結(jié)合某工程分析BIM技術(shù)在綠色建筑中的設(shè)計應(yīng)用

龐月美

摘要：在綠色建筑的設(shè)計中，BIM技術(shù)的應(yīng)用不僅降低了建筑工程的能源消耗，還實現(xiàn)了建筑行業(yè)的綠色化發(fā)展。本文重點結(jié)合上海中心大廈工程案例，對BIM技術(shù)在綠色建筑中的設(shè)計應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的分析及探討。

Abstract： In the design of green buildings， the application of BIM technology not only reduces the energy consumption of construction projects， but also realizes the green development of the construction industry. This paper analyzes and discusses the design and application of BIM technology in green buildings with a focus on the case of Shanghai Center Tower.

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);綠色建筑;設(shè)計應(yīng)用

Key words： BIM technology;green building;design and application

中圖分類號：TU17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）11-0258-02

0? 引言

建筑行業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱。在我國建筑工程施工規(guī)模日益增大、施工數(shù)量日益增多的同時，資源短缺、環(huán)境污染等問題也充分的暴露了出來。隨著人們節(jié)能環(huán)保意識的覺醒，對于建筑工程的施工建設(shè)也提出了更好的要求。建筑行業(yè)加快了綠色建筑的發(fā)展。而將BIM技術(shù)應(yīng)用到綠色建筑設(shè)計中，不僅可以加強(qiáng)建筑工程施工成本的控制，還可以提升綠色建筑設(shè)計的效果。而且，將BIM技術(shù)應(yīng)用到綠色建筑設(shè)計中，還可以最大限度的降低建筑施工對于生態(tài)環(huán)境的污染，為人們提供一個綠色、環(huán)保、和諧的居住空間，提升人們的生活質(zhì)量，實現(xiàn)人與自然的和諧共生。

1? BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享和協(xié)同作業(yè)

綠色建筑工程的施工規(guī)模較大，在實際的施工建設(shè)過程中涉及到的信息和數(shù)據(jù)必然也十分龐大。如果信息和數(shù)據(jù)不能共享，綠色建筑工程的施工建設(shè)將會受到嚴(yán)重的影響。而BIM技術(shù)的應(yīng)用就可以以信息為載體，搭建一個專門的溝通平臺。在這一平臺上，無論是建設(shè)單位、設(shè)計單位，還是施工單位都可以進(jìn)行各種信息的共享。而這正是實現(xiàn)多方協(xié)同作業(yè)的基礎(chǔ)[1]。

1.2 優(yōu)化了設(shè)計方案

除了給出建筑模型之外，BIM技術(shù)的應(yīng)用還可以模擬出建筑的各種性能，展現(xiàn)出現(xiàn)實中無法展現(xiàn)的效果。例如，利用BIM技術(shù)建模，可以有效模擬出建筑工程的能耗情況、采光效果以及通風(fēng)效果，而設(shè)計人員就可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)設(shè)計方案，減少后期施工過程中設(shè)計方案的反復(fù)修改。也就是說，BIM技術(shù)的應(yīng)用使得綠色建筑的設(shè)計質(zhì)量得到了明顯提升[2]。

1.3 實現(xiàn)了設(shè)計過程的可視化

可視化是BIM技術(shù)應(yīng)用中體現(xiàn)出來的最大優(yōu)勢。在傳統(tǒng)的建筑工程方案設(shè)計過程中，設(shè)計單位以CAD技術(shù)的應(yīng)用為主，只能得到平面設(shè)計圖，只能供專業(yè)人士瀏覽，無法讓非專業(yè)的業(yè)主看懂。這樣，業(yè)主就不能及時發(fā)現(xiàn)圖紙中的一些細(xì)節(jié)問題。而BIM技術(shù)的應(yīng)用就可以通過3D立體模型表現(xiàn)出建筑中所有要素之間的關(guān)系，即便是非專業(yè)人士，也能夠看懂[3]。

2? 工程概況

上海中心是一座以辦公為主的綠色建筑工程，同時兼具會展、酒店、觀光娛樂以及商業(yè)等功能。該工程主要位于上海陸家嘴金融中心區(qū)Z3-2地塊，總建筑面積為574058萬m2，地上總建筑面積410139m2，地上124層塔樓、7層裙房，高632m，地下5層。該工程由Gensler事務(wù)所進(jìn)行方案設(shè)計，由同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計研究院進(jìn)行施工圖的設(shè)計。

