綠色建筑全生命周期BIM功能探究

陳佳挺 劉妍

(廈門工學(xué)院 福建廈門 361000)

0 引言

城市化發(fā)展離不開建筑，快速的城市擴(kuò)張也帶來了建筑數(shù)量的增加，建筑作為一種高能耗的活動伴隨著諸多挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國建筑業(yè)使用能耗占全國總能耗30%，同時存在能耗高、效率低、高污染問題。政府投入大量的資金推行生態(tài)發(fā)展和綠色環(huán)保，就是為了有效遏制建筑業(yè)的高能耗，創(chuàng)造綠色生態(tài)的可持續(xù)環(huán)境。綠色建筑倡導(dǎo)建筑壽命周期內(nèi)，最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、舒適和高效的使用空間，其設(shè)計(jì)理念符合我國的國情。隨著社會對全球生態(tài)環(huán)境的關(guān)注，綠色建筑理念逐步進(jìn)入人們的視野，建筑的響應(yīng)從能源控制方面擴(kuò)展到審視建筑全生命周期對生態(tài)環(huán)境的影響，BIM的出現(xiàn)提供了一種全新的建筑設(shè)計(jì)方式。

1 BIM概述

BIM(Building Information Modeling)，即建筑信息化模型，它的核心是信息，以三維信息技術(shù)為基礎(chǔ)，通過數(shù)字化模型，表達(dá)建設(shè)項(xiàng)目的建筑實(shí)體與功能特性。一個完整的建筑信息模型，能夠?qū)⒔ㄖ煌A段與建筑項(xiàng)目相關(guān)信息數(shù)據(jù)都集成到一起，從而準(zhǔn)確地對建筑進(jìn)行描述。

BIM技術(shù)可用于分析包括影響綠色條件的采光、能源效率和可持續(xù)性材料等建筑性能的方方面面; 可分析、實(shí)現(xiàn)最低的能耗，并借助通風(fēng)、采光、氣流組織以及視覺對人心理感受的控制等，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保[1]; 采用BIM理念，還可在項(xiàng)目方案完成的同時計(jì)算日照、模擬風(fēng)環(huán)境，為建筑設(shè)計(jì)的“綠色探索”注入高科技含量, 讓建筑成為真正的“綠色建筑”。

2 傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)方法的局限性

2.1 難以適應(yīng)現(xiàn)在建筑需求

由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件的制約，在過去相當(dāng)長的一段時間里，我國主要的建筑類型多為中小型建筑，工程規(guī)模和技術(shù)難度相對來說不會太大，但是隨著社會需求的增長，建筑的體量、技術(shù)復(fù)雜程度等都在增加，呈現(xiàn)出建筑規(guī)模大，專業(yè)工種多、技術(shù)圖紙繁多的現(xiàn)象，不同專業(yè)甚至同專業(yè)的圖紙?jiān)谄矫?、立面、剖面、?jié)點(diǎn)大樣上不一致、圖紙對不上，都是很常見。

2.2 各專業(yè)設(shè)計(jì)不同步

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，各專業(yè)、各設(shè)計(jì)階段的信息都是分離開，工程圖紙修改很頻繁，如果工程的某一部位進(jìn)行了圖紙修改，而其它專業(yè)技術(shù)人員疏忽沒有同步跟上，那么，就很容易在后期出現(xiàn)很大的矛盾，到了技術(shù)交底或者施工環(huán)節(jié)才能發(fā)現(xiàn)問題，造成時間、人力、資源的浪費(fèi)。這都是源于設(shè)計(jì)信息之間缺乏共享和有效的自動關(guān)聯(lián)之緣故。

2.3 可視性差

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖紙，屬于二維信息的范疇，可視性非常差，工程設(shè)計(jì)的失誤往往不易被察覺，只能靠設(shè)計(jì)人員以及審圖人員去把控。如果大型而復(fù)雜的工程，設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)了遺漏、錯誤，這樣就會對完成進(jìn)度、質(zhì)量、安全目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)造成困擾，從而導(dǎo)致后續(xù)階段綠色性能優(yōu)化難于實(shí)現(xiàn)，綠色建筑只能停留在理念上。

2.4 綠色建筑設(shè)計(jì)效果不理想

綠色建筑很重要的就是對建筑的節(jié)能效果進(jìn)行分析，包括日照分析、能源測評和可持續(xù)性材料等方面進(jìn)行分析，而目前建筑師多是參考已有生態(tài)建筑的設(shè)計(jì)案例和技術(shù)手法，沒有在設(shè)計(jì)初期對項(xiàng)目進(jìn)行綠色建筑性能分析，只是在項(xiàng)目運(yùn)營期運(yùn)用定性與定量的分析方法，對項(xiàng)目進(jìn)行綠色建筑評價，進(jìn)而判斷建筑是否節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、綠色。這樣設(shè)計(jì)出的建筑，往往不能真正達(dá)到綠色建筑的標(biāo)準(zhǔn)[2]。

3 BIM技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用

3.1 規(guī)劃階段

BIM的產(chǎn)生，為改善綠色建筑設(shè)計(jì)中的不足帶來了新的契機(jī)，為綠色建筑的設(shè)計(jì)提供了一種全新的技術(shù)支持平臺。在項(xiàng)目前期規(guī)劃階段，采用BIM技術(shù)與GIS結(jié)合，快速調(diào)用場地周邊城市地理環(huán)境信息，生成三維地形基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行場地環(huán)境分析，對氣象數(shù)據(jù)、地形、功能布局、日照分析、能耗控制、噪聲等進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，加上設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)理念，生成適應(yīng)于場地環(huán)境的建筑形體及規(guī)劃布局。通過可視化的形式，以虛擬現(xiàn)實(shí)或者三維動畫多媒體的方式，直觀可視地表達(dá)出方案意圖，協(xié)助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)理解規(guī)劃意圖，直觀對比分析方案的優(yōu)劣，并為非專業(yè)人員參與決策提供支持。

