BIM技術(shù)在辦公建筑中的節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

屈思嘉 華僑大學(xué)建筑學(xué)院碩士研究生，助理建筑師

韓曉琬 中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑設(shè)計(jì)院助理建筑師

綠色建筑的設(shè)計(jì)理念隨著我國(guó)近年來(lái)的建筑實(shí)踐不斷深入人心。加之國(guó)家政策的扶持、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的完善，綠色建筑具有良好的發(fā)展前景。如今BIM技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)普遍，不僅促進(jìn)了綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展，也提供了高效、創(chuàng)新的分析與管理方法。辦公建筑屬于建筑工程規(guī)模較大、能源消耗和使用頻率較高的建筑[1]，而B(niǎo)IM技術(shù)的使用恰恰可以整合設(shè)計(jì)過(guò)程，統(tǒng)籌全局以減少不必要的能耗。如廣州周大福金融中心、武漢綠地中心、望京SOHO等辦公建筑設(shè)計(jì)。

1 相關(guān)理論概述

BIM技術(shù)是采用信息化模式將建筑工程項(xiàng)目在建設(shè)過(guò)程中的多個(gè)步驟綜合整合到同一軟件上，并以此來(lái)對(duì)施工的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全面監(jiān)控的現(xiàn)代化手段。BIM具有可視化、協(xié)同化、信息化3個(gè)方面的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在5個(gè)層面：3維可視化、增加項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)協(xié)同意識(shí)、及時(shí)準(zhǔn)確地提供工程項(xiàng)目建設(shè)全過(guò)程的建筑信息、構(gòu)建工程數(shù)據(jù)模型、構(gòu)建實(shí)施管控模型[2]。

合理利用BIM技術(shù)對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)都至關(guān)重要。一方面，工程人員將與施工有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，從而降低資源浪費(fèi)，節(jié)約施工成本。另一方面，利用新技術(shù)和新手段強(qiáng)化生態(tài)建設(shè)，達(dá)到節(jié)能的目的。

2 BIM技術(shù)在工程各階段的應(yīng)用

2.1 設(shè)計(jì)階段

BIM技術(shù)以其全面、精確、覆蓋面廣的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)⑺袛?shù)據(jù)在同一界面完整地顯示出來(lái)，讓工程相關(guān)人員能夠直觀地了解到設(shè)計(jì)問(wèn)題。收集和整合數(shù)據(jù)后，通過(guò)信息化手段進(jìn)行高精度的測(cè)算，相關(guān)前期工作如場(chǎng)地分析、道路分析等，將抽象的空間數(shù)字化，使與建設(shè)有關(guān)的準(zhǔn)備工作更加合理、有效。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，只需建立三維模型便可將所有方案設(shè)計(jì)條件涵蓋其中，對(duì)建筑的形體進(jìn)行分析。模型建好后自動(dòng)生成平面圖，減少傳統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中的冗余步驟，使設(shè)計(jì)更加高效。BIM平臺(tái)還支持多種不同的能耗軟件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的交互，對(duì)建筑的生態(tài)性能進(jìn)行分析，如中國(guó)建筑科學(xué)研究院研發(fā)的PKPM-BIM機(jī)電相關(guān)軟件，基于BIM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了不同階段的節(jié)能計(jì)算。

2.2 施工階段

運(yùn)用BIM技術(shù)能夠全面模擬施工情況，在施工前期的測(cè)算過(guò)程中，事先模擬好所需模型結(jié)構(gòu)，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析其內(nèi)部函數(shù)關(guān)系，及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差，加以改正。這些優(yōu)點(diǎn)可以有效避免工程返工、工程結(jié)果沒(méi)有實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)等問(wèn)題，有效節(jié)約施工成本。而且，BIM技術(shù)可詳細(xì)記錄每一個(gè)步驟的數(shù)據(jù)，及時(shí)對(duì)比分析、調(diào)整歸納，有利于提高工作效率，進(jìn)行集中管理。

2.3 運(yùn)維管理

BIM平臺(tái)的介入能夠極大提高建筑的運(yùn)營(yíng)管理效率。物業(yè)管理方可以通過(guò)BIM平臺(tái)快速了解建筑內(nèi)不同空間的使用情況。同時(shí)，管理者可以通過(guò)可視化的三維空間模型對(duì)建筑空間進(jìn)行合理的規(guī)劃與分配，如望京SOHO項(xiàng)目（圖1）中，利用物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，以能源管理為切入點(diǎn)，為物業(yè)管理者提供便利，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的融合[3]。

圖1 望京SOHO建筑信息總覽

面對(duì)建筑內(nèi)來(lái)往復(fù)雜的人群，BIM通過(guò)安全管理模塊與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的對(duì)接，分別對(duì)內(nèi)部和外部、不同等級(jí)人員進(jìn)行管理，每天將建筑使用者的基本信息通過(guò)攝像頭采集傳送到數(shù)據(jù)庫(kù)中。BIM還可以對(duì)建筑內(nèi)部水暖電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，通過(guò)BIM模型對(duì)設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)定位，有利于設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)與節(jié)能降耗。

3 節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

3.1 項(xiàng)目建設(shè)環(huán)境評(píng)估

辦公建筑是員工日常長(zhǎng)期停留的場(chǎng)所，良好的空氣和通風(fēng)是員工高效辦公的前提。室內(nèi)溫度要適宜，冬季室溫不宜低于16 ℃。舒適的光環(huán)境對(duì)于辦公相當(dāng)重要，可采用人工光與自然光結(jié)合的方式滿足光源要求。

