BIM技術(shù)在綠色智能建筑設(shè)計中的應(yīng)用分析

文／李銘 京能置業(yè)股份有限公司 北京 102300

引言：

綠色智能建筑是我國深化綠色環(huán)保理念的重要體現(xiàn)，可以進一步達到降低碳排放量的需要，進而為社會進步提供方向，此外綠色智能建筑的設(shè)計主要是以個性化體驗為核心，因此可以利用技術(shù)的使用拉近建筑物與人之間的聯(lián)系。而BIM 技術(shù)的運用則可以通過數(shù)據(jù)模型的搭建，為建筑設(shè)計效果的提升奠定良好的基礎(chǔ)。由此可見，圍繞BIM 技術(shù)在綠色智能建筑設(shè)計中的應(yīng)用進行分析，對于建筑設(shè)計行業(yè)可持續(xù)發(fā)展來講尤為重要，故建議有關(guān)單位和企業(yè)予以高度關(guān)注。

1、BIM 技術(shù)與綠色智能建筑相關(guān)概述

BIM 技術(shù)最早起源于美國企業(yè)，自本世紀(jì)初研發(fā)成功以來就被廣泛應(yīng)用在多行業(yè)領(lǐng)域中，能夠高質(zhì)量促進土木工程以及建筑行業(yè)的發(fā)展。該技術(shù)的原理主要是利用數(shù)據(jù)的收集和歸納建立信息化模型，以此為施工準(zhǔn)備、施工管理、設(shè)計優(yōu)化與后期其它工作提供信息共享支持和幫助，使技術(shù)人員可以更加簡便地對建筑情況進行完善，以此增強決策與設(shè)計方案的質(zhì)量。現(xiàn)階段該技術(shù)作為一種信息化、數(shù)據(jù)化的施工工具，已經(jīng)為施工細(xì)節(jié)的完善提供了較大的幫助。例如其模型可視化的優(yōu)勢便可以運用三維模型建立的形式為技術(shù)人員進行規(guī)劃設(shè)計方案的效果模擬，使工作人員直觀地了解建筑設(shè)計情況。而信息完備性則是指該技術(shù)的運用可以將抽象的數(shù)據(jù)和信息進行具象化的體現(xiàn)，進而對設(shè)計方案中設(shè)計的細(xì)節(jié)加以放大。信息交互性是指BIM 技術(shù)在使用的過程中，其依賴的軟件既可以進行設(shè)計工作又可以作為信息共享的平臺進行使用，進而使施工項目的監(jiān)管方、建設(shè)方以及設(shè)計方的所有工作人員都能夠第一時間了解到施工信息的變更狀態(tài)和具體情況，以此拉近多方之間信息溝通方面的聯(lián)系，降低工作人員之間信息不對稱性情況出現(xiàn)的可能。由此可見將這種技術(shù)運用在綠色智能建筑的設(shè)計規(guī)劃中對于后續(xù)的施工工作具有非常大的積極作用。

綠色智能建筑是傳統(tǒng)環(huán)保建筑與智能化建筑形式相結(jié)合的新型概念。其中綠色建筑是指在建筑施工的過程中，利用新技術(shù)以及新能源材料的運用替代傳統(tǒng)材料的使用，以此從根本上提升建筑的環(huán)保性，降低傳統(tǒng)材料對人體以及周圍環(huán)境的不利影響，進而為人們營造一個良好的生產(chǎn)生活環(huán)境，降低污染狀況。而信息化智能建筑則是指在技術(shù)運用的過程中，優(yōu)先選擇可以滿足人們現(xiàn)實需要的新型技術(shù)和手段，進而使建筑物房屋的結(jié)構(gòu)與管理形成一個完整的系統(tǒng)，更加便捷地達到環(huán)保的效果。從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，綠色智能建筑的設(shè)計與施工從源頭上解決了人與自然、社會、經(jīng)濟發(fā)展之間的矛盾沖突。雖然目前在建筑行業(yè)上并沒有明確的綠色智能建筑的定義，但是根據(jù)其發(fā)展原因來看，這種技術(shù)的使用具備較強的智能化管理和控制能力，可以使建筑物的綜合質(zhì)量得到顯著的提升。

