(中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,北京 100038)
進(jìn)入21世紀(jì),特別是黨的十九大勝利召開(kāi)后我國(guó)進(jìn)入社會(huì)主義新時(shí)代,“十三五”規(guī)劃提出“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享”的五大發(fā)展理念已深入人心,以提高建筑物資源和能源利用效率,降低建筑物對(duì)自然環(huán)境的污染排放物為目標(biāo)的綠色建筑理念已成為政府及全行業(yè)的關(guān)注重點(diǎn)。BIM技術(shù)在降低建筑項(xiàng)目全壽命周期能耗,改善與提升可持續(xù)綠色建筑全壽命周期實(shí)施績(jī)效等方面逐步發(fā)揮出巨大潛能。本文基于BIM技術(shù)與綠色建筑相關(guān)內(nèi)涵,從綠色建筑的設(shè)計(jì)和相關(guān)案例角度分析了BIM技術(shù)與綠色建筑全壽命周期管理的適配性和可能性,并就現(xiàn)階段BIM技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用提出了相關(guān)建議。
BIM技術(shù)是一種具有提升創(chuàng)新、設(shè)計(jì)和施工效率的全新理念技術(shù),對(duì)踐行我國(guó)可持續(xù)綠色建筑發(fā)展具有重要意義。BIM技術(shù)包含建筑信息模型技術(shù)(Building Information Model)、建筑信息建模技術(shù)(Building Information Modeling)、建筑信息管理技術(shù)(Building Information Management)三個(gè)相互聯(lián)系卻又相互獨(dú)立的功能模塊。其基本內(nèi)涵包括:(1)從靜態(tài)的角度來(lái)說(shuō),BIM 是一個(gè)融合所有信息的數(shù)字化模型。利用該模型可實(shí)現(xiàn)虛擬仿真以及信息共享,即建筑信息模型,稱為BIM模型。(2)從動(dòng)態(tài)的角度來(lái)說(shuō),BIM 是一個(gè)不斷更新、輸入與提取信息的行為過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中,模型逐漸被完善以滿足各方需求,即建筑信息建模,稱為BIM 建模。(3)從管理的角度來(lái)說(shuō),BIM 提供了一個(gè)透明化、協(xié)同化的工作環(huán)境,便于信息共享與集成管理,及時(shí)找出問(wèn)題所在,做出正確決策,提高管理效率,即建筑信息管理,稱為BIM 管理。BIM 技術(shù)為綠色建筑的全壽命周期管理提供信息集成化管理的工具,為綠色建筑提供數(shù)據(jù)和技術(shù)上的支持,既保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,又為不同參與方的協(xié)同與創(chuàng)新提供了開(kāi)放性的信息集成,能夠顯著提高綠色建筑設(shè)計(jì)、分析、施工等方面的效率和質(zhì)量。
《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50378-2014)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)體系由節(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7類(lèi)指標(biāo)組成。每類(lèi)指標(biāo)均包括控制項(xiàng)和評(píng)分項(xiàng),評(píng)分項(xiàng)總分為100分。為鼓勵(lì)綠色建筑技術(shù)創(chuàng)新及推動(dòng)我國(guó)節(jié)能型產(chǎn)品應(yīng)用,還統(tǒng)一設(shè)置了加分項(xiàng)。綠色建筑評(píng)價(jià)按總得分確定評(píng)價(jià)等級(jí),總得分為各指標(biāo)加權(quán)得分與加分項(xiàng)附加得分之和。3個(gè)等級(jí)的綠色建筑均應(yīng)滿足本標(biāo)準(zhǔn)所有控制項(xiàng)要求,且每類(lèi)指標(biāo)的評(píng)分項(xiàng)得分不應(yīng)低于40 分。以下從《標(biāo)準(zhǔn)》的七大指標(biāo)角度來(lái)探討B(tài)IM 技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用。
該指標(biāo)有項(xiàng)目選址、場(chǎng)地安全、節(jié)約利用土地、光污染、環(huán)境噪聲、人行通道無(wú)障礙等方面的要求。合理利用BIM技術(shù),可對(duì)建筑場(chǎng)地周?chē)h(huán)境及建筑物空間進(jìn)行模擬分析,從而得出最合理的場(chǎng)地規(guī)劃、交通物流組織、建筑物及大型設(shè)備布局等方案; 另外通過(guò)日照、通風(fēng)、噪聲等分析與仿真工具,可以協(xié)助管理人員有效優(yōu)化與控制光、噪聲、水等污染源。
