪圖技術(shù)均為一維或二維的圖紙表達(dá)形式，需要將完整的圖紙分割為平面圖、立面圖和剖面圖等多個(gè)側(cè)面圖，使得圖紙變的抽象和復(fù)雜，表述過(guò)程需要引入大量的重復(fù)信息造成工作效率低下。建筑模型的信息量很大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)的繪圖技術(shù)不能將所有的建筑信息進(jìn)行匯總，不能對(duì)工程的整體和進(jìn)度進(jìn)行精準(zhǔn)的分析和判斷。BIM技術(shù)全稱為建筑信息模型，可對(duì)建筑對(duì)象的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行和維護(hù)的全部過(guò)程和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和描述，參與施工的每個(gè)單位均可以使用其數(shù)據(jù)和資源。BIM技術(shù)具有可視性、模擬性、協(xié)調(diào)性和可優(yōu)化性等優(yōu)點(diǎn)。

1)可視性。

BIM不但可以做到與3DstudioVIT，3DMAX類似的建筑效果圖和建筑動(dòng)畫(huà)，還可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算、綠色建筑分析、構(gòu)件參數(shù)注釋和建筑施工圖紙生成等功能。

2)模擬性。

BIM在設(shè)計(jì)階段可以對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行模擬，從而對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化，如：日光照射模擬、通風(fēng)模擬、室外噪聲模擬、人員緊急疏散模擬、節(jié)能環(huán)保模擬和熱能傳導(dǎo)模擬等。

3)協(xié)調(diào)性。

BIM技術(shù)可以將建筑、機(jī)電和結(jié)構(gòu)等多個(gè)專業(yè)協(xié)同到同一個(gè)模型中，避免因?qū)I(yè)溝通阻滯造成設(shè)計(jì)與施工出現(xiàn)碰撞問(wèn)題。

4)可優(yōu)化性。

BIM可以利用模型的幾何、規(guī)則、參數(shù)和建筑信息對(duì)項(xiàng)目方案和特殊項(xiàng)目(屋頂、裙樓、幕墻、異性設(shè)計(jì))進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。BIM技術(shù)不僅僅是3D的建筑模型，還可以與時(shí)間和成本結(jié)合起來(lái)對(duì)建筑進(jìn)行動(dòng)態(tài)的5D施工管理，還具有在虛擬的施工模型中生成工程量統(tǒng)計(jì)表、材料采購(gòu)計(jì)劃表、施工進(jìn)度報(bào)告書(shū)等功能。

BIM技術(shù)在綠色建筑的設(shè)計(jì)領(lǐng)域有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，例如：可以用于分析綠色建筑的采光效果、能源利用效率和環(huán)保型材料的使用比例；可以通過(guò)對(duì)建筑的通風(fēng)、采光、視覺(jué)和噪聲進(jìn)行分析，從而對(duì)人們的心理感受情況進(jìn)行預(yù)判；還可以通過(guò)地形模擬、風(fēng)環(huán)境模擬等測(cè)試使建筑與自然環(huán)境達(dá)到相互協(xié)調(diào)統(tǒng)一。BIM技術(shù)可以兼顧空間、環(huán)境與居住舒適性，可以有效的提高建筑的設(shè)計(jì)效率。由于BIM技術(shù)可以對(duì)大量的建筑信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、模擬和分析，因此可以為設(shè)計(jì)的效果提供準(zhǔn)確的預(yù)判并加以優(yōu)化。

2 BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 增強(qiáng)建筑與環(huán)境的適應(yīng)性

建筑幕墻是使用玻璃式幕墻還是鏡面式幕墻，室外景觀照射燈光能否直接射入空中，建筑對(duì)周?chē)ㄖ晒獾挠绊懬闆r，均可以由BIM軟件進(jìn)行模擬和分析。首先由建筑方提供建筑的建設(shè)平面圖、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)以及建筑效果圖等專項(xiàng)報(bào)告，然后由第三方進(jìn)行采光試驗(yàn)和光污染分析并編制分析報(bào)告，最后將上述專項(xiàng)信息和試驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入BIM軟件進(jìn)行日照模擬生成建筑物采光影響報(bào)告，根據(jù)報(bào)告書(shū)的結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。

建筑物室內(nèi)外的通風(fēng)環(huán)境也可以通過(guò)BIM軟件進(jìn)行模擬和分析，室內(nèi)空氣的流通和人行區(qū)的風(fēng)速設(shè)計(jì)應(yīng)保持在舒適的范圍內(nèi)。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定建筑周邊人行區(qū)的風(fēng)速應(yīng)達(dá)到5 m/s。模擬需要建筑方首先提供建設(shè)平面圖，然后由第三方根據(jù)建筑物與相鄰建筑的位置關(guān)系和常年風(fēng)速、風(fēng)向進(jìn)行風(fēng)環(huán)境模擬試驗(yàn)，最后將以上信息輸入BIM軟件進(jìn)行風(fēng)環(huán)境模式分析得出人行區(qū)1.5 m范圍內(nèi)的風(fēng)速結(jié)果，如需改善應(yīng)及時(shí)進(jìn)行提醒和優(yōu)化。

