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

陸義淏

摘 要：綠色建筑指的是在建筑全壽命周期內(nèi)，對(duì)資源最大限度的節(jié)約，對(duì)可再生能源推廣和使用，促使環(huán)境得到保護(hù)，污染得到減少，將更加舒適健康的使用空間提供給人們。要想促使建筑的綠色得到實(shí)現(xiàn)，就需要在建設(shè)的全過(guò)程中加以應(yīng)用，不能夠單單著重于某一個(gè)環(huán)節(jié)。要想實(shí)現(xiàn)綠色建筑，建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)是必須要重視。

關(guān)鍵詞：綠色建筑；BIM技術(shù)；應(yīng)用

1 BIM技術(shù)

1.1 BIM技術(shù)的概念

即Building Information Modeling，翻譯成中文就是建筑信息模型。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，BIM技術(shù)是一個(gè)新型的概念，或者可以稱(chēng)其為一種數(shù)字表達(dá)，指的是在建筑的設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中，包括策劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、拆除等階段，進(jìn)行建筑建造和數(shù)據(jù)管理的過(guò)程，該過(guò)程能提高工程設(shè)計(jì)行業(yè)進(jìn)行作業(yè)時(shí)的效率和作業(yè)結(jié)果的質(zhì)量。

三維數(shù)字技術(shù)是BIM技術(shù)的基礎(chǔ)，BIM技術(shù)在三維數(shù)字技術(shù)的支持下，將建筑整個(gè)生命周期過(guò)程中可能涉及到的信息進(jìn)行采集和處理，形成工程數(shù)據(jù)模型，是數(shù)字技術(shù)在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的直接應(yīng)用，在極大程度上幫助工程項(xiàng)目節(jié)約成本，提高效率，同時(shí)還降低了建筑過(guò)程中對(duì)環(huán)境的消極影響，符合低成本、高效率及綠色環(huán)保的經(jīng)濟(jì)理念。

1.2 BIM技術(shù)原理

BIM技術(shù)是一種主要針對(duì)于建筑與工程設(shè)計(jì)的CAD技術(shù)，將建筑方面的信息數(shù)字化，通過(guò)BIM技術(shù)，可將一個(gè)建筑設(shè)計(jì)中的全部信息都存儲(chǔ)于一個(gè)電子模型中。

在所謂的BIM系統(tǒng)中，真實(shí)的建筑組成構(gòu)件以編碼的形式表現(xiàn)出來(lái)，即將建筑構(gòu)件數(shù)字化。每個(gè)建筑構(gòu)件對(duì)應(yīng)一個(gè)對(duì)象，每個(gè)對(duì)象通過(guò)一組系數(shù)來(lái)表示其屬性。以一面墻為例，其屬性包括了這面墻的尺寸、材料、隔音性能、造價(jià)等性質(zhì)。而二維的繪圖軟件僅能用簡(jiǎn)單的線(xiàn)條來(lái)表示。

1.3 BIM的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)

BIM技術(shù)的主要特點(diǎn)有優(yōu)化性、可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性、可畫(huà)圖性等。其在協(xié)調(diào)能力方面很強(qiáng)，可供多位建筑設(shè)計(jì)者或多種軟件之間進(jìn)行建筑信息的分享與交流，使各個(gè)環(huán)節(jié)之間的連貫性加強(qiáng)達(dá)到提高作業(yè)效率、提升作業(yè)品質(zhì)的效果，取代傳統(tǒng)意義上的繪圖方式，將二維設(shè)計(jì)向三維的可視設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變，且對(duì)前期的場(chǎng)地考察及設(shè)計(jì)都有舉足輕重的作用。

1.3.1數(shù)字化代替?zhèn)鹘y(tǒng)繪圖，二維轉(zhuǎn)化為三維。在沒(méi)有BIM技術(shù)之前，工程設(shè)計(jì)及建筑行業(yè)主要依賴(lài)二位CAD技術(shù)來(lái)采集、提供各種相關(guān)信息，如平面圖、剖面圖等都是通過(guò)二維的圖紙呈現(xiàn)出來(lái)的，然而這種傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)存在不少弊端。首先，隨著城市化進(jìn)程的不斷加速，建筑設(shè)計(jì)的復(fù)雜度也逐漸提升。所以在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)與建造的過(guò)程中對(duì)圖紙精密度的要求也在不斷提高，若繼續(xù)使用二維的CAD技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)圖紙，則會(huì)出現(xiàn)意圖表達(dá)不清、施工單位難以理解等問(wèn)題，無(wú)形中加大了施工的難度。而新型的三維可視化設(shè)計(jì)將二維圖中平面的線(xiàn)條立體化，簡(jiǎn)單易懂，大大提高了施工效率。

1.3.2BIM分布式模型。在現(xiàn)代建筑行業(yè)中普遍使用的是BIM分析工具與BIM創(chuàng)作類(lèi)工具相結(jié)合的分布式模型，諸如設(shè)計(jì)模型、施工模型、施工進(jìn)度模型、制造模型、操作模型等則需要設(shè)計(jì)或施工單位進(jìn)行制作。這些從屬于BIM數(shù)據(jù)庫(kù)的分布式模型為建筑過(guò)程、建筑項(xiàng)目提供了如估算工具、進(jìn)度安排工具等分析工具。

2 綠色建筑設(shè)計(jì)的阻礙

2.1 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(huà)語(yǔ)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(lái)表現(xiàn)個(gè)人政績(jī)，而沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)其意義。

2.2 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(guò)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(kāi)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(guò)軟件節(jié)能計(jì)算的建筑很難達(dá)到理想效果。

