基于BIM技術(shù)的綠色建筑設(shè)計(jì)在中鐵南山院項(xiàng)目中的運(yùn)用

施萌

（安徽省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，安徽 合肥 230000）

一、引言

隨著全球氣候的變暖，世界各國(guó)對(duì)建筑節(jié)能的關(guān)注程度正日益增加。人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到，建筑使用能源所產(chǎn)生的CO2是造成氣候變暖的主要來(lái)源。節(jié)能建筑成為建筑發(fā)展的必然趨勢(shì)，綠色建筑也應(yīng)運(yùn)而生。

目前綠色建筑所涉及的學(xué)科范疇比傳統(tǒng)建筑業(yè)的范疇更加廣泛，對(duì)建筑設(shè)計(jì)的要求更加嚴(yán)格，給傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)軟硬件系統(tǒng)帶來(lái)了極大困難，BIM技術(shù)則以其出色的信息管理性能給綠色建筑發(fā)展帶來(lái)了曙光。

二、基于BIM技術(shù)的綠色建筑設(shè)計(jì)分析

（一）基于BIM技術(shù)的綠色建筑設(shè)計(jì)流程

建筑設(shè)計(jì)階段根據(jù)其細(xì)分目標(biāo)不同又被分為方案設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工圖設(shè)計(jì)三個(gè)小階段。

1.方案設(shè)計(jì)階段

方案設(shè)計(jì)階段的主要目的是對(duì)建筑方案提出的多種組合方案的可能，通過數(shù)據(jù)評(píng)估與集體互動(dòng)討論確定最優(yōu)的方案組合。在設(shè)計(jì)過程中，首先由建筑專業(yè)提出方案框架輸入到BIM模型中，然后結(jié)構(gòu)、水暖電等傳統(tǒng)專業(yè)提出意見與相關(guān)專業(yè)方案，整合到BIM模型中迭代分析，其他參與方根據(jù)BIM模型對(duì)進(jìn)行集體互動(dòng)討論，將信息通過BIM模型反饋到相關(guān)專業(yè)，直到統(tǒng)一認(rèn)識(shí)達(dá)到方案目的。

2.優(yōu)化設(shè)計(jì)階段

優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的是對(duì)選定的方案組合進(jìn)行技術(shù)集成與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)高水平的綠色建筑方案設(shè)計(jì)并達(dá)到報(bào)批深度。此階段的設(shè)計(jì)工作注重集成工作整體優(yōu)化，通過分析與各方意見對(duì)方案的造型、布局等進(jìn)行優(yōu)化，需要結(jié)合具體的設(shè)備廠家確定產(chǎn)品規(guī)格，考慮設(shè)備與建筑的一體化設(shè)計(jì)等內(nèi)容，整合后迭代分析，根據(jù)綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容判斷其是否達(dá)到階段設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3.施工圖設(shè)計(jì)階段

施工圖設(shè)計(jì)階段是建筑設(shè)計(jì)流程的最后階段，其目標(biāo)是生成足夠的信息保證施工順利實(shí)施。在此階段注重設(shè)計(jì)與施工的結(jié)合，進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)與施工流程優(yōu)化，通過整合分析完善設(shè)計(jì)成果減少項(xiàng)目實(shí)施過程中的錯(cuò)漏碰缺等問題，完善模型信息指導(dǎo)建筑施工。

（二）基于BIM技術(shù)的綠色建筑設(shè)計(jì)分析

1.信息處理效率優(yōu)化

在傳統(tǒng)綠色建筑設(shè)計(jì)流程中各專業(yè)對(duì)分析過程的信息處理過于繁瑣，基于BIM的綠色建筑設(shè)計(jì)流程通過引入BIM技術(shù)提升了設(shè)計(jì)效率，有效解決了這一問題。通過將BIM信息模型輸入到專業(yè)分析軟件中，讓計(jì)算機(jī)替代人工完成分析任務(wù)，這樣就從繁瑣的分析任務(wù)中中解放了設(shè)計(jì)人員，使其有精力關(guān)注方案本身的設(shè)計(jì)效果。

2.交互形式優(yōu)化

基于BIM的綠色建筑設(shè)計(jì)流程將傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)中的二維圖紙表達(dá)轉(zhuǎn)化為三維模型，使參與方能更為直觀準(zhǔn)確的理解設(shè)計(jì)意圖，使多方交流不再受二維圖紙抽象信息的約束，提高了團(tuán)體協(xié)作效率。

三、設(shè)計(jì)方案

（一）項(xiàng)目概況

項(xiàng)目位于安徽省淮南市山南新區(qū)。地塊北臨舜耕山，環(huán)境優(yōu)良，風(fēng)景優(yōu)美，東部靠近山南新區(qū)核心區(qū)，地理位置優(yōu)越。總用地面積10.89公頃，綜合容積率1.50，總建筑面積約22.28萬(wàn)m2，其中地上總建筑面積約16.33萬(wàn) m2，地下面積約5.95萬(wàn)m2。

（二）基于BIM 的規(guī)劃設(shè)計(jì)

方案開始，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)思路，選擇兩種規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，如方案一和方案二。利用Civil 3D快速生成三維數(shù)字地形模型，結(jié)合Revit的體量功能，能夠便捷的完成前期的概念體快方案。

