BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

李超剛+李月香

摘 要：有效推動(dòng)綠色建筑的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，是中國(guó)建設(shè)領(lǐng)域未來發(fā)展的重要任務(wù)，但綠色建筑設(shè)計(jì)還存在問題。而BIM技術(shù)為綠色建筑的推廣提供了平臺(tái)，本文主要闡述了綠色建筑發(fā)展中存在的問題，并提出了BIM技術(shù)用于綠色建筑的協(xié)同性、一致性、高效性、專業(yè)性、節(jié)能性優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：BIM；綠色建筑設(shè)計(jì)；建筑行業(yè)；評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號(hào)：TU17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.050

隨著工業(yè)的發(fā)展和城市的擴(kuò)張，在單一追求經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，自然界毫不客氣地予以了懲罰，能源匱乏、環(huán)境污染、生態(tài)破壞等現(xiàn)象不斷增多。節(jié)能減排和修復(fù)生態(tài)得到了全世界的支持，新政策層出不窮。建筑業(yè)相比于其他行業(yè)，對(duì)能源、水及原材料等資源的消耗過大，因此，建筑業(yè)對(duì)整個(gè)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重大影響。綠色建筑就是順應(yīng)健康低碳生活、節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展、響應(yīng)政府號(hào)召和改善人民生活的變革。

我國(guó)在20世紀(jì)90年代引入了綠色建筑概念，而對(duì)綠色建筑的研究始于2001年，起步較晚。近年來，綠色建筑發(fā)展迅速，住建部倡導(dǎo)的“綠色住區(qū)建設(shè)導(dǎo)則”列入中國(guó)工程建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，“綠色住區(qū)模式”和“可持續(xù)發(fā)展綠色住區(qū)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)”將應(yīng)用于城市化建設(shè)。

1 綠色建筑設(shè)計(jì)的阻礙

1.1 工程建設(shè)體制

我國(guó)綠色建筑的起步較晚，且在建筑行業(yè)中建筑師普遍缺乏話語權(quán)，導(dǎo)致整個(gè)建筑行業(yè)普遍缺乏科學(xué)性。目前，我國(guó)綠色建筑的試點(diǎn)不少，大多被用來表現(xiàn)個(gè)人政績(jī)，而沒有真正實(shí)現(xiàn)其意義。

1.2 綠色建筑評(píng)價(jià)體系不成熟

目前，國(guó)際上發(fā)展比較成熟的綠色建筑評(píng)估系統(tǒng)有英國(guó)的BREEAM評(píng)估體系、美國(guó)的LEED綠色建筑評(píng)估體系、德國(guó)的生態(tài)建筑導(dǎo)則LNB、加拿大等多國(guó)參與的GBTool、澳大利亞的建筑環(huán)境評(píng)價(jià)體系NABERS、法國(guó)的ESCALE、挪威的 Eco-Profile、日本的CASBEE等。通過具體的評(píng)估技術(shù)可以定量地描述綠色建筑的節(jié)能效果、節(jié)水率、減少CO2等溫室氣體對(duì)環(huán)境的影響、“3R”材料的生態(tài)環(huán)境性能評(píng)價(jià)及綠色建筑的經(jīng)濟(jì)性能等指標(biāo)，因此，可以指導(dǎo)設(shè)計(jì)，為決策者和規(guī)劃者提供依據(jù)和參考標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)的《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50378—2014）于2015-01-01開始實(shí)施，相比于舊版標(biāo)準(zhǔn)，新版標(biāo)準(zhǔn)的改動(dòng)較多，側(cè)重點(diǎn)有所轉(zhuǎn)移，但對(duì)地域的差異考慮不足；對(duì)管理程度不夠重視；有些指標(biāo)量化不足，導(dǎo)致我國(guó)認(rèn)證的綠色建筑與國(guó)際水平還有差距，通過軟件節(jié)能計(jì)算的建筑很難達(dá)到理想效果。

1.3 專業(yè)協(xié)同性不強(qiáng)