該指標(biāo)包括優(yōu)化設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能、通風(fēng)與供暖系統(tǒng)、節(jié)能電氣設(shè)備、照明功率等方面的要求。將專業(yè)建筑性能分析軟件導(dǎo)入BIM模型,優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑的形體、朝向、樓距、墻窗比等,并進(jìn)行能耗、熱工等分析,根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù),達(dá)到對(duì)自然能源的較高的利用率,減小能耗,節(jié)約能源的效果。
該指標(biāo)中對(duì)管網(wǎng)漏損、建筑平均日用水量、合理利用非傳統(tǒng)水源等方面做了相關(guān)規(guī)定和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。利用BIM技術(shù)虛擬施工,可在室外埋地下管道時(shí)采取有效措施避免碰撞或沖突導(dǎo)致的管網(wǎng)漏損; 在BIM動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中,可清晰地了解建筑物的日用水量,及時(shí)找出用水損失過(guò)多的原因; 利用BIM模型統(tǒng)計(jì)雨水采集數(shù)據(jù),根據(jù)此數(shù)據(jù)庫(kù)確定不同地貌和材質(zhì)對(duì)徑流系數(shù)的影響,充分利用非傳統(tǒng)水源。
該指標(biāo)對(duì)材料的強(qiáng)度、耐久性、可循環(huán)利用以及擇優(yōu)選擇建筑形體等方面做了相關(guān)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。在BIM模型中輸入材料的信息,對(duì)材料從制作或出庫(kù)到使用情況的全過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤,從而了解材料的去向,避免浪費(fèi); 利用BIM技術(shù)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析功能,預(yù)估材料的用量,優(yōu)化材料的分配; 借助BIM模型分析并控制材料的性能,使其在成本范圍內(nèi)更接近綠色目標(biāo); 通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行沖突和碰撞檢測(cè),避免了因遇到?jīng)_突而返工所造成的材料浪費(fèi)。
該指標(biāo)包括室內(nèi)噪聲、隔聲性、采光、戶外視野、通風(fēng)、空氣質(zhì)量等方面的內(nèi)容。在BIM模型中,通過(guò)改變門(mén)窗的位置、大小、方向等,檢測(cè)室內(nèi)的空氣流通狀況,判斷是否對(duì)空氣質(zhì)量產(chǎn)生影響; 通過(guò)噪聲和采光分析,判斷室內(nèi)隔音效果和光線是否達(dá)到要求; 通過(guò)調(diào)整樓間距或者朝向,改善室內(nèi)的戶外視野。將相關(guān)軟件導(dǎo)入BIM可視化模型進(jìn)行模擬分析,優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,使室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量達(dá)到最佳效果。
該指標(biāo)包括制訂施工節(jié)能方案、嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)文件變更、土建裝修一體化等內(nèi)容。在施工中,BIM 技術(shù)主要應(yīng)用在沖突檢測(cè)、模擬施工、計(jì)算工程量以及造價(jià)管理四個(gè)方面。沖突檢測(cè)可以避免不必要的返工,在一定程度上控制設(shè)計(jì)文件的變更。模擬施工可優(yōu)化設(shè)備、材料、人員的分配等施工現(xiàn)場(chǎng)的管理,減少因施工流程不當(dāng)造成的損失。通過(guò)BIM模型中記載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和材料的詳細(xì)信息,既可快速計(jì)算出工程量,又可對(duì)構(gòu)件進(jìn)行精確加工。在BIM進(jìn)度模型的基礎(chǔ)上導(dǎo)入造價(jià)軟件,可控制成本和施工進(jìn)度,統(tǒng)籌安排資源,節(jié)約能源。
該指標(biāo)要求定期檢查、調(diào)試公共設(shè)備設(shè)施,應(yīng)用信息化手段進(jìn)行物業(yè)管理、設(shè)備設(shè)施、能耗檔案的記錄等。BIM模型整合并傳遞建筑全壽命周期的信息,滿足運(yùn)營(yíng)管理階段對(duì)信息的需求。通過(guò)BIM模型可迅速定位建筑出問(wèn)題的部位,獲得相關(guān)構(gòu)件的信息,實(shí)現(xiàn)快速高效維修,并記錄維修情況。BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的相關(guān)設(shè)備設(shè)施的使用情況及性能進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和監(jiān)測(cè),可實(shí)現(xiàn)全方位、無(wú)盲區(qū)管理; 同時(shí),BIM技術(shù)可以記錄并控制建筑能耗,進(jìn)行能耗分析。