2、BIM 技術(shù)特征、價值優(yōu)勢分析

2.1 信息互通性

BIM 技術(shù)會利用收集好的信息建立三維模型，進而實現(xiàn)前期設(shè)計與施工、管理工作的共享。其主要工作原理是在模型搭建完成之后，技術(shù)人員可以直觀了解施工中的情況，并分析技術(shù)應(yīng)用難點，進而針對設(shè)計過程中不符合實際情況的沖突采取合理措施，及時進行解決和完善，避免在后續(xù)施工中沖突逐漸擴大，進而在產(chǎn)生資源浪費的基礎(chǔ)上加大前期成本。此外，BIM 技術(shù)運用可以更加專業(yè)地進行信息共享，且在軟件使用的幫助下，技術(shù)可以更加兼容，高效完成數(shù)據(jù)的運用，確保項目信息管理能夠更加科學(xué)、合理。

2.2 資源完整性

基于BIM 技術(shù)運用的模型搭建可以綜合運用全部指標(biāo)數(shù)據(jù)，包括工程前期招標(biāo)情況、項目性質(zhì)、材料選擇、質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)以及施工人數(shù)等。在具體工作中工作人員會運用CAD 系統(tǒng)的使用將信息存儲至REVIT 軟件中，進而為后續(xù)的三維模型建立提供條件。模型建立的過程不僅可以幫助技術(shù)人員了解工程信息，還可以為工作人員提供建筑材料硬度以及強度的信息支持，全方位地掌握施工狀況。

2.3 可視化

BIM 技術(shù)應(yīng)用的主要優(yōu)勢便是可視化功能，可以直觀地了解建筑建設(shè)的大致信息。這與傳統(tǒng)的管理方式有著本質(zhì)的區(qū)別，能夠進一步提升對設(shè)計方案的檢查質(zhì)量以及修改效率。此外由于BIM 技術(shù)會運用到很多信息，并在軟件的幫助下建立自動化的三維立體模型，因此在此過程中也可以及時了解工序設(shè)計中的沖突，幫助設(shè)計人員科學(xué)進行完善。

要想更好完成綠色建筑節(jié)能設(shè)計，技術(shù)人員必須要結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w條件加大對施工前期、過程以及后期管理的重視。在設(shè)計工作的過程中，技術(shù)人員需要對建筑物光照情況以及通風(fēng)狀況進行科學(xué)的分析，并將BIM 技術(shù)運用在設(shè)計過程中，進而從源頭上降低能源的損耗狀況，使其可以達到預(yù)期的效果。此外，技術(shù)的運用可以被使用在建筑施工的每個階段中，進而規(guī)避圖紙設(shè)計中的很多不足。在此基礎(chǔ)上模型的搭建還可以對通風(fēng)模擬以及氣流狀況進行數(shù)據(jù)分析，進而使建筑的規(guī)劃更加合理。與此同時，BIM 技術(shù)的使用有利于進一步方便工作人員的管理，充分在節(jié)能減排規(guī)劃設(shè)計工作中發(fā)揮現(xiàn)代化技術(shù)的優(yōu)勢，使數(shù)據(jù)可以以模型的形式體現(xiàn)出來，以此幫助設(shè)計人員進行調(diào)整，使設(shè)計方案情況可以直觀地體現(xiàn)。

3、BIM 技術(shù)在智能建筑建設(shè)中的運用

3.1 前期設(shè)計中的應(yīng)用策略

綠色建筑的建設(shè)需要從設(shè)計階段便開始進行，然而由于綠色建筑需要涉及的方面有很多，因此其設(shè)計形式與傳統(tǒng)的建筑有著非常顯著的區(qū)別。若能將BIM 技術(shù)運用在前期的設(shè)計管理中，則可以更加清晰了解建筑結(jié)構(gòu)需要，并結(jié)合區(qū)域特點對布局進行高效的控制和管理。此外在設(shè)計過程中，BIM 技術(shù)的運用能夠進一步提升設(shè)計方案的可視化質(zhì)量，使設(shè)計從傳統(tǒng)的圖紙規(guī)劃轉(zhuǎn)化為三維立體數(shù)據(jù)模型的建立。與此同時，對于施工過程中需要優(yōu)化與完善的方案設(shè)計細(xì)節(jié)來講，也可以通過模型信息的更改了解優(yōu)化質(zhì)量，降低設(shè)計方案更改次數(shù)，有效保證設(shè)計過程中的經(jīng)濟效益。通常情況下在設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)該充分考慮可能成為施工阻礙的相關(guān)因素，并在設(shè)計工作中盡可能規(guī)避，而BIM 技術(shù)的使用則可以運用數(shù)據(jù)模型的搭建，幫助設(shè)計人員加大對施工過程的了解，進而確保設(shè)計方案可以達到工程進度與質(zhì)量的需要。在三維模型搭建的幫助下，設(shè)計人員可以更加明確管線分布狀況，并提前對其進行調(diào)整和規(guī)劃，確保管線部分在后續(xù)施工中的精致度以及安全性。

