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

王曉虹

(中核新能核工業(yè)工程有限責(zé)任公司,山西 太原 030012)

近年來,隨著可持續(xù)理念的發(fā)展,與自然和諧共生的綠色建筑理念也隨之產(chǎn)生。綠色建筑是建立在充分認(rèn)識(shí)自然、尊重并順應(yīng)自然的基礎(chǔ)上,以解決建筑業(yè)能耗大、排污多等問題為主的新型建筑理念。然而,綠色建筑多要求滿足采用自然光和自然通風(fēng)等要求,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等困難可能較大,現(xiàn)有的技術(shù)手段已存在障礙。而BIM作為一個(gè)高度集成的三維信息化數(shù)據(jù)的集合,給解決綠色建筑相關(guān)問題帶來了曙光,并在很大程度上滿足了綠色建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的需求。

1 綠色建筑設(shè)計(jì)基本原理

1.1 綠色建筑特點(diǎn)及設(shè)計(jì)目標(biāo)

相比于傳統(tǒng)建筑,綠色建筑注重采用先進(jìn)的綠色技術(shù),充分利用自然資源,光照、風(fēng)向等,因地制宜,就地取材,在建筑整個(gè)生命周期中,節(jié)約資源,降低能耗,減少污染和保護(hù)環(huán)境。因此,綠色建筑的點(diǎn)就是注重建筑項(xiàng)目周圍的生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)?？沙掷m(xù)性,滿足低能耗、低污染和省資源(節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材)等。然而,也正因如此,綠色建筑是一種開放性布局的建筑模式,沒有明確的建筑規(guī)則和模式。

綠色建筑的設(shè)計(jì)目標(biāo)包含觀念目標(biāo)和評(píng)價(jià)目標(biāo)。其中,觀念目標(biāo)是符合社會(huì)、文化、心理需求以及經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、生態(tài)等多元素的綜合目標(biāo),評(píng)價(jià)目標(biāo)是當(dāng)前綠色建筑作為設(shè)計(jì)依據(jù)的目標(biāo)[1]。

1.2 綠色建筑設(shè)計(jì)原則

綠色建筑的設(shè)計(jì)原則主要有以下幾個(gè)：①考慮自然性及地域性原則。指了解場(chǎng)地相關(guān)的自然地理、生態(tài)氣候、人文環(huán)境等要素基礎(chǔ)上,盡量保留或利用原本的地形、地貌、水系和植被等,并結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)導(dǎo)則等,進(jìn)行綠色建筑的設(shè)計(jì)；②高效節(jié)能原則。一方面,進(jìn)行科學(xué)合理的布局,充分利用自然可再生能源如光能、風(fēng)能、地?zé)崮艿?同時(shí)使用高效的建筑設(shè)備和節(jié)能材料等,以減少能源的消耗；另一方面,盡量采用可再生循環(huán)材料,以減少垃圾,保護(hù)環(huán)境；③注重經(jīng)濟(jì)和健康性原則。綠色建筑設(shè)計(jì)雖然要充分考慮節(jié)能、減排和環(huán)保性,但也要是主動(dòng)式技術(shù)和被動(dòng)式技術(shù)相結(jié)合的、具有可操作性的、有經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)方案,以使項(xiàng)目綜合效益最大化。