項(xiàng)目的前期設(shè)計(jì)依托BIM平臺(tái)對(duì)項(xiàng)目建設(shè)環(huán)境進(jìn)行評(píng)估、分析，為創(chuàng)造舒適的辦公環(huán)境打下基礎(chǔ)。利用Ecotect、Green Building Studio、EcoDesigner等分析軟件輸入項(xiàng)目位置的地理信息，調(diào)取建筑所處環(huán)境的各類(lèi)氣象參數(shù)，如：夏季空氣溫度、相對(duì)濕度、降水量、風(fēng)速以及太陽(yáng)輻射強(qiáng)度（圖2）等。通過(guò)這些數(shù)據(jù)能夠?qū)ㄖ娜照?、風(fēng)、熱、聲環(huán)境展開(kāi)模擬分析，從而輔助建筑形體的生成，使設(shè)計(jì)更加合理。例如，利用BIM軟件對(duì)建筑進(jìn)行日照分析，可以直觀地得到不同建筑排布方案下的陰影分布及太陽(yáng)輻射情況，最大限度地為辦公建筑提供自然采光。

圖2 利用Ecotect進(jìn)行太陽(yáng)輻射分析與風(fēng)分析

3.2 性能與舒適度優(yōu)化

隨著辦公建筑形體與使用功能的復(fù)雜化，傳統(tǒng)建筑能耗分析軟件已不能滿足設(shè)計(jì)需求。信息模型的建立可以對(duì)建筑能耗進(jìn)行更為綜合的計(jì)算與分析，它可以將建筑位置、建筑圍護(hù)材料參數(shù)、熱工分區(qū)信息以及設(shè)備系統(tǒng)信息等儲(chǔ)存為信息模型，能耗模擬軟件通過(guò)讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)建筑進(jìn)行能耗模擬計(jì)算。例如，進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)時(shí)，可以設(shè)置并選取不同熱工參數(shù)的材料，驗(yàn)證外墻、門(mén)窗、屋頂以及遮陽(yáng)等部位的傳熱系數(shù)、遮陽(yáng)系數(shù)等相關(guān)指標(biāo)是否滿足節(jié)能要求，并通過(guò)比較選擇最適合、最節(jié)能的建筑外維護(hù)結(jié)構(gòu)材料。BIM相關(guān)軟件還可以對(duì)工程量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將信息模型導(dǎo)入到算量軟件中，進(jìn)行清單定額套取并計(jì)算工程量，從而獲得合理經(jīng)濟(jì)范圍內(nèi)的最優(yōu)節(jié)能方案。

建筑物舒適度是對(duì)建筑環(huán)境進(jìn)行模擬、評(píng)價(jià)、分析后做出的判斷。由于辦公建筑人員構(gòu)成復(fù)雜，綜合協(xié)調(diào)難度較大，辦公樓除內(nèi)部員工外，還包含大量來(lái)訪客人、安全管理及衛(wèi)生服務(wù)人員等。依托BIM技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高辦公建筑的舒適程度，可以在最大限度上給不同辦公人群提供舒適的使用體驗(yàn)。充分發(fā)揮BIM技術(shù)，不斷推動(dòng)綠色建設(shè)，減少建筑過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。利用BIM技術(shù)將建筑工程以模擬的方式提前預(yù)估出方案的合理程度，提前將問(wèn)題處理好。利用綠色建筑軟件，結(jié)合BIM模型對(duì)建筑的室內(nèi)外環(huán)境要素進(jìn)行模擬，對(duì)照綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各項(xiàng)評(píng)估，對(duì)未達(dá)標(biāo)項(xiàng)進(jìn)行修改，以滿足評(píng)分項(xiàng)要求，從而提升建筑舒適度。

3.3 建筑運(yùn)營(yíng)能耗管理

根據(jù)美國(guó)國(guó)家BIM標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的資料，建筑物生命周期75%的成本發(fā)生在運(yùn)維階段。辦公建筑具有設(shè)備運(yùn)營(yíng)能耗高的特征，原因?yàn)椋海?）自動(dòng)化程度高；（2）樓內(nèi)設(shè)備多且復(fù)雜；（3）節(jié)假日與休息日需要正常運(yùn)轉(zhuǎn)，供電不間斷。這些需求加大了設(shè)備的運(yùn)營(yíng)、管理、維護(hù)成本以及建筑整體能源消耗。尤其在北方地區(qū)，四季分明，冬季干冷，需要在辦公建筑中增設(shè)供暖設(shè)施。通過(guò)BIM技術(shù)，還可以在設(shè)備上安裝能耗檢測(cè)系統(tǒng)，即時(shí)檢測(cè)能耗異常，節(jié)省建筑運(yùn)維成本，進(jìn)而帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也可以被計(jì)入數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合綠色建筑能耗模型，通過(guò)數(shù)據(jù)模擬和分析技術(shù)進(jìn)行多種條件下的運(yùn)行能耗模擬預(yù)估，實(shí)現(xiàn)對(duì)綠色建筑運(yùn)營(yíng)期的能耗管理優(yōu)化。

4 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)是科技化時(shí)代下的新型建筑施工技術(shù)，它可以最大程度地模擬施工狀況，提高工作效率。BIM技術(shù)的實(shí)施使得工程各部分的數(shù)據(jù)信息變得清晰明了，讓建筑施工變得專(zhuān)業(yè)化、精確化，使得工程管理具有專(zhuān)業(yè)性、標(biāo)準(zhǔn)性?；贐IM技術(shù)，提出辦公建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的具體優(yōu)化策略，強(qiáng)化建設(shè)工程項(xiàng)目的質(zhì)量、安全、進(jìn)度管控，將理論聯(lián)系到實(shí)際，更好地應(yīng)用新技術(shù)、新手段。