圖3-1：方案一與方案二平面布局

1.場(chǎng)地光環(huán)境分析

在完成概念體快方案后，錄入相關(guān)地理數(shù)據(jù)，即可導(dǎo)入到Ecotect中對(duì)場(chǎng)地的太陽(yáng)輻射進(jìn)行分析。如圖3-2、3-3所示。根據(jù)分析結(jié)果我們看到兩個(gè)方案均滿足淮南市的日照要求：大寒日大寒日（8-16時(shí)）累積日照時(shí)長(zhǎng)超過兩小時(shí)。

圖3-2：方案一與方案二日照分析圖

2.場(chǎng)地風(fēng)環(huán)境分析

通過相關(guān)軟件提取當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到場(chǎng)地風(fēng)環(huán)境數(shù)據(jù)：冬季西北風(fēng)；夏季東南風(fēng)；過渡季西南風(fēng)。隨后，將體量模型與氣象數(shù)據(jù)導(dǎo)入CFD軟中進(jìn)行分析，得出風(fēng)場(chǎng)的分析圖，如圖3-4、3-5。

根據(jù)圖示方案一筑表面形成充足的風(fēng)壓差，為室內(nèi)自然通風(fēng)的利用提供良好的條件，而方案二住宅前后壓力差較小，對(duì)其通風(fēng)不利。

圖3-3：方案一與方案二風(fēng)場(chǎng)分析圖

以此為基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)前期可以提出相應(yīng)的綠化意向：西北及北向種植常綠密實(shí)綠化或綠籬，減少冬季供熱能耗；南向種植落葉高大喬木，減少夏季太陽(yáng)輻射得熱并削弱公路噪音；西南向種植低矮綠植，確保自然通風(fēng)效果。

3.場(chǎng)地的視線分析

通過軟件的進(jìn)行視線分析，由于地形南低北高的地形特征，且主要的景觀朝向?yàn)楸泵嫠锤斤L(fēng)景區(qū)，因此方案一由北向南逐次升高的建筑布局，能夠獲得更好的景觀視野，更加的適宜此地塊。

圖3-4：方案一與方案二視線分析圖

最終，在多輪分析后，得出結(jié)論，在地理氣候條件相同的條件下，綜合考慮采光、通風(fēng)、視線等因素，方案一優(yōu)于方案二。

（三）基于BIM的建筑能耗分析

比選建筑方案的過程就是一個(gè)把握建筑設(shè)計(jì)方向的過程。在確定了深化方案之后，開始進(jìn)行住宅的戶型設(shè)計(jì)，以12#住宅樓為例，根據(jù)設(shè)計(jì)需求，設(shè)計(jì)了兩種戶型，并在revit中建立模型。隨后，在設(shè)定氣象數(shù)據(jù)一致的情況下進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。結(jié)果如圖3-7.

可以看到除了四月份，全年的冷熱負(fù)荷都是方案二居多，能耗較大，夏季差別最大，冬季其次，過渡季有輕微差別。綜上所述，方案一在能耗方面占有優(yōu)勢(shì)。

圖3-8：方案一方案二冷熱負(fù)荷對(duì)比

（四）基于BIM的節(jié)能措施優(yōu)化

1.確定合理的窗墻比

建筑的暖通能耗Y與窗墻比X是有關(guān)聯(lián)的：Y=-0.4485X2+18.546X+586.02。不僅如此，照明能耗與窗墻比也有一定聯(lián)系，如圖3-8。由圖可知，窗墻比在30%-40%之間時(shí)，暖通與照明系統(tǒng)的總能耗最低，而目前方案的南向窗墻比為28%，北向窗墻比為24%，接近30%是比較合理的，如表3-1。

表3-1：戶型窗墻比

2.優(yōu)化外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)

圖3-9：圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工屬性

傳熱系數(shù)K值，是指在穩(wěn)定傳熱條件下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣溫差為1度（K，℃），1s內(nèi)通過1平方米面積傳遞的熱量，單位是瓦/（平方米·度）。通過將BIM模型導(dǎo)入分析軟件Ecotect，輸入密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、顏色等物理屬性后軟件可以很快的計(jì)算出圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工屬性。如U-value（傳熱系數(shù)）、Admitance（準(zhǔn)入系數(shù)）、Solar Absorption（太陽(yáng)吸收系數(shù)）、Solar Heat Gain Coefficient（太陽(yáng)得熱系數(shù)）、Visible Transmittance（可見光透過率）等。

3.遮陽(yáng)與天然采光優(yōu)化

天然采光的光源是太陽(yáng)，是取之不盡用之不竭的自然資源。但是，強(qiáng)烈的陽(yáng)光直射也會(huì)使人感到不舒服，因此在建筑設(shè)計(jì)中我們既要充分利用太陽(yáng)光，又要避免它帶來(lái)的負(fù)面影響。通過將BIM模型導(dǎo)入到PKPM軟件中分析，我們得到了各個(gè)房間光環(huán)境的分析數(shù)據(jù)，隨后通過更改窗戶形式，戶型微調(diào)等方法改善天然采光條件。

圖3-10：室采光示意圖

四、總結(jié)

當(dāng)然國(guó)內(nèi)的BIM技術(shù)發(fā)展相對(duì)較晚，技術(shù)基礎(chǔ)和使用環(huán)境相對(duì)薄弱。在實(shí)際運(yùn)用中有著諸如外國(guó)軟件本土化較低，缺少BIM行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化體系等諸多問題。但是隨著國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)與綠色建筑理論的不斷發(fā)展，越來(lái)的越多的本土化軟件及相關(guān)規(guī)范的頒布，BIM技術(shù)與綠色建筑設(shè)計(jì)的一體化必將是最終趨勢(shì)，為綠色建筑乃至整個(gè)建筑行業(yè)的發(fā)展提供重要的助力。