設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)包括建筑、結(jié)構(gòu)、水暖、空調(diào)、機(jī)電、裝飾等各個(gè)專業(yè)。對(duì)于綠色建筑，還要考慮綠色環(huán)保建材的置換問題。在設(shè)計(jì)過程中，各個(gè)專業(yè)是獨(dú)立進(jìn)行的，雖然有一定的組織和協(xié)調(diào)，但溝通起來有障礙，會(huì)產(chǎn)生一定的疏漏。

1.4 與施工階段銜接難

工程中比較明顯的一個(gè)特點(diǎn)是前期的設(shè)計(jì)和后期的施工存在偏差，主要原因有以下2個(gè)：①很多設(shè)計(jì)人員缺乏施工生產(chǎn)知識(shí)，沒有現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)中頻頻出現(xiàn)施工中根本無法解決的問題；②我國(guó)的施工隊(duì)伍專業(yè)技術(shù)水平普遍較低，實(shí)際操作的工人幾乎沒經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，未能與時(shí)俱進(jìn)，不了解建筑發(fā)展的新方向，識(shí)圖能力較差，對(duì)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)意圖的理解不夠全面。

1.5 二次綠色不能提前實(shí)現(xiàn)

目前，我國(guó)綠色建筑的評(píng)價(jià)是基于2D的CAD輔助設(shè)計(jì)方案進(jìn)行的，雖然通過了初次綠色評(píng)估指標(biāo)，但因CAD二維精度的局限性，不能有效量化后期的節(jié)能綠化指標(biāo)，不能實(shí)現(xiàn)綠色建筑的二次評(píng)估，無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的綠色建筑。

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

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)BIM最為廣泛的應(yīng)用是在設(shè)計(jì)階段，同時(shí)，這也是技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵階段。2002年，Autodesk公司提出了建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM），是對(duì)建筑設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，僅限于學(xué)術(shù)研究，無法實(shí)踐應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著對(duì)BIM技術(shù)的不斷研究，全球三大軟件公司都開發(fā)了自己的BIM軟件，主要軟件有Digital Progect、Revit、AECOsim等。隨著BIM技術(shù)的不斷發(fā)展，其已在建筑設(shè)計(jì)、施工、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)、設(shè)備管理等建筑工程的多個(gè)方面有所應(yīng)用，且在國(guó)際上已得到大力推廣，比如日本建筑中對(duì)BIM 技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，美國(guó)的BIM技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在了很多的建筑項(xiàng)目中。

在我國(guó)，廣聯(lián)達(dá)、PKPM等軟件都在逐漸完善，并由2D向4D的轉(zhuǎn)換，但要想使BIM 技術(shù)在我國(guó)建筑業(yè)內(nèi)全面貫徹實(shí)施、協(xié)調(diào)發(fā)展，就目前而言還難以實(shí)現(xiàn)。然而，我國(guó)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的環(huán)境是相對(duì)比較寬松的，單一的在某個(gè)階段應(yīng)用BIM技術(shù)還是可行的，即在一些大型設(shè)計(jì)院的大型項(xiàng)目中采用BIM，比如南水北調(diào)工程、上海環(huán)球金融中心、北京奧運(yùn)村空間規(guī)劃和物資管理系統(tǒng)、世博文化中心、水立方、德國(guó)館和國(guó)家電力館等，都是我國(guó)應(yīng)用BIM技術(shù)的典范。

3 綠色建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

3.1 符合綠色建筑全生命周期的目標(biāo)

建筑物的能量消耗受到建筑單元形狀及特性、建筑使用模式、設(shè)備及內(nèi)部熱源、居住密度和外部環(huán)境等因素的影響，因此，要求綠色建筑的設(shè)計(jì)應(yīng)從選址便開始，直至拆除之后建筑廢棄物的處理。BIM對(duì)建筑的設(shè)計(jì)流程重新進(jìn)行了整合，涉及建筑的整個(gè)生命周期，包括選址、場(chǎng)地改造、建筑設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行、維護(hù)、翻新和拆除，而這些又恰好是綠色建筑設(shè)計(jì)的關(guān)注和影響對(duì)象。場(chǎng)地設(shè)計(jì)階段應(yīng)先實(shí)地考察，再使用BIM，根據(jù)場(chǎng)地大小、已有條件、建筑功能、經(jīng)濟(jì)性等分析場(chǎng)地的開發(fā)、使用率，從而提高土地使用率；初步設(shè)計(jì)階段可以使用BIM進(jìn)行能量分析，再根據(jù)建筑的平面布置、體型、外圍結(jié)構(gòu)和材料特點(diǎn)，選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案；設(shè)備設(shè)計(jì)階段，可以使用BIM的模型，模擬設(shè)備的使用狀況，計(jì)算材料的需求量，估算用水量、用電量等，可以達(dá)到節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)電、環(huán)保的目的。在整個(gè)設(shè)計(jì)階段，可以隨時(shí)使用BIM進(jìn)行建筑能耗分析，為綠色建筑滿足綠色標(biāo)識(shí)要求提供前期保障。