3.2 設(shè)計(jì)階段

(1)將前期階段的BIM模型進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，各專業(yè)在同一工作平臺上進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，同專業(yè)或者不同專業(yè)的設(shè)計(jì)調(diào)整，其他專業(yè)會收到調(diào)整部位的監(jiān)視信息，提醒做相應(yīng)修改。比如，建筑結(jié)構(gòu)與設(shè)備管線的碰撞沖突，如圖1所示，建筑結(jié)構(gòu)標(biāo)高、位置不一致，都會自動檢查，提醒沖突錯誤，從而避免專業(yè)圖紙矛盾的情況。

圖1 碰撞檢查 高區(qū)消防管與梁碰撞

(2)當(dāng)設(shè)計(jì)師完成方案平面的時候，平面、立面、剖面、大樣圖也都會同時完成，智能化程度非常高，使設(shè)計(jì)變得非常方便快捷。不同于以往CAD的圖層歸類，BIM中revit軟件用的是族的概念，每個族都有很詳細(xì)的信息量參數(shù)，比如墻體的厚度、所用的材料、砌筑高度、墻體類別等，在設(shè)計(jì)人員把族設(shè)置在相應(yīng)的位置后，其關(guān)聯(lián)性就形成了。以墻體為例，設(shè)置好相關(guān)參數(shù)、布置好墻體后，若修改其中某一段墻體的位置，與之相連接的其它他相鄰段的墻體會自動調(diào)整，對墻體的注釋，只需一個命令，會自動注釋墻體的厚度、材料、砌筑高度、類別等參數(shù)，節(jié)省了大量時間。

(3)與概念設(shè)計(jì)階段的信息，主要集中在外部環(huán)境和規(guī)劃布局不同，深化階段的信息主要集中在建筑內(nèi)部的各種構(gòu)造和管道綜合，而這也是BIM技術(shù)強(qiáng)大的關(guān)鍵所在。在這階段可以對建筑進(jìn)行精確的能耗分析、照明分析、室內(nèi)通風(fēng)、層高推敲、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等，依據(jù)BIM反饋的生態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行建筑方法設(shè)計(jì)的調(diào)整，最終選出滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)的最優(yōu)方案。比如，對建筑的室外通風(fēng)進(jìn)行模擬，中間連廊風(fēng)速突然放大，可達(dá)3.5m/s，嚴(yán)重影響人的正常活動，對方案進(jìn)行調(diào)整，在連廊處加一扇窗之后發(fā)現(xiàn)中間連廊風(fēng)速降低，整體風(fēng)速均低于0.5m/s，連廊處窗出口風(fēng)速也僅為1m/s左右，如圖2所示。

圖2 優(yōu)化前后室外通風(fēng)對比

3.3 施工階段

利用BIM可視化的優(yōu)勢，進(jìn)行三維施工方案討論，讓施工人員充分理解節(jié)能方案，減少施工過程中的溝通時間，節(jié)約施工時間，按既定方案施工，使施工成果與設(shè)計(jì)目標(biāo)一致。對節(jié)能設(shè)計(jì)施工的重點(diǎn)難點(diǎn)部位進(jìn)行分析，減少復(fù)雜節(jié)點(diǎn)在施工中帶來的施工技術(shù)風(fēng)險，保證綠色建筑的施工質(zhì)量，同時降低施工過程停工、窩工、返工的風(fēng)險。

3.4 運(yùn)營階段

建筑建成后交付使用，后期的運(yùn)營維護(hù)以及建筑能耗指標(biāo)是非常關(guān)鍵。與以往后期維護(hù)運(yùn)營單靠二維竣工圖不同，BIM技術(shù)后續(xù)的生命周期運(yùn)營維護(hù)為這方面問題提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持[3]。項(xiàng)目交付使用后，建設(shè)單位收獲的是準(zhǔn)確的BIM 三維文件，在三維文件里可以監(jiān)測建筑物的節(jié)能指標(biāo)。若某些節(jié)點(diǎn)發(fā)生損壞導(dǎo)致能耗指標(biāo)不正常，管理人員可以利用三維文件內(nèi)的導(dǎo)航地圖到達(dá)建筑物的任何部位，對建筑物的任一構(gòu)件進(jìn)行查看，比如外墻保溫板的設(shè)計(jì)資料、施工資料、設(shè)備材料供應(yīng)商和產(chǎn)地、質(zhì)量、品牌型號等資料，使建筑及時得到維護(hù)和保修，從而保證建筑節(jié)能效果，同時指導(dǎo)后期建筑的能耗運(yùn)營方案。

4 結(jié)語

BIM技術(shù)的深入研究與使用，極大地提升了綠色建筑設(shè)計(jì)的科學(xué)化以及可持續(xù)性，有效地提升了設(shè)計(jì)人員的工作效率，其強(qiáng)大的信息管理能力為各種相關(guān)的模擬計(jì)算和模擬提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，從技術(shù)角度突破了建筑業(yè)長期存在的弊病，為綠色建筑的落地實(shí)施提供了技術(shù)保障，對綠色建筑的普及，極具推廣意義。