2.3 專(zhuān)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(zhuān)業(yè)。對(duì)于綠色建筑，還要考慮綠色環(huán)保建材的置換問(wèn)題。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，各個(gè)專(zhuān)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(lái)有障礙，會(huì)產(chǎn)生一定的疏漏。

2.4 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(méi)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(wú)法解決的問(wèn)題；②我國(guó)的施工隊(duì)伍專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平普遍較低，實(shí)際操作的工人幾乎沒(méi)經(jīng)過(guò)專(zhuān)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。

2.5 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(guò)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(wú)法實(shí)現(xiàn)真正意義上的綠色建筑。

3 BIM在綠色建筑中的應(yīng)用

BIM是一種技術(shù)理念，倡導(dǎo)共享知識(shí)資源分享建筑各方面信息，為建筑從概念到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過(guò)程。綠色建筑和BIM均注重建筑的全壽命周期，一個(gè)強(qiáng)調(diào)壽命周期的建筑各項(xiàng)性能，另一個(gè)盡力為建筑性能優(yōu)劣的判斷提供可靠數(shù)據(jù)信息支持，二者不謀而合。可以認(rèn)為，綠色建筑為BIM提供了寬闊的展示舞臺(tái)，而B(niǎo)IM則為綠色建筑的實(shí)現(xiàn)提供強(qiáng)大的技術(shù)支撐。當(dāng)前，可以從以下幾方面來(lái)探索BIM對(duì)綠色建筑的技術(shù)支持。

3.1 節(jié)能與能源利用分析

節(jié)能與能源利用是綠建評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的重要內(nèi)容，將BIM 技術(shù)所建立的建筑三維可視化模型導(dǎo)入能耗分析軟件或者轉(zhuǎn)為相應(yīng)格式導(dǎo)入能耗分析軟件，根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合項(xiàng)目所在地的氣象數(shù)據(jù)，完成建筑能耗分析模型的完善工作、分析數(shù)據(jù)生成、建筑能耗分析結(jié)果數(shù)據(jù)的處理與直觀(guān)可視化模擬，根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果調(diào)整優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案以及相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)期控制。利用BIM模型進(jìn)行室外太陽(yáng)輻射分析，分析太陽(yáng)輻射強(qiáng)度及其分布，用于各太陽(yáng)能設(shè)備的方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)可再生能源的最大化合理利用，同時(shí)還可以?xún)?yōu)化室外植被的配置比如合理確定喜陽(yáng)植物、喜陰植物、中性植物的種植位置。此外還可進(jìn)行室內(nèi)自然采光分析，充分利用自然采光，降低人工照明能耗。

3.2 節(jié)水與水資源利用分析

根據(jù)BIM所建三維信息模型，結(jié)合各地的暴雨強(qiáng)度系數(shù)以及當(dāng)?shù)氐谋┯陱?qiáng)度計(jì)算公式，建立一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫(kù)，作為雨水采集計(jì)算的重要依據(jù)，然后根據(jù)各種雨水采集方式中不同地貌和不同材質(zhì)對(duì)確定徑流系數(shù)的影響關(guān)系以及建筑，道路以及綠地等面積來(lái)計(jì)算集雨量，并進(jìn)行適時(shí)調(diào)整優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

3.3 節(jié)材與材料資源利用分析

綠建評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所使用的建筑材料及其使用百分比作了詳細(xì)的要求，比如要求：施工現(xiàn)場(chǎng)500km以?xún)?nèi)生產(chǎn)的建筑材料重量占建筑材料總重量的60%；在保證安全和不污染環(huán)境的情況下，可再循環(huán)材料使用重量占所用建筑材料總重量的10%。面對(duì)這些要求，顯然傳統(tǒng)的技術(shù)手段難以進(jìn)行快速準(zhǔn)確的計(jì)算，尤其是用BIM技術(shù)來(lái)解決這類(lèi)問(wèn)題，則顯得相對(duì)容易，BIM具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)信息和強(qiáng)有力的材料統(tǒng)計(jì)功能，可以很快計(jì)算出各類(lèi)材料的用量，指導(dǎo)工程的材料配置，使其滿(mǎn)足評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求。不僅如此，BIM技術(shù)可以綜合建筑、結(jié)構(gòu)、水、暖、電、動(dòng)等各專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)內(nèi)容于一體，并具備碰撞檢查功能，將各專(zhuān)業(yè)的沖突解決于設(shè)計(jì)階段，從而避免了在施工階段才發(fā)現(xiàn)沖突所造成的材料浪費(fèi)，這也對(duì)節(jié)省材料有所貢獻(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)綠色建筑事業(yè)的大規(guī)模發(fā)展和相關(guān)規(guī)范的不斷完善，對(duì)綠色建筑設(shè)計(jì)也提出新的要求，BIM技術(shù)引導(dǎo)的高效的、準(zhǔn)確的、統(tǒng)一的建筑設(shè)計(jì)方法必將大行其道。而隨著B(niǎo)IM技術(shù)在我國(guó)的研究和應(yīng)用的不斷深入，也必將對(duì)綠色建筑設(shè)計(jì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 李建宏，汪軍，祁爽.基于BIM技術(shù)的建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)用研究[J].建筑技藝，2014

[2] 付曉惠.綠色建筑整合設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用研究[D].西南交通大學(xué)，2011.

[3] 任娟，劉煜，鄭罡.基于BIM 平臺(tái)的綠色辦公建筑早期設(shè)計(jì)決策觀(guān)念模型 [J].華中建筑，2012

（作者單位：泰州市建筑設(shè)計(jì)院有限公司）