建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作是項(xiàng)目建設(shè)的核心和關(guān)鍵。數(shù)據(jù)顯示建筑項(xiàng)目前期的設(shè)計(jì)工作對(duì)項(xiàng)目投資影響占到80%以上,因此對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)降低項(xiàng)目投資成本是關(guān)鍵。BIM技術(shù)可以方便設(shè)計(jì)師們對(duì)建筑模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)BIM模型將設(shè)計(jì)方案以三維圖案的形式顯示,方便對(duì)設(shè)計(jì)方案的理解和觀察,提高不同專業(yè)的溝通效率,減少設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和疏漏,有效控制項(xiàng)目的成本。例如對(duì)于大型公共建筑項(xiàng)目的管線碰撞問(wèn)題,運(yùn)用BIM技術(shù)可有效解決管線和建筑之間的信息關(guān)聯(lián)、精確定位管線走向,從而達(dá)到管線的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。
BIM技術(shù)能將建筑設(shè)計(jì)完整的呈現(xiàn)出來(lái),準(zhǔn)確的記錄和描述建筑信息,有助于完善建筑設(shè)計(jì),向綠色建筑設(shè)計(jì)的道路發(fā)展。綠色建筑提倡與自然和諧共生,強(qiáng)調(diào)減少污染和保護(hù)生態(tài)環(huán)境,為住戶提供一個(gè)舒適、使用率高的空間,滿足居民對(duì)高質(zhì)量建筑和高品質(zhì)生活的需求,通過(guò)BIM技術(shù)權(quán)衡建筑材料在一定的環(huán)境下使用和消耗量,需要參考建筑的大小、形態(tài)、朝向等數(shù)據(jù),在BIM技術(shù)得出的參考數(shù)據(jù)中計(jì)算所需的材料大小和材料數(shù)量,進(jìn)一步細(xì)分計(jì)算還需要考慮材料的品牌與質(zhì)量。
綠色建筑房屋設(shè)計(jì)也是建筑設(shè)計(jì)的重中之重,從朝向、采光、地域、氣候情況等角度綜合考慮進(jìn)行設(shè)計(jì),比如采光,國(guó)家規(guī)定住宅建筑的日照不得小于2小時(shí),所以室內(nèi)光照時(shí)間和窗戶使用的材料也是計(jì)入建筑設(shè)計(jì)中的。如果是熱反射玻璃反熱度較高,就可能影響到周邊居住環(huán)境,窗戶材料的選擇的重點(diǎn)不是為了遮光,而是為了更好地調(diào)節(jié)光線,以便保證室內(nèi)光線與溫度能更平穩(wěn),同時(shí)滿足室內(nèi)采光的要求,充分利用太陽(yáng)光線,從而改善室內(nèi)光線。自然采光是最節(jié)能的方法,采光還可以通過(guò)人工照明的方式,即室內(nèi)燈具位置的設(shè)計(jì),不同位置的安裝燈具,對(duì)室內(nèi)光線都會(huì)有不一樣的照明效果,通過(guò)BIM技術(shù)不斷的調(diào)節(jié),將燈具安裝在最科學(xué)的位置,做到環(huán)保節(jié)能,減少光污染,提高室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。
某綠色建筑工程項(xiàng)目主要功能包括展廳、臨時(shí)展廳、兒童樂(lè)園、科普教室、科技實(shí)驗(yàn)室、報(bào)告廳、穹幕、巨幕、4D 動(dòng)感演示廳、辦公會(huì)議、餐飲及配套附屬用房等,建筑地下1層,地上4層,局部有夾層。總建筑面積58 995m2,建筑高度49.6m,其中地下建筑面積13 955m2,地上建筑面積45 000m2。該項(xiàng)目應(yīng)用BIM技術(shù)后提高了項(xiàng)目整體的施工質(zhì)量以及工作效率,從而減少了后續(xù)施工期間的返工,保障了施工周期,節(jié)約了項(xiàng)目資金。
4.2.1 節(jié)約能源及利用能源