2.2 提高能源的利用效率

建筑的布局和朝向設(shè)計(jì)應(yīng)有利于夏季的通風(fēng)和冬季的保暖，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能應(yīng)達(dá)到參照值和設(shè)計(jì)值。參照值可選取與設(shè)計(jì)建筑形態(tài)相似、結(jié)構(gòu)相似、大小相似和朝向相同建筑，參照建筑與設(shè)計(jì)建筑應(yīng)處在同樣環(huán)境下計(jì)算其全年能耗。設(shè)計(jì)建筑的模擬能耗一旦超過(guò)參照建筑的能耗就需要對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，直至達(dá)到要求的節(jié)能效果。BIM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以快速的計(jì)算各項(xiàng)參數(shù)，大大的縮減人工統(tǒng)計(jì)所需要的時(shí)間，且其模擬輸出的數(shù)據(jù)具有高度的可信性。

2.3 提高材料的利用效率

綠色建筑的建筑材料應(yīng)盡可能選擇可再生的和可循環(huán)利用的材料，在無(wú)污染和安全的前提下使用可循環(huán)使用的材料比例應(yīng)超過(guò)建材總量的10%以上。建筑單位應(yīng)提供可循環(huán)使用材料的匯總表和利用比例計(jì)算表，將上述參數(shù)輸入到BIM軟件的材料利用明細(xì)表模塊，計(jì)算可循環(huán)使用材料的種類和重量，從而判斷建筑設(shè)計(jì)是否達(dá)到設(shè)計(jì)的節(jié)能要求。

2.4 提高室內(nèi)環(huán)境的質(zhì)量

建筑的室內(nèi)指標(biāo)主要為：照度值、顯色值和眩光值等，綠色建筑的照明設(shè)計(jì)要盡量的采用自然光和節(jié)能燈具，在保證室內(nèi)光線達(dá)標(biāo)的情況下盡可能的節(jié)約能源。建筑方應(yīng)提供出詳細(xì)的施工圖紙和產(chǎn)品的說(shuō)明書(shū)，參照《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》室內(nèi)的燈具應(yīng)選擇(3 300～5 300)K的色溫，室內(nèi)采光的模擬可以參照日照采光的模擬進(jìn)行。

當(dāng)陽(yáng)光直射面的房間室內(nèi)溫度過(guò)熱時(shí)需要進(jìn)行遮陽(yáng)設(shè)計(jì)，選擇遮陽(yáng)的材料與形式時(shí)要兼顧采光和通風(fēng)的要求，模擬數(shù)據(jù)顯示：西北面、北面和東北面一般適宜選擇垂直方式進(jìn)行遮陽(yáng)，可降低20%的照度；北面和南面一般可以選擇水平的方式遮陽(yáng)，可降低40%的照度；西面和東面一般適宜選擇擋板式進(jìn)行遮陽(yáng)，可降低50%的照度。遮陽(yáng)材料通常為固定式，具有成本高、維修難的特點(diǎn)，因此遮陽(yáng)材料要謹(jǐn)慎選擇。也可以選擇特種(防輻射或鍍膜)玻璃遮陽(yáng)模式或者百葉窗遮陽(yáng)模式，遮陽(yáng)的目的不是阻斷光線而是調(diào)節(jié)光線，應(yīng)選擇合適的遮陽(yáng)位置、遮陽(yáng)形式和遮陽(yáng)材料，使室內(nèi)達(dá)到理想的采光要求。建筑方應(yīng)提供施工圖紙、遮陽(yáng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)等材料，通過(guò)BIM系統(tǒng)對(duì)遮陽(yáng)的效果進(jìn)行模擬和分析，從而對(duì)遮陽(yáng)的形式和材料進(jìn)行選擇與優(yōu)化。

3 結(jié)語(yǔ)

在全球氣候變暖、環(huán)境污染日益加重和全球能源危機(jī)逐漸凸顯的背景下，要求我國(guó)應(yīng)盡快淘汰高能耗、高投入、低產(chǎn)出和低效益的傳統(tǒng)建筑模式，為了與我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略保持一致，近年來(lái)國(guó)內(nèi)興起生態(tài)建筑、綠色建筑的設(shè)計(jì)理念。BIM技術(shù)是集建筑模型和數(shù)字化信息為一體的高科技技術(shù)，可以對(duì)綠色建筑的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行與管理提供有效的技術(shù)支撐和保障，通過(guò)BIM設(shè)計(jì)的建筑在其全壽命周期中始終可以保持有據(jù)可依、節(jié)能環(huán)保與自然和諧。

[1] 陳子穎，林 宇，張?jiān)卵?BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].建筑設(shè)計(jì)管理，2013(6):14-18.

[2] 魏 煒.BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中實(shí)踐應(yīng)用[J].建筑節(jié)能，2016(2)：121-122.

[3] 陳 冰，康 健，陳天地,等.BIM支撐的綠色建筑循證設(shè)計(jì)研究[J].城市建筑，2015(6)：131-132.

[4] 楊 佳.運(yùn)用BIM軟件完成綠色建筑設(shè)計(jì)[J].工程質(zhì)量，2013,2(31)：55-58.

On application of green building design based on BIM technique

Jia Shuang Shen Xiaowei Zhang Baogang

(SIPPREngineeringGroupCo.,Ltd,Zhengzhou450007,China)

The paper introduces the functions of BIM technique, illustrates the application of BIM in green building design from the architectural environment, energy utilities, material application, and indoor environment, and points out the BIM is featured with the visibility, simulation, optimization, and coordination, so it can be adopted in architectural design.

BIM technique, green building, indoor environment, energy

1009-6825(2016)10-0209-02

2016-01-21

賈 爽(1983- )，男，碩士，工程師

TU201.5

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