3.2 數(shù)字化模型建立

通常情況下，設(shè)計單位在設(shè)計管理過程中，設(shè)計圖紙是管理重點。究其原因，主要是設(shè)計圖紙的合理與否，關(guān)系到整個工程的質(zhì)量。為此，設(shè)計人員在圖紙設(shè)計完成后，可將設(shè)計圖紙錄入到BIM 軟件之中，由軟件自動生成有關(guān)建筑工程的數(shù)字化模型。相較于二維設(shè)計圖紙，這種三維模型可以幫助設(shè)計人員更加直觀發(fā)現(xiàn)和找出設(shè)計圖紙中存在的問題。此外，綠色建筑的重點是在于降低資源使用，最大限度地達到環(huán)保的效果。因此在后續(xù)設(shè)計工作中，設(shè)計人員需要加大對周圍因素的思考，而BIM 技術(shù)的運用則可以利用軟件的支持建立三維立體模型，且模型的搭建與實際效果所差無幾，仿真效果較強，可以幫助設(shè)計人員從多角度了解設(shè)計過程中的難點以及最終效果，進而為后續(xù)的結(jié)構(gòu)規(guī)劃創(chuàng)造條件，降低人工設(shè)計圖紙工作中的誤差，從而保障工程設(shè)計的合理性。

3.3 設(shè)計過程中的應(yīng)用對策

此過程是綠色建筑設(shè)計過程中最為重要的一個環(huán)節(jié)，需要工作人員在此環(huán)節(jié)充分考慮地形等綜合因素，并在細(xì)節(jié)中加大節(jié)能資源以及自然能源的運用。因此在具體工作中，技術(shù)人員必須要從以下幾個方面加大對BIM 技術(shù)的使用：一方面，要求工作人員需要運用BIM 技術(shù)軟件的使用營造一個真實的模型情況，包括通風(fēng)、光照情況以及方向等，進而將其作為重要數(shù)據(jù)，使設(shè)計圖紙和方案能夠達到《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》的具體要求。另一方面，對于建筑物設(shè)計來講，最為常見的節(jié)能措施便是加大自然光源的使用，并配合節(jié)能燈的添加，降低其他光源的設(shè)置。良好的采光情況不僅可以達到居住人民對舒適度的需要，還可以降低設(shè)備消耗。因此在具體設(shè)計環(huán)節(jié)中，技術(shù)人員需要將自然光照情況作為數(shù)據(jù)，傳輸至軟件中并進行模型搭建。一般情況下，房間長度越小，采光的質(zhì)量越高，自然光源的使用效率也更好。

綠色智能建筑由多個部分組成，其中線路的敷設(shè)也是非常重要的環(huán)節(jié)。隨著人們生活質(zhì)量的提高，機電設(shè)備的使用量也不斷增加，因此需要在日常的工作中加大對線路敷設(shè)難度的控制，進而確保機電管理工作的質(zhì)量。所以設(shè)計人員需要配合BIM 技術(shù)的使用對管線設(shè)計情況進行全面的分析與研究，進而設(shè)計出最為合理，不會使鉆孔情況影響整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量的方案。

4、BIM 技術(shù)在智能建筑建設(shè)中的運用實例

某工程位于某地區(qū)，建筑規(guī)模約為2 萬m，其中，地上建筑面積為1.5 萬m，地下建筑面積為5000 m，建筑被分為三個區(qū)域，分別為A 區(qū)域、B 區(qū)域和C 區(qū)域。該項目位于丘陵地帶，地勢高低起伏，靠山近水。建筑對舒適程度、功能、外觀提出了非常高的要求。

4.1 可持續(xù)設(shè)計理念

在該建筑設(shè)計過程中，為因地制宜，充分發(fā)揮建筑群的優(yōu)勢，在設(shè)計過程中，融入了以下理念：第一，建筑與自然融合的理念。將以人為本和方便實用為原則，創(chuàng)設(shè)生態(tài)景觀和智能環(huán)保兼具的現(xiàn)代建筑群。第二，布局與自然環(huán)境相吻合?；趫龅貎?yōu)勢，與周邊環(huán)境相互滲透，通過對各種功能入口的合理安排，使人車分流問題被有效解決，以此來規(guī)避對自然環(huán)境的影響。第三，多層次設(shè)計理念。通過對步行道的合理設(shè)計，使建筑內(nèi)部各空間被有效銜接，同時，利用屋頂空間，營造空間景觀效果。

