基于BIM的綠色建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用研究

李鵬飛

摘 要：隨著城市智能化的發(fā)展，建筑也在朝著智能化和綠色化發(fā)展，傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足建筑設(shè)計(jì)的要求，BIM技術(shù)作為一種3D信息建模技術(shù)，為建筑設(shè)計(jì)提供了一個很好的設(shè)計(jì)平臺。文章從BIM技術(shù)和綠色建筑的概念出發(fā)，分析了當(dāng)前綠色建筑設(shè)計(jì)所存在的問題以及介紹了應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)勢。最后分析了BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，包括建筑場地設(shè)計(jì)、建筑體型設(shè)計(jì)、建筑總平面設(shè)計(jì)和建筑性能分析4個方面，通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)“邊設(shè)計(jì)，邊模擬”的目的。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);綠色建筑;建筑性能分析

一、引言

隨著工業(yè)革命的開端，不可再生能源儲量逐漸減少，全球環(huán)境問題引發(fā)人們的關(guān)注。在可持續(xù)發(fā)展的概念下，綠色建筑的概念也隨之出現(xiàn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，建筑行業(yè)的消耗能耗占到了整個工業(yè)總能耗的50%，綠色建筑設(shè)計(jì)是降低能耗的主要方法之一。

BIM技術(shù)作為當(dāng)前最新的建筑設(shè)計(jì)技術(shù)，它實(shí)現(xiàn)了建筑從二維設(shè)計(jì)向三維設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變，同時BIM是高度集成的三維信息模型，可以有效地解決信息傳輸斷層的發(fā)生，其中大部分都符合綠色建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)需求，我國現(xiàn)在正強(qiáng)調(diào)BIM技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用。本文應(yīng)用BIM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，研究BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

二、基本概念

（一） BIM技術(shù)

BIM技術(shù)是三維建筑信息模型，它包含了建筑的三維數(shù)據(jù)信息，可以進(jìn)行建筑信息的傳遞與共享，BIM技術(shù)的特征如下：

1.可視化性

可視化基于BIM技術(shù)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)，BIM技術(shù)的出現(xiàn)不僅提供了建筑更加抽象的信息，如建筑的舒適度、通風(fēng)和光照等，使建筑被形象化表達(dá)，建立了建筑各個部件之間的位置關(guān)系，為工程建設(shè)提高生產(chǎn)效率和降低建設(shè)成本。

2.信息的完備性

在BIM平臺上，包含了建筑的所有信息，包括建筑結(jié)構(gòu)類型、建筑材料、工程性能設(shè)計(jì)等信息，施工進(jìn)度、施工成本、施工質(zhì)量和人員數(shù)量、材料、機(jī)械等施工信息，工程安全性能、材料耐久性等維護(hù)信息。BIM模型為視覺條件下的各種優(yōu)化分析提供了良好的基本條件，可以進(jìn)行可視化操作，例如建筑的空間分析、日光分析、能耗分析等。

3.信息的互用性

BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了信息的互用共享，可以保證信息在發(fā)送和接收后的完全一致性。具體而言，通過允許BIM模型的所有數(shù)據(jù)通過單個集合或輸入在整個設(shè)施的生命周期中共享，可以顯著降低成本，節(jié)省時間并提高效率。BIM技術(shù)的應(yīng)用不會干擾項(xiàng)目參與者創(chuàng)建的不同專業(yè)軟件的信息交換，也不會在信息交換過程中丟失信息，保證了信息從始至終的一致性。

（二）綠色建筑

目前，“綠色建筑”的概念在我國得到廣泛認(rèn)可，綠色建筑設(shè)計(jì)的目標(biāo)是充分利用資源、保護(hù)環(huán)境，減少污染。綠色建筑設(shè)計(jì)的特征如下：

第一，綠色建筑設(shè)計(jì)一般采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，在節(jié)能環(huán)保的前提下進(jìn)行建設(shè)設(shè)計(jì)，綠色建筑設(shè)計(jì)可以有效降低建筑的能耗。

第二，綠色建筑設(shè)計(jì)沒有明確的建筑規(guī)則和模式，因?yàn)樗鼈儗Ｗ⒂陧?xiàng)目周圍的生態(tài)系統(tǒng)，充分利用自然資源、光線、風(fēng)向等。

第三，綠色建筑根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件進(jìn)行建設(shè)，追求可持續(xù)建筑的設(shè)計(jì)，滿足人們的需求，同時不影響自然系統(tǒng)的健康發(fā)展。