1.3 綠色建筑設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

目前,我國綠色建筑設(shè)計(jì)一般遵循如下設(shè)計(jì)策略：①環(huán)境綜合調(diào)研分析。即要遵循綠色建筑設(shè)計(jì)原則中的自然性及地域性原則,進(jìn)行調(diào)研分析,把與周圍環(huán)境相融合的設(shè)計(jì)理念充分落到實(shí)處,為設(shè)計(jì)師采用被動(dòng)適宜的綠色建筑技術(shù)打下好的基礎(chǔ)；②節(jié)能與能源利用。主要包括進(jìn)行建筑能耗模擬分析優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)、太陽能利用、風(fēng)能的利用、控制建筑體形系數(shù)以及建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能等,其中,太陽能利用和風(fēng)能的利用更注重采用被動(dòng)式太陽能與風(fēng)能；適當(dāng)合理地增加建筑層數(shù)可以減小建筑體型系數(shù),增加筑越節(jié)能；采用節(jié)能墻體、高效節(jié)能窗等有助于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能；③節(jié)水與水資源利用。安裝建筑節(jié)水器具,采用節(jié)水型供水系統(tǒng),建筑循環(huán)水系統(tǒng),雨水回收利用系統(tǒng)等,來節(jié)約水資源；④節(jié)材與材料利用。采用節(jié)能環(huán)保型材料、可循環(huán)再利用材料等；⑤節(jié)地與室內(nèi)、室外環(huán)境。一方面,充分與場(chǎng)地地形相結(jié)合,隨坡就勢(shì),充分利用地下空間,節(jié)約土地；另一方面,進(jìn)行建筑的室內(nèi)自然通風(fēng)、采光等模擬,并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)化與完善。

2 BIM技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及特點(diǎn)

BIM技術(shù)首先是一項(xiàng)3D數(shù)字化技術(shù),其次其創(chuàng)建、收集該設(shè)施所有相關(guān)的信息,并建立信息化模型,然后其應(yīng)用于設(shè)施全生命周期,以為項(xiàng)目決策提供基礎(chǔ)和共享信息的資源。

2.1 BIM技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

在建筑全生命周期中會(huì)產(chǎn)生大量不同種類的信息,BIM技術(shù)的核心理念是建筑設(shè)計(jì)共享信息模型,提高工作效率。為此,需要統(tǒng)一BIM技術(shù)相關(guān)信息標(biāo)準(zhǔn),具體如下[1]；①分類編碼標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在我國采用的分類編碼標(biāo)準(zhǔn)是JG/T151-2003《建筑產(chǎn)品分類和編碼》和GB/50500-2014《建設(shè)工程清單計(jì)價(jià)規(guī)范》,其中,前者用于建筑專業(yè)分類,后者用于成本預(yù)算的工程量清單計(jì)價(jià)；②數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)是交換和共享信息所采用的格式的標(biāo)準(zhǔn),我國采用IFC標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)部分作為數(shù)據(jù)模型的標(biāo)準(zhǔn)；③過程標(biāo)準(zhǔn)。過程標(biāo)準(zhǔn)是一種模型標(biāo)準(zhǔn),主要包含IDM標(biāo)準(zhǔn)、MVD標(biāo)準(zhǔn)以及IFD標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

BIM技術(shù)的主要特點(diǎn)有操作可視化、信息完備性、信息協(xié)調(diào)性以及信息互用性等。其中,BIM技術(shù)的操作可視化特點(diǎn)不僅能將抽象的信息用可視化表達(dá)出來,對(duì)建筑進(jìn)行能耗模擬、管廊碰撞檢查、施工仿真模擬等,還可以表現(xiàn)出建筑建設(shè)過程及各種相互關(guān)系,以提高生產(chǎn)效率；而BIM技術(shù)信息完備性、信息協(xié)調(diào)性以及信息互用性不僅包含了設(shè)施的全部信息,使得BIM模型能夠具有良好的基礎(chǔ)條件,還在數(shù)據(jù)之間創(chuàng)建實(shí)時(shí)的關(guān)聯(lián)性,在各個(gè)構(gòu)件實(shí)體之間,實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)性顯示和智能互動(dòng),而且BIM技術(shù)提供了良好的信息共享環(huán)境,應(yīng)用BIM可以實(shí)現(xiàn)信息的互用性,在建設(shè)項(xiàng)目不同階段免去對(duì)數(shù)據(jù)的重復(fù)地輸入,提高了效率。