4.2 建筑體型設(shè)計

結(jié)合上文可知，在新時代的發(fā)展背景下，人們對綠色建筑外形的需求在逐漸提升，除單一的方形體外，還要求建筑外形具有實用和美觀的特點，甚至希望建筑成為標(biāo)志的一種，以此來象征某些精神。北京鳥巢、水立方就是其中的典型代表，以本工程為例，該工程設(shè)計單位，在設(shè)計過程中，為充分體現(xiàn)可持續(xù)設(shè)計理念，對Revit 軟件進行了利用，該軟件具有自適應(yīng)功能，這個功能本質(zhì)上就屬于參數(shù)化設(shè)計功能。功能原理如下：以自適應(yīng)族為基準(zhǔn)，將多個點作為依據(jù)，對構(gòu)件進行定位和建模，并完成其它構(gòu)件族的載入。將順序作為依據(jù)，對目標(biāo)點進行拾取后，即可使原來的指定點與目標(biāo)點一一對應(yīng)，同時形體會對新的幾何構(gòu)件進行適應(yīng)。在部分參數(shù)的控制基礎(chǔ)上，自適族可以做出體量或表皮效果，且具有規(guī)律性的特點。在需要時，還可以使參數(shù)變化相疊加，最終獲得復(fù)雜的結(jié)果。依托于參數(shù)描述形體，高效率完成模型構(gòu)建，并在修改模型可變參數(shù)的同時，使不變參數(shù)保持不變，確保信息的協(xié)調(diào)性，是參數(shù)化設(shè)計的主要優(yōu)勢，故相較于傳統(tǒng)設(shè)計方式，借助BIM 技術(shù)進行建筑體型設(shè)計，工作效率更為顯著。

可視化設(shè)計可以對變換觀察角度進行切換，室內(nèi)外均可以作為觀察點，并且在觀察方式上也十分多樣，一點透視和鳥瞰全圖均可。有助于設(shè)計人員更好的把握建筑整體效果。此外，這種模型還能為設(shè)計人員局部觀察創(chuàng)造有利的條件，便于設(shè)計人員設(shè)計或調(diào)整方案細(xì)節(jié)。具體步驟如下：

首先，利用BIM 軟件構(gòu)建了模型，主要對象分別為建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通和室內(nèi)裝修。然后，將三維設(shè)計流程管理作為依據(jù)，完成以下方面的內(nèi)容：工作分工、合作、建立專業(yè)模型、連接模型、碰撞測試、對碰撞位置進行調(diào)整、集成數(shù)據(jù)-完成模型構(gòu)建。該模型的構(gòu)建可以為分析生態(tài)建筑和分析聲音環(huán)境奠定堅實的基礎(chǔ)，并且，分析結(jié)果能夠為建筑模型提供幫助，二者相輔相成，直到設(shè)計圖紙完成。

4.3 總平面布局

在建筑設(shè)計階段，設(shè)計人員需要對場地環(huán)境進行調(diào)研，針對建筑總平面布局，需要借助BIM 技術(shù)場地分析數(shù)據(jù)進行設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上模擬日照和通風(fēng)情況，科學(xué)合理設(shè)計建筑朝向和建筑之間的距離，以達成建筑總體布局的目的。總平面布局設(shè)計路線如圖1所示。

圖1 影響建筑總平面布局的因素

在查閱資料后得知，影響建筑朝向的因素相對較多，主要幾種為地理環(huán)境、場地條件和氣候特征，而氣候要素包括熱輻射、日照和通風(fēng)條件等，想要達成節(jié)能的目的，做好建筑朝向的選擇尤為關(guān)鍵。設(shè)計單位可以借助BIM技術(shù)，對工程所在地的氣候條件進行分析，并根據(jù)氣候數(shù)據(jù)，比如：日照時長、通風(fēng)條件和熱輻射等因素，對建筑朝向予以設(shè)計。

以日照分析為例，日照情況會隨著建筑物朝向的不同而受到影響，而利用技術(shù)的使用則可以對光線狀況加大分析。因此為了能夠增強房屋朝向的科學(xué)規(guī)劃，建筑工程應(yīng)該結(jié)合區(qū)域位置的不同對全年光照情況進行分析。