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

（一）綠色建筑設(shè)計(jì)存在的問題

1.綠色建筑設(shè)計(jì)理念薄弱

目前，綠色建筑的設(shè)計(jì)過于倉促，并沒有對建筑的綠色概念進(jìn)行合理的應(yīng)用，還是采用傳統(tǒng)建設(shè)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行綠色建筑的設(shè)計(jì)，并沒有將綠色的概念融入到建筑設(shè)計(jì)中，缺乏對建筑的能耗分析、光照分析和風(fēng)環(huán)境模擬等。

2.綠色建筑信息缺失

綠色建筑不僅是綠色設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)，而且是綠色建筑設(shè)計(jì)的信息數(shù)據(jù)的保存和共享。目前，綠色建筑項(xiàng)目變得越來越復(fù)雜，很難從二維圖紙中提取有效的綠色建筑信息數(shù)據(jù)，導(dǎo)致綠色建筑信息的缺失。

（二）BIM 技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用的優(yōu)勢

1.協(xié)作設(shè)計(jì)

綠色建筑在設(shè)計(jì)時，需要各個專業(yè)的建筑師協(xié)同合作，做到建筑信息的共享。BIM技術(shù)為建筑師們提供了一個很好的信息共享平臺，在BIM上，建筑師可以了解到建筑的所有信息，提高對綠色建筑的認(rèn)識，達(dá)到協(xié)同設(shè)計(jì)的效果。

2.性能分析

在傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)往往是不同專業(yè)的建筑設(shè)計(jì)師進(jìn)行建筑性能分析，不同專業(yè)的建筑設(shè)計(jì)師的軟件存在差異，不能達(dá)到建筑模型的一致性。將BIM技術(shù)應(yīng)用到綠色建筑過程中，可以實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)模型的一致性，只需要將BIM模型轉(zhuǎn)換為gbXML格式進(jìn)行性能模擬。同時，通過對場地環(huán)境和氣候的分析和模擬，建筑師可以合理、科學(xué)地設(shè)計(jì)場地，在設(shè)計(jì)初期模擬建筑物的風(fēng)環(huán)境和聲環(huán)境，模擬建筑物的能量消耗，最后選擇最佳建筑設(shè)計(jì)方案。

3.全生命期建筑模型信息完整傳遞

在BIM平臺上進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)，所有的建筑信息都保存在BIM數(shù)據(jù)庫中，這樣就可以很好地解決建筑信息傳遞的問題，提高信息的共享效率。

（三）BIM 在綠色建筑方案設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用研究

1.建筑場地設(shè)計(jì)

（1）場地建模

場地模型通常由數(shù)字地形模型表示。BIM模型基于三維數(shù)字技術(shù)，創(chuàng)建場地的數(shù)字高程模型，實(shí)現(xiàn)對建筑場地數(shù)字地形和高程的模擬。DEM地形數(shù)據(jù)可以通過基本地形信息資源獲得。使用Civil 3D等BIM軟件創(chuàng)建地形模型，以Revit場地建模為例，設(shè)置“絕對高度”的值，以DWG或DGN格式讀取三維輪廓數(shù)據(jù)，最后用點(diǎn)文件讀取，創(chuàng)建地形表面。

（2）場地分析

場地分析的內(nèi)容包括高程分析和坡度分析，應(yīng)用BIM建立場地分析模型，在滿足防洪和排水要求的前提下合理地設(shè)計(jì)建筑布局，同時有必要進(jìn)行場地高程分析、坡度分析、朝向分析、排水分析。

對于高程分析，可以使用BIM軟件Civil 3D，通過高度分析，設(shè)計(jì)師可以充分掌握高度變化和高度差異，坡度分析是為了將建筑場地按照坡度分為不同的區(qū)域，為交通設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)依據(jù)，場地的平整是為了建筑物的建造地點(diǎn)的水平。

2.建筑體型設(shè)計(jì)

隨著人們生活水平的提高，簡單形狀的建筑已經(jīng)不能滿足人們對建筑設(shè)計(jì)的要求，建筑的實(shí)用和美觀越來越重要，如北京奧林匹克體育館和其他復(fù)雜的標(biāo)志性建筑。復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)為設(shè)計(jì)帶來了麻煩，不僅要考慮建筑的形狀，還要考慮建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時還要考慮建筑對節(jié)能的要求，這就需要運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑的可視化設(shè)計(jì)和性能模型?？梢暬O(shè)計(jì)保證了可以從不同方向?qū)ㄖM(jìn)行效果分析，同時還可以進(jìn)行建筑的局部觀察，簡單直觀地表現(xiàn)建筑信息模型。