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

3.1 BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)階段,綠色建筑在我國發(fā)展迅猛,但相對(duì)于國外的發(fā)展的還不成熟,還存在諸如對(duì)綠色建筑設(shè)計(jì)理念的認(rèn)識(shí)薄弱、全生命期內(nèi)綠色建筑信息缺失等問題,不僅導(dǎo)致綠色建筑沒有從根本上解決技術(shù)與建筑的沖突,對(duì)設(shè)計(jì)形成指導(dǎo)性的作用,還導(dǎo)致綠色建筑在全生命期內(nèi)信息的缺失,設(shè)計(jì)信息得不到實(shí)現(xiàn)。

研究發(fā)現(xiàn),利用BIM技術(shù)可以優(yōu)化綠色建筑設(shè)計(jì),解其設(shè)計(jì)中的問題。首先,BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)性能分析方案對(duì)比。一方面,BIM模型可以存入大量的設(shè)計(jì)信息,性能模擬時(shí)可以不用重新建模,從而大大降低性能模擬分析的時(shí)間；一方面,在方案對(duì)比時(shí),通過對(duì)場(chǎng)地環(huán)境、氣候等的分析和模擬,利用BIM建立體量模型,對(duì)不同建筑體量進(jìn)行能耗的模擬,對(duì)最優(yōu)方案進(jìn)行深化,以實(shí)現(xiàn)綠色建筑的設(shè)計(jì)目的。其次,BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)。通過共享的BIM模型,注重各個(gè)專業(yè)的系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)聯(lián),促進(jìn)綠色建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)中各專業(yè)的參與和及時(shí)的溝通,提高對(duì)綠色建筑的認(rèn)識(shí),以達(dá)到更好的綠色建筑項(xiàng)目的產(chǎn)生。第三,BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)全生命期建筑模型信息完整傳遞。BIM模型承載著綠色建筑設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)、施工要求的材料等,保證了建筑全生命期信息的完整性和準(zhǔn)確性,從而進(jìn)行科學(xué)節(jié)能的運(yùn)營(yíng)管理[2]。

3.2 BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用策略

基于BIM的綠色建筑設(shè)計(jì)方法,可以參照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程,并使綠色建筑設(shè)計(jì)理念加入每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。具體的,可以通過如下方法進(jìn)行；①建立綠色建筑設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)。即在傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)專業(yè)團(tuán)隊(duì)的基礎(chǔ)上,增設(shè)景觀、環(huán)境綠建咨詢等專業(yè)人員,同時(shí),指定專門的人為BIM經(jīng)理,帶領(lǐng)BIM建模、分析咨詢等人員進(jìn)行綠建項(xiàng)目整體工作內(nèi)容的編制；②制定BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用工作流程。第一步為場(chǎng)地設(shè)計(jì),即概念設(shè)計(jì)階段,主要進(jìn)行場(chǎng)地氣候條件分析、場(chǎng)地環(huán)境分析、場(chǎng)地分析等；第二步為方案的對(duì)比,即方案設(shè)計(jì)階段,主要工作為體量、形體的形成,物理環(huán)境體量下分析,以及建筑體量的能耗分析等；第三步為建筑細(xì)化優(yōu)化,即初步設(shè)計(jì)階段,主要進(jìn)行性能模擬優(yōu)化設(shè)計(jì),多專業(yè)協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)等；第四步為設(shè)計(jì)形成,即施工圖設(shè)計(jì)階段,主要工作為管線綜合碰撞檢查,綜合能耗模擬等。

4 結(jié)語

當(dāng)今,為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,綠色建筑的理念應(yīng)運(yùn)而生。而BIM作為一個(gè)高度集成的三維信息化數(shù)據(jù)的集合,將BIM技術(shù)與綠色建筑有機(jī)結(jié)合,是解決綠色建筑在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問題的有效途徑。因此,未來做綠色建筑設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)注重BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,并指導(dǎo)實(shí)際工作。

[1]王軒.基于BIM技術(shù)的綠色建筑材料管理體系探討[J].江西建材,2015(18):274,279．

[2]劉宇,祝捷,張大聽,等.基于BIM的綠色建筑設(shè)計(jì)方法研究[J].綠色建筑,2016(06):9-20．