BIM技術(shù)對綠色建筑發(fā)展應(yīng)用探討

楊 柳 郭普詳

1. 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南鄭州 450052； 2. 中牟縣天宇規(guī)劃測繪隊(duì)，河南鄭州 450000

傳統(tǒng)的建設(shè)實(shí)施過程從工程設(shè)計(jì)、建設(shè)準(zhǔn)備、施工安裝到竣工驗(yàn)收的全過程中，生產(chǎn)周期長，人工、材料、機(jī)械臺班的耗費(fèi)量大；揚(yáng)塵、建筑垃圾的產(chǎn)生會對周圍的環(huán)境產(chǎn)生惡劣的影響。而《2013-2018年中國綠色建筑產(chǎn)業(yè)全景調(diào)研及投資戰(zhàn)略研究報(bào)告》中指出，隨著我國綠色建筑政策的不斷出臺、標(biāo)準(zhǔn)體系的不斷完善、綠色建筑實(shí)施的不斷深入及國家對綠色建筑財(cái)政支持力度的不斷增加，我國綠色建筑在未來將繼續(xù)保持迅猛發(fā)展的態(tài)勢。兩者之間的矛盾，急需一種新技術(shù)能夠促進(jìn)建筑的綠色、低碳發(fā)展。

BIM是英文Building Information Modeling 的縮寫，中文最常見的叫法是“建筑信息模型”。它的出現(xiàn)改原來的二維圖紙為現(xiàn)在的三維模型，使項(xiàng)目的設(shè)計(jì)更直觀、立體。同時(shí)，它更側(cè)重于知識、信息共享，有利于各個(gè)相關(guān)利益方的協(xié)同作業(yè)，在綠色建筑的發(fā)展方向起到很大推進(jìn)作用。

在我國，上海中心項(xiàng)目是第一個(gè)由業(yè)主主導(dǎo)，在項(xiàng)目全生命周期中應(yīng)用BIM的標(biāo)桿，它對項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營階段進(jìn)行了全過程BIM應(yīng)用。它的實(shí)施體現(xiàn)了綠色環(huán)保、耗能減少、節(jié)省工期、節(jié)約成本、提高質(zhì)量的特點(diǎn)。隨著BIM技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)越性的體現(xiàn)及它逐步在建筑工程領(lǐng)域的普及推廣，各地方政府也先后推出了相關(guān)BIM政策，旨在保證能夠促進(jìn)建筑的更綠色、低碳發(fā)展，減少對環(huán)境的破壞。

1 BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段節(jié)能應(yīng)用

1.1 建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用

國內(nèi)大多數(shù)設(shè)計(jì)院都是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)先完成基本設(shè)計(jì)，然后再通過相關(guān)的計(jì)算分析，研究設(shè)計(jì)出的圖紙能否滿足住宅節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)設(shè)計(jì)流程都是圍繞著滿足設(shè)計(jì)規(guī)范為目的。如果滿足不了，又需要大量修改前期設(shè)計(jì)而造成浪費(fèi)。隨著BIM技術(shù)的引入，可以將三維模型與專業(yè)的建設(shè)性能軟件相結(jié)合進(jìn)行分析，這樣在早期就可以對建筑的日照、陽光、通風(fēng)狀況進(jìn)行模擬分析，并結(jié)合建筑設(shè)計(jì)的基本要求隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

目前，我國城市的發(fā)展日新月異，城市里的建筑物越來越高、越來越密集，建筑物之間的間距也越來越小，必須在設(shè)計(jì)階段就解決建筑物的朝向、日照時(shí)間長短、通風(fēng)等問題，才能提高整個(gè)工程的建設(shè)效率。通過REVIT等設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用，可以將建筑物立體顯示，模擬分析不同時(shí)間段，日照對建筑物的影響；同時(shí)將BIM與CFD軟件結(jié)合進(jìn)行計(jì)算分析，又可以詳細(xì)描述風(fēng)的流向、風(fēng)速、空氣齡等數(shù)值，提前在設(shè)計(jì)階段解決高層建筑的日照不足、通風(fēng)不好的問題。