3.總平面布局

在建筑設(shè)計(jì)的早期階段，進(jìn)行現(xiàn)場分析和周圍環(huán)境調(diào)查，需要比較BIM技術(shù)的陽光和通風(fēng)模擬與初始設(shè)計(jì)的BIM技術(shù)現(xiàn)場和建筑物總體布局的現(xiàn)場環(huán)境。影響建筑朝向的因素眾多，主要包括建筑場地的地理?xiàng)l件和氣候條件。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)的早期階段，使用BIM技術(shù)來科學(xué)地分析項(xiàng)目現(xiàn)場的氣候條件，同時分析建筑的采光、通風(fēng)和熱輻射效果，以此來確定建筑的最佳朝向。

設(shè)計(jì)師還可以考慮將太陽能用于基于陽光分析的太陽能有源和無源設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能目標(biāo)。在建筑進(jìn)行通風(fēng)分析時，通常采用建筑舒適度來確定。對于建筑的熱輻射分析結(jié)果，其中藍(lán)色表示冬季輻射量，紅色表示夏季輻射量。

4.建筑性能模擬分析

綠色建筑方案設(shè)計(jì)階段的生態(tài)性能模擬也在設(shè)計(jì)建筑物的形狀和整個建筑的布局中起作用。對建筑的性能模擬是確定綠色建筑設(shè)計(jì)方案的主要手段，根據(jù)建筑性能的分析結(jié)果來反饋綠色建筑的設(shè)計(jì)，其中性能分析主要包括建筑風(fēng)環(huán)境模擬和聲環(huán)境分析等。

（1）風(fēng)環(huán)境模擬

根據(jù)建筑綠色設(shè)計(jì)的通風(fēng)要求，通過調(diào)整建筑的布局來調(diào)整建筑的通風(fēng)條件，來獲得最優(yōu)化的通風(fēng)環(huán)境。風(fēng)環(huán)境的分析結(jié)果包括風(fēng)向和風(fēng)流速，可以為建筑的形狀和建筑間距等提供合理的設(shè)計(jì)依據(jù)。

（2）場地噪聲模擬

建筑的聲環(huán)境模擬是建筑性能分析的重要組成部分，通過聲環(huán)境分析對建筑的聲源進(jìn)行控制，避免噪音影響人們的生活環(huán)境。

四、結(jié)語

傳統(tǒng)的綠色建筑設(shè)計(jì)方法對于結(jié)構(gòu)簡單的結(jié)構(gòu)還適用，但是一旦建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，綠色建筑的數(shù)據(jù)信息就會變得相當(dāng)復(fù)雜，給綠色建筑設(shè)計(jì)帶來了相當(dāng)大的麻煩。將BIM技術(shù)應(yīng)用于綠色建筑設(shè)計(jì)可以很好地解決上述問題，實(shí)現(xiàn)對建筑設(shè)計(jì)的可視化，實(shí)現(xiàn)建筑信息的實(shí)時共享。結(jié)合BIM技術(shù)和生態(tài)模擬的建筑類型和通用圖形設(shè)計(jì)是綠色建筑實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的必要手段。如今，BIM技術(shù)的發(fā)展縮短了建筑師進(jìn)行仿真分析的時間，便于設(shè)計(jì)師對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較選擇，實(shí)現(xiàn)“邊設(shè)計(jì)、邊模擬”的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭銳.貴州省住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能研究[D].重慶大學(xué)，2011.

[2]財政部住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.關(guān)于加快推動我國綠色建筑發(fā)展的實(shí)施意見[J]建筑節(jié)能，2012，（6）.

[3]李建成.BIM 應(yīng)用·導(dǎo)論[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2016.

[4]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，（6）.

[5]曾旭東，周宏偉，梁波.數(shù)字技術(shù)輔助建筑節(jié)能設(shè)計(jì)初步[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2013.

[6]鐘沫.場地設(shè)計(jì)讀書報告——讀《場地設(shè)計(jì)》[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2014，（7）.

[7]程耀東，張麗萍，董明才，等.航測地形圖DEM的獲取和處理技術(shù)[J].工程圖學(xué)學(xué)報，2008，（3）.

[8]李魁山，蔣丹丹，郝沛濤，等.國內(nèi)外室外風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬技術(shù)研究進(jìn)展[J].綠色建筑，2012，（5）.

[9]周楚，鄭麗紅，陳暉，等.關(guān)于綠色建筑性能模擬優(yōu)化流程的研究[J].節(jié)能建筑，2016，（10）.

作者單位：

山西應(yīng)用科技學(xué)院