節(jié)約能源和利用能源在評(píng)價(jià)綠色建筑的標(biāo)準(zhǔn)中是一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容。通過(guò)建立一個(gè)可視化的建筑三維BIM模型引入分析能量消耗的軟件,或者轉(zhuǎn)換格式引入分析能量消耗的軟件,并在相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際氣候氣象數(shù)據(jù),對(duì)模擬的結(jié)果作一個(gè)科學(xué)合理的調(diào)整或優(yōu)化建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)和設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。此外,通過(guò)BIM 技術(shù)可以分析室外太陽(yáng)輻射的分布區(qū)和太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。因此,在用于優(yōu)化和完善太陽(yáng)能設(shè)備的設(shè)計(jì)方面,可最大程度實(shí)現(xiàn)對(duì)可再生資源的科學(xué)利用。
4.2.2 提高材料的利用效率
綠色建筑的建筑材料應(yīng)盡可能選擇可再生和可循環(huán)利用材料,在無(wú)污染和安全的前提下使用可循環(huán)使用材料的比例應(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(lèi)和重量,從而判斷建筑設(shè)計(jì)是否達(dá)到設(shè)計(jì)節(jié)能要求。
4.2.3 改善并提高室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量
(1)室內(nèi)自然通風(fēng)模擬
模擬分析該項(xiàng)目建筑的通風(fēng)情況,通過(guò)調(diào)整通風(fēng)口位置、尺寸、建筑布局等改善室內(nèi)流場(chǎng)分布情況,并引導(dǎo)室內(nèi)氣流組織有效的通風(fēng)換氣,改善室內(nèi)舒適情況。
(2)自然采光模擬
對(duì)該建筑所處區(qū)域內(nèi)的天光的可用性進(jìn)行分析,并對(duì)我國(guó)綠色建筑設(shè)計(jì)自然采光的要求進(jìn)行參考,模擬好建筑所處內(nèi)外光環(huán)境,并對(duì)建筑自然采光設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo),同時(shí),為了對(duì)室內(nèi)自然采光效果進(jìn)行改善,則需要對(duì)建筑布局、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的可見(jiàn)光透射比進(jìn)行調(diào)整,并按照采光的效果對(duì)室內(nèi)的布局布置進(jìn)行調(diào)整。
(3)熱環(huán)境模擬分析
根據(jù)規(guī)劃及建筑方案,建立該建筑地內(nèi)水系、草地、道路、建筑模擬模型等,模擬計(jì)算中根據(jù)實(shí)際氣候條件進(jìn)行邊界條件的參數(shù)設(shè)置。采用合理優(yōu)化建筑單體設(shè)計(jì)、群體布局和加強(qiáng)綠化等方式減弱熱島效應(yīng)。
(4)環(huán)境噪聲模擬分析
對(duì)該建筑場(chǎng)地的現(xiàn)狀進(jìn)行分析,并利用計(jì)算機(jī)對(duì)環(huán)境進(jìn)行模擬,建立相應(yīng)的幾何模型,通過(guò)材質(zhì)的變化,房間內(nèi)部裝修的文化情況對(duì)建筑聲學(xué)的質(zhì)量進(jìn)預(yù)測(cè),并預(yù)測(cè)好建筑聲學(xué)改造方案的可行性。
4.2.4 運(yùn)營(yíng)與管理分析
BIM技術(shù)的核心是參數(shù)化的三維可視化模型,這是各個(gè)相關(guān)專業(yè)信息的結(jié)合,可以把建筑物涉及到的不同專業(yè)中的各種參數(shù)加以可視化,并可以與整個(gè)建設(shè)過(guò)程中的信息保持一致,同時(shí)能實(shí)時(shí)提供相關(guān)的各種項(xiàng)目的資料。提供的這些數(shù)據(jù)具有極高的完整性而且可靠性,并能進(jìn)行實(shí)時(shí)協(xié)作、長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)提供經(jīng)營(yíng)管理現(xiàn)階段綠色建筑對(duì)工程信息的要求。例如項(xiàng)目運(yùn)行一段時(shí)間后需要清洗空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng),此時(shí)就要熟悉和掌握所有的空調(diào)系統(tǒng)規(guī)模、空調(diào)管道的位置、以及圍繞該系統(tǒng)的其他功能管線位置都要熟知,之后才能決定投入的相應(yīng)的人力物力和必要的工具。通過(guò)BIM 模型就可以實(shí)現(xiàn)它并且能夠高品質(zhì)地滿足這些要求。
利用BIM技術(shù)進(jìn)行綠色建筑的開(kāi)發(fā)與管理已在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的建筑業(yè)中廣泛關(guān)注,多數(shù)應(yīng)用案例有效兼顧可持續(xù)性與經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo),并獲得了良好的應(yīng)用績(jī)效。我國(guó)BIM技術(shù)應(yīng)用于綠色建筑中還處于初步階段,BIM技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用還存在不足,相關(guān)建議如下:
(1)項(xiàng)目類(lèi)型應(yīng)用的局限性
目前BIM技術(shù)與綠色建筑的結(jié)合大部分使用于新建大型復(fù)雜項(xiàng)目,忽視了在改建項(xiàng)目或者運(yùn)營(yíng)維護(hù)類(lèi)項(xiàng)目中的應(yīng)用。然而,已建項(xiàng)目的綠色建筑節(jié)能改造受?chē)?guó)家或區(qū)域經(jīng)濟(jì)情況以及相關(guān)政策等因素的影響較小,具有更大的市場(chǎng)潛力。將BIM技術(shù)與綠色建筑的思想用于運(yùn)營(yíng)維護(hù)類(lèi)項(xiàng)目,可以控制項(xiàng)目的能耗,節(jié)約成本,獲得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。因此,應(yīng)擴(kuò)大綠色建筑與BIM技術(shù)結(jié)合的應(yīng)用面,而不應(yīng)僅局限于大型新建項(xiàng)目。
(2)缺乏選材方面的應(yīng)用
現(xiàn)有實(shí)踐多數(shù)利用BIM技術(shù)對(duì)綠色建筑進(jìn)行采光、能耗等分析來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,而在材料選用方面的應(yīng)用較少,并且現(xiàn)有綠色建筑選材的相關(guān)綠色分析軟件多為專門(mén)的工具式軟件,較少與BIM技術(shù)結(jié)合應(yīng)用。而B(niǎo)IM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于它擁有一個(gè)具有完備、準(zhǔn)確信息的數(shù)據(jù)庫(kù),記載了建筑所使用材料的屬性以及能耗情況。利用BIM技術(shù)盡量選用可循環(huán)利用的材料,既可以節(jié)約能源,減少建筑垃圾,從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度看,還可降低成本。
(3)軟件的本土化、集成度及界面友好性相對(duì)不足
BIM軟件技術(shù)相對(duì)不足主要表現(xiàn)在:第一,BIM中大部分軟件都是國(guó)外開(kāi)發(fā)的,不一定適用于我國(guó); 第二,BIM平臺(tái)軟件集成度不高,難以滿足一些特殊專業(yè)的需求; 第三,BIM軟件本身操作較為復(fù)雜,其界面友好性難以達(dá)到部分非BIM版的綠色軟件的相應(yīng)水準(zhǔn),導(dǎo)致部分用戶傾向于使用相對(duì)簡(jiǎn)單的非BIM 版的綠色軟件。因此,要利用BIM技術(shù)推動(dòng)綠色建筑的發(fā)展,首先要考慮我國(guó)的國(guó)情,加強(qiáng)軟件本土化; 其次要加強(qiáng)開(kāi)發(fā)實(shí)用性及可操作性強(qiáng)的軟件來(lái)吸引廣泛用戶; 最后要注重為不同軟件之間的數(shù)據(jù)傳輸建立標(biāo)準(zhǔn),以便于交互使用數(shù)據(jù),提高效率。
本文從《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的七大評(píng)價(jià)指標(biāo)和綠色建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用角度出發(fā),結(jié)合某工程案例分析研究了BIM技術(shù)在可持續(xù)綠色建筑全壽命周期中的應(yīng)用,對(duì)現(xiàn)階段的應(yīng)用情況提出了相關(guān)建議。BIM技術(shù)為綠色建筑可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)大技術(shù)支撐,進(jìn)一步加強(qiáng)BIM技術(shù)研究非常必要且潛力巨大,是建筑業(yè)的大勢(shì)所趨。加強(qiáng)BIM技術(shù)與綠色建筑分析軟件在全壽命周期中應(yīng)用的適配性,并考慮將BIM技術(shù)應(yīng)用于我國(guó)綠色建筑評(píng)價(jià)體系,根據(jù)《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中控制項(xiàng)及評(píng)分項(xiàng)規(guī)定的內(nèi)容控制建筑的綠色程度,獲得相應(yīng)的綠色評(píng)分和綠色等級(jí)。同時(shí),將BIM技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用擴(kuò)展至全壽命周期各個(gè)階段,而不僅局限于設(shè)計(jì)階段,并加強(qiáng)應(yīng)用的綜合性,從整體上提高項(xiàng)目的管理水平。
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