3? BIM技術(shù)在上海中心綠色建筑設(shè)計中的具體應(yīng)用

3.1 BIM技術(shù)在節(jié)能方面的應(yīng)用

在綠色建筑的評價標(biāo)準(zhǔn)中，節(jié)約能源和利用能源是必不可少的內(nèi)容。BIM技術(shù)可以直接進(jìn)行可視化三維模型的構(gòu)建，并通過分析能量消耗的軟件，根據(jù)提前設(shè)置好的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)，對模擬結(jié)果進(jìn)行針對性的調(diào)整和優(yōu)化。

上海中心大廈的結(jié)構(gòu)選型方面，最初有不少于20套的設(shè)計方案。而之所以選擇矩柱與支外伸臂加上支核心筒的結(jié)構(gòu)體系，就是因為BIM技術(shù)的應(yīng)用讓設(shè)計者對復(fù)雜的幾何形態(tài)變化有了一個非常深刻地理解，使得呈現(xiàn)在設(shè)計者眼前的結(jié)構(gòu)選型變得簡單而直觀。塔樓的立面系統(tǒng)中設(shè)計了內(nèi)幕墻結(jié)構(gòu)，是當(dāng)時世界上最高、最大的建筑雙層立面。這種雙層立面是上海中心大廈塔樓最具代表性的設(shè)計特點。每15層還設(shè)計了一個貫穿于塔樓八個重要區(qū)域的巨大中庭。中庭的存在，對于內(nèi)幕墻內(nèi)辦公室和酒店內(nèi)部的制冷負(fù)荷的降低有著積極的作用。而大廈的螺旋頂端，還具有收集雨水、對雨水進(jìn)行回收利用的作用。大廈頂部的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，還可以為大廈提供持續(xù)不斷的綠色電能。

上海中心大廈中設(shè)計了兩個冷熱源系統(tǒng)。其中，低區(qū)的冷熱源系統(tǒng)在B2層，主要針對65層以下的樓層。該系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：第一冷凍機(jī)房、第二天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、第三冰蓄冷系統(tǒng)。高區(qū)的冷熱源系統(tǒng)在82層和83層，以6個高效率離心式冷制機(jī)房為主要構(gòu)成。這兩個冷熱源系統(tǒng)的應(yīng)用使得設(shè)施在泵冷過程中產(chǎn)生的運輸能量消耗得到了有效的控制。同時，在塔頂上設(shè)計冷卻塔，還可以預(yù)留出更多的地面空間，進(jìn)行綠化設(shè)計。綠化面積越大，越能減弱熱島效應(yīng)，上海中心大廈的建筑工程就越符合綠色建筑工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 BIM技術(shù)在節(jié)材方面的應(yīng)用

綠色建筑的設(shè)計對于建筑材料種類的選擇，以及建筑材料的實際用量有著明確的規(guī)定。例如，在整個綠色建筑結(jié)構(gòu)中，400MPa級別以上的鋼筋用量占比應(yīng)當(dāng)在85%以下。而縱向承重構(gòu)件以混凝土材料的應(yīng)用為主，但是需要將C50強(qiáng)度的混凝土用量控制在50%以上。在實際的施工過程中，要想對這些施工材料進(jìn)行嚴(yán)格的控制，設(shè)計人員就必須要進(jìn)行精密而復(fù)雜的計算。如果使用人工計算，不僅計算結(jié)果得不到保證，還需要耗費大量的時間。而BIM技術(shù)的應(yīng)用，就可以在短時間內(nèi)完成計算，同時還可以進(jìn)行三維模型的構(gòu)建，了解該設(shè)計方案中的材料選擇是否符合綠色建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，并通過調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)的方式，最大限度的節(jié)約施工材料。例如，在綠色建筑的施工建設(shè)過程中，一般會選擇可再生資源以及可循環(huán)利用的材料。根據(jù)相關(guān)部門的統(tǒng)計，可循環(huán)材料在綠色建筑中的應(yīng)用占比建材總量的10%。工作人員只需要將建筑單位提供的可循環(huán)使用材料匯總表以及利用比例計算表輸入到BIM系統(tǒng)中，就可以通過明細(xì)表模塊將該建筑工程中對于可循環(huán)使用材料的種類和重量計算出來，判斷該綠色建筑設(shè)計是否符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。

上海中心大廈的螺旋式上升的建筑外觀造型中，包含了55%的錐形結(jié)構(gòu)，而這可以讓風(fēng)力和結(jié)構(gòu)效能的組合達(dá)到最佳，在鋼筋和混凝土等建筑材料的使用成本方面節(jié)省24%。并且有兩個獨立幕墻，由于上海的冬天氣候并不寒冷，所以選擇了26mm的LOW-E玻璃為最外層幕墻的施工材料。另外，項目的施工過程中，由于參與建設(shè)的單位非常多，涉及到的信息數(shù)據(jù)也異常龐大、復(fù)雜，在成本控制方面具有較大的難度。而BIM技術(shù)的應(yīng)用，就可以進(jìn)行相關(guān)建筑模型的建立，同時在三維環(huán)境中對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改和調(diào)整，加強(qiáng)了決策者與領(lǐng)導(dǎo)者對工程施工過程的控制，使得整個施工過程變得有序而合理，材料浪費以及工程返工現(xiàn)象得到了有效的控制。