利用BIM建設(shè)的三維模型，可以非常直觀地對比不同朝向方案的初步耗能；對影響影響建筑形體的各種氣候因素分析；對建筑物所用不同材料的性能進(jìn)行對比；進(jìn)而能幫助建筑人員確定建筑朝向；幫助設(shè)計(jì)人員確定建筑形體；幫助施工人員選擇最合適、最節(jié)能的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料。不斷優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)建筑生態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)，保證建筑的綠色發(fā)展。

1.2 綜合管線設(shè)計(jì)與布置

建筑物的給排水、暖通、電線等這些綜合管線都屬于隱蔽工程，管線設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率直接影響著整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目。隨著BIM技術(shù)的引入，先分別搭建給排水、暖通、電線、建筑主體結(jié)構(gòu)的模型，再通過專業(yè)設(shè)計(jì)師完成特定區(qū)域的所有管線綜合深化任務(wù)，統(tǒng)一考慮各專業(yè)系統(tǒng) （建筑、結(jié)構(gòu)、風(fēng)、水、電氣、消防等專業(yè)）的合理排布及優(yōu)化，同時(shí)遵循設(shè)計(jì)、施工規(guī)范及施工要求。這樣設(shè)計(jì)師能夠方便地發(fā)現(xiàn)管線與建筑物高度之間的沖突、預(yù)留孔洞是否精確、不同的管線之間的布置是否有沖突等等。通過提前發(fā)現(xiàn)并解決這些問題，大大提高了綜合管網(wǎng)設(shè)計(jì)效率。既能提前在設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)管線之間的沖突，并能提前在設(shè)計(jì)中就預(yù)留孔洞，更改管線的布置位置，大大提高了施工現(xiàn)場的生產(chǎn)效率，減少返工現(xiàn)象的發(fā)生。

2 BIM技術(shù)在建筑施工階段節(jié)能作用

2.1 裝配式建筑的應(yīng)用

根據(jù)斯坦福大學(xué)集成設(shè)施工程中心的研究數(shù)據(jù)，建筑施工行業(yè)的生產(chǎn)效率正在持續(xù)下滑。我國傳統(tǒng)的建筑業(yè)所面臨的生產(chǎn)效率低，環(huán)境污染嚴(yán)重等問題也急需解決。而裝配式建筑是住建領(lǐng)域推進(jìn)綠色發(fā)展和新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的一種途徑。

BIM技術(shù)能夠支持所有建筑專業(yè)中從設(shè)計(jì)到制造的整個(gè)工作流程，包括使用結(jié)構(gòu)建筑信息模型完成鋼結(jié)構(gòu)的數(shù)字化制造。將建筑信息模型用于鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)和制造，重復(fù)利用建成的“族”，進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)，就能提高工作效率。

裝配式建筑通過BIM軟件，將所有的預(yù)制構(gòu)件包括墻板、陽臺、凸窗、空調(diào)板及樓梯進(jìn)行組合，并對預(yù)制構(gòu)件之間的細(xì)部連接進(jìn)行分析?；炷涟鍎t實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，在施工現(xiàn)場進(jìn)行吊裝，施工環(huán)境大大改善、建設(shè)過程中所產(chǎn)生的噪音和揚(yáng)塵污染較少。相較于傳統(tǒng)的建筑施工方式，裝配式建筑能同時(shí)降低施工材料消耗，減少用水量，減少一定施工垃圾和二次建筑裝修垃級，從而減少了能源的消耗。

2.2 節(jié)能環(huán)保

裝配式建筑在選用材料時(shí)遵循的基本原則是環(huán)保，所用材料都盡量減少對環(huán)境的污染，因此，建筑物的室內(nèi)空氣得到凈化。同時(shí)由于在施工現(xiàn)場主要是預(yù)制構(gòu)件的吊裝和構(gòu)件之間的細(xì)部連接，每一個(gè)部件都按著要求在流水線上生產(chǎn)，降低材料的損耗率；施工現(xiàn)場對水電的需求也大大降低，生產(chǎn)效率高，節(jié)能環(huán)保，保證了建筑工程的安全文明施工。

2.3 節(jié)省材料

裝配式建筑能選用的建筑材料周轉(zhuǎn)率高，主要材料是鋼材，這些建筑材料替代了以往的石、砂、石灰等，有利于保護(hù)不可再生資源。同時(shí)，使用周轉(zhuǎn)率比較高的建筑材料，也減少了建筑拆除垃圾，減少了對環(huán)境的污染。