3.2 設(shè)計(jì)各專業(yè)的協(xié)同性強(qiáng)

在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式中，由于各專業(yè)在設(shè)計(jì)過程中溝通、協(xié)作不足，易出現(xiàn)沖突。BIM包括拓?fù)?、物理、幾何等信息，拓?fù)湫畔⒎从沉私M件之間的相關(guān)性，物理信息反映了組件的物理性質(zhì)，幾何信息反映了建筑三維空間的特點(diǎn)，把建筑項(xiàng)目整個(gè)生命周期的所有信息（維護(hù)管理、建造過程、施工進(jìn)度等過程信息）整合到了一個(gè)單獨(dú)的建筑模型中。使用BIM技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，各專業(yè)都是基于同一個(gè)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)活動(dòng)的，建筑師將成為團(tuán)隊(duì)的召集人，而不是決策者；結(jié)構(gòu)工程師、設(shè)備工程師在設(shè)計(jì)初期階段都將起到更加積極的作用，結(jié)構(gòu)工程師和設(shè)備工程師的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，甚至專家的咨詢意見，在設(shè)計(jì)過程中都將加以考慮。使用BIM創(chuàng)建的模型綜合考慮了虛擬建造、功能模擬、性能分析、技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算等應(yīng)用的信息需求，以實(shí)現(xiàn)BIM模型及信息在后續(xù)環(huán)節(jié)中的充分利用。這種以建筑模型為核心的協(xié)作模式，其各專業(yè)系統(tǒng)方案之間的空間協(xié)調(diào)性較好，還可以模擬動(dòng)態(tài)的施工過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，強(qiáng)化了與施工階段的銜接，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，滿足了綠色建筑不斷發(fā)展對(duì)設(shè)計(jì)過程以及技術(shù)手段的需求。

3.3 節(jié)能分析更加及時(shí)、全面

BIM技術(shù)代表軟件可提供詳盡、可靠的設(shè)計(jì)信息和深度的建筑模型細(xì)節(jié)，所有的信息能直接或經(jīng)由工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換導(dǎo)入軟件，進(jìn)而進(jìn)行能量分析。BIM的應(yīng)用可以使建筑師在設(shè)計(jì)中的任意階段、任何時(shí)間采用快速的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行建筑物理環(huán)境化的評(píng)估，這對(duì)建筑的生態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)有重大意義。

BIM是一個(gè)集成流程，可以在實(shí)際建筑建造之前通過數(shù)字的方式得到建筑物中的主要功能和物理特征。由于所使用的信息是協(xié)調(diào)一致的，因此，在實(shí)際施工之前，建筑師、工程師、承包商及業(yè)主都能夠查看項(xiàng)目建成后的外形及性能，同時(shí)，也能進(jìn)行各個(gè)方面的能源性能分析。比如，建立一個(gè)BIM基本模型，建筑能耗軟件既能幫助建筑師從整個(gè)建筑設(shè)計(jì)過程來分析節(jié)能問題，也能模擬整年每個(gè)時(shí)刻的建筑和空調(diào)系統(tǒng)的能耗和負(fù)荷。

4 結(jié)束語

隨著綠色建筑、被動(dòng)式建筑等新興環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展建筑的提出、推廣，要求建筑設(shè)計(jì)方法應(yīng)改變。BIM用于綠色建筑的設(shè)計(jì)中，可使得工作協(xié)同性更好，符合全生命周期節(jié)能的目標(biāo)。

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〔編輯：張思楠〕