3.3 BIM技術(shù)在室內(nèi)環(huán)境設(shè)計中的應(yīng)用

綠色建筑的室內(nèi)環(huán)境設(shè)計主要涉及以下幾個方面：第一室內(nèi)空氣質(zhì)量、第二室內(nèi)聲光環(huán)境、第三室內(nèi)溫濕度調(diào)節(jié)、第四室內(nèi)水質(zhì)控制等。BIM技術(shù)的應(yīng)用可以以三維可視化模型為基礎(chǔ)，優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，保證綠色建筑空間內(nèi)的舒適度。首先，BIM技術(shù)可以進(jìn)行綠色建筑的自然采光模擬，分析該建筑工程所處區(qū)域的天光是否具有可用性，然后參考我國綠色建筑設(shè)計自然采光標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行建筑所處內(nèi)外光環(huán)境的模擬。這樣，就可以指導(dǎo)設(shè)計人員的建筑工程的自然采光設(shè)計。其次，BIM技術(shù)可以進(jìn)行室內(nèi)自然通風(fēng)模擬，幫助設(shè)計人員更好的了解該建筑工程的通風(fēng)情況，然后再對通風(fēng)口的位置、尺寸以及建筑布局進(jìn)行調(diào)整，確保室內(nèi)具有良好的通風(fēng)換氣條件，讓居住在其中的人們產(chǎn)生舒適的感覺。

在上海中心大廈的施工過程中，為了優(yōu)化室內(nèi)的空氣質(zhì)量，在BIM技術(shù)的輔助下，設(shè)計了基于需求控制的通風(fēng)系統(tǒng)，即CO2監(jiān)測系統(tǒng)。在這一系統(tǒng)的運行下，室外空氣只有經(jīng)過特殊的處理、過濾以及測量，才能夠輸入到室內(nèi)空間中。而上海中心大廈的通風(fēng)系統(tǒng)，經(jīng)過監(jiān)測，在較低的壓力下就可以保證空氣的正常輸入。所以，在上海中心大廈的低區(qū)能源中心，放置一臺螺旋式地源熱泵機(jī)組就可以滿足相關(guān)需求。

3.4 BIM技術(shù)在機(jī)電管線施工中的應(yīng)用

在綠色建筑的構(gòu)成中，機(jī)電管線最為關(guān)鍵。在機(jī)電設(shè)備類型與數(shù)量越來越多的情況下，機(jī)電管線的施工難度也越來越大。而BIM技術(shù)的應(yīng)用，就可以對整個機(jī)電管線進(jìn)行科學(xué)的分析，進(jìn)而確定出最科學(xué)的機(jī)電管線施工方案，提升整個機(jī)電管線的施工效率以及施工質(zhì)量。另外，BIM技術(shù)還可以直接構(gòu)建出機(jī)電管線的4D模型，通過模擬將建筑時間和建筑空間結(jié)合在一起，對機(jī)電施工的施工進(jìn)度進(jìn)行合理的把握。

上海中心大廈的機(jī)電系統(tǒng)異常復(fù)雜，設(shè)備層中間穿插著很多桿件，二維設(shè)計本根無法解決這一問題。在這種情況下，設(shè)備層的設(shè)計就必須要借助BIM技術(shù)的三維設(shè)計來完成，通過三維設(shè)計來避免桿件之間出現(xiàn)碰撞現(xiàn)象。即通過Autodesk Navisworks系列軟件對管線碰撞進(jìn)行檢測，然后再結(jié)合檢測結(jié)果調(diào)整管線，最后再利用BIM技術(shù)的三維可視化功能，將相應(yīng)的安裝順序、施工方案以及最終效果圖呈現(xiàn)出來，供設(shè)計人員分析，消除設(shè)備專業(yè)管線布置中的錯、漏、碰等問題，對建筑施工起到了很好的指導(dǎo)作用。

4? 結(jié)語

綜上所述，綠色建筑是未來建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢。而BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計中的應(yīng)用，具有十分重要的作用。但是BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計中的應(yīng)用還十分有限，所以我們要繼續(xù)加大BIM技術(shù)的研究，不斷的拓寬BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計中的應(yīng)用渠道，不斷的提升綠色建筑的節(jié)能環(huán)保性能。

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