2.4 提高抗震強(qiáng)度，增加使用壽命

裝配式集成建筑的抗震等級高，適用于地震多發(fā)國家和地區(qū)。并且在建造過程中使用了經(jīng)過防火技術(shù)處理的材料，極大地提高了建筑物的阻燃耐火性能。在鋼結(jié)構(gòu)模式中，大量使用鋼材這種具有彈性、可變形的材料，大大提高了住宅的安全可靠性。

3 BIM技術(shù)在施工進(jìn)度與施工組織中應(yīng)用

將BIM三維模型與實(shí)際施工進(jìn)度計(jì)劃相結(jié)合，并通過Navisworks等軟件以動(dòng)畫的形式進(jìn)行施工進(jìn)度模擬。在多任務(wù)同時(shí)進(jìn)行的施工組織中，這種施工進(jìn)度展現(xiàn)方式更直觀、和施工進(jìn)度計(jì)劃的對比效果好，表達(dá)出來的信息量更大。無論是進(jìn)度滯后還是計(jì)劃趕工時(shí)，都可以利用BIM技術(shù)信息集成的優(yōu)勢，通過施工模擬來查找原因，分析施工進(jìn)度滯后對后續(xù)工作的影響；同時(shí)也可以通過對工程項(xiàng)目資源、成本、進(jìn)度三者之間關(guān)系的分析，確定能否對現(xiàn)有工程采取趕工措施。

另外，在施工平面圖布置中，利用BIM技術(shù)可以模擬施工場地施工區(qū)、生活區(qū)的位置分布，模擬布置材料堆場、臨建設(shè)施，對施工場地布置方案中難以量化的潛在空間沖突進(jìn)行量化分析減少施工用地，提高建設(shè)用地利用率；結(jié)合專業(yè)軟件進(jìn)行場地照度和陰影分析，通過分析出來的數(shù)據(jù)，合理的布置施工場地照明燈具的安裝位置，既能保證白天、夜間作業(yè)的安全性，也能滿足節(jié)能的要求；建立三維場地布置模型，合理安排降塵水頭，提前模擬出既達(dá)到了降塵效果，又節(jié)約用水的最佳場地布置。從而在節(jié)約用水的前提下，強(qiáng)化降塵效果，保障施工現(xiàn)場揚(yáng)塵指標(biāo)符合要求。

4 BIM技術(shù)在建筑運(yùn)營維護(hù)階段節(jié)能作用

運(yùn)營維護(hù)階段在整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的全過程中的時(shí)間和費(fèi)用消耗都最高。以往設(shè)計(jì)階段的資料、施工階段的變更、索賠等資料，由于都是紙質(zhì)圖紙、變更單、索賠單，導(dǎo)致相關(guān)的數(shù)據(jù)很難完整的保留到運(yùn)營階段。即使都保存的很好，運(yùn)營階段真正需要相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，又要花費(fèi)大量的時(shí)間、經(jīng)歷重新提取數(shù)據(jù)，工作效率很低。而BIM三維模型的建立，可以直觀地通過軟件清晰的讀取整個(gè)項(xiàng)目的任意一個(gè)構(gòu)件的尺寸、型號以及它和主體結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系；同時(shí)通過施工模擬的回顧，能準(zhǔn)確地讀取出曾經(jīng)發(fā)生的變更及索賠。在運(yùn)營階段，這些數(shù)據(jù)都能快速的提取出來，并有效的運(yùn)用在設(shè)備的維護(hù)和管理上，運(yùn)營維護(hù)的效率很高。

5 結(jié)語

隨著建筑信息模型BIM技術(shù)應(yīng)用日趨成熟，其在城市的綠色建設(shè)持續(xù)發(fā)展中將發(fā)揮著更加重要的作用。它通過深化綠色建筑內(nèi)涵保證工程品質(zhì)提升，最大限度地在全壽命期內(nèi)節(jié)約土地、節(jié)約能源、用水、材料、減少污染，更好地保護(hù)環(huán)境，為人類提供舒適、安全、健康的生活條件，從而實(shí)現(xiàn)人、自然、建筑和諧共處。

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