在分析時，可以對日軌圖進行運用，究其原因，主要是日軌圖可以對建筑朝向和日照之間的關(guān)系加以反映。此外，設(shè)計師還可以將分析結(jié)果作為依據(jù)，思考利用太陽能的方法，在此基礎(chǔ)上做好太陽能主動和被動設(shè)計，從而使綠色節(jié)能的目標(biāo)達成。

此外，在設(shè)計過程中，還要重視建筑噪聲環(huán)境的優(yōu)化。究其原因，主要是該基地位于國道附近，在設(shè)計階段，需要將噪音作為重點考慮對象。其中，噪音來源主要包括車行噪音、停車場汽車啟動噪音以及設(shè)備噪音。設(shè)計單位人員利用BIM 技術(shù)制作了噪音分布圖，并將其作為依據(jù)，對房間功能布局進行優(yōu)化調(diào)整，最終取得了良好的效果。比如：在嘈雜的區(qū)域安排健身房設(shè)備，將宴會和會議室安排在安靜的區(qū)域等。

4.4 數(shù)據(jù)分析與環(huán)境研究

BIM 技術(shù)的使用可以建立數(shù)據(jù)資料庫，而以上資料運用和整理會為后續(xù)施工以及方案設(shè)計更改提供很大的支持。這主要是因為在施工過程中必須要時刻運用數(shù)據(jù)的研究與分析才能夠進行，而運用BIM 技術(shù)的使用則可以降低方案調(diào)整的難度。

室內(nèi)環(huán)境的設(shè)計與建設(shè)對于綠色智能建筑來講非常重要，會直接影響居民的舒適度，究其原因，主要是綠色智能建筑相較于普通建筑而言，對建筑的節(jié)能和智能化要求更高，不僅可以滿足可持續(xù)發(fā)展的要求，還能通過智能化和綠色理念的融入，實現(xiàn)人、資源和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。其設(shè)計重點主要包括優(yōu)化能源系統(tǒng)，實現(xiàn)對新能源和綠色能源的有效利用。比如：供水設(shè)施應(yīng)具備較強的節(jié)水效果，通過合理的設(shè)計和智能化技術(shù)，收集和利用排水和雨水，其中，景觀工程不能使用自來水。此外，還要合理設(shè)計景觀工程、空氣系統(tǒng)、光環(huán)境、熱環(huán)境和綠化系統(tǒng)。只有上述幾大系統(tǒng)均能完備，方能走出單純的智能化或綠色瓶頸。建議設(shè)計單位在設(shè)計之前，必須要考慮技術(shù)的應(yīng)用效果，盡可能的提升設(shè)計方案的質(zhì)量，并對設(shè)計環(huán)節(jié)加以把控，對不符合實際情況的因素進行參數(shù)調(diào)整，以此達到節(jié)能環(huán)保的需求。在具體工作中可以從以下方面入手：噪聲控制、光源狀況、通風(fēng)情況等。在BIM 軟件中，有專門的模塊進行室內(nèi)外通風(fēng)情況的模擬，在模擬過程中設(shè)計人員應(yīng)該先將溫度系數(shù)傳輸至系統(tǒng)中，進而更加全面地了解通風(fēng)結(jié)構(gòu)，以此降低空調(diào)、電風(fēng)扇等設(shè)備的運用。而在日照采光應(yīng)用中，人們通常會運用人工燈源設(shè)置的形式進行設(shè)計，而綠色建筑設(shè)計則需要規(guī)避這種情況，科學(xué)地將室外自然光引入到室內(nèi)中，以此彌補室內(nèi)光照不足的狀況。

日照情況會隨著建筑物朝向的不同而受到影響，而利用技術(shù)的使用則可以對光線狀況加大分析。因此為了能夠增強房屋朝向的科學(xué)規(guī)劃，建筑工程應(yīng)該結(jié)合區(qū)域位置的不同對全年光照情況進行分析。

結(jié)語：

綜上所述，近幾年來。在經(jīng)濟社會發(fā)展的背景下，建筑行業(yè)也在不斷貼合環(huán)保的需要，在建筑舒適性以及安全性方面加大了技術(shù)研究和投入。而綠色智能建筑的設(shè)計與傳統(tǒng)的建筑形式相比，會更加傾向環(huán)保性能，將人與建筑物以及自然之間的聯(lián)系作為出發(fā)點，有效地提升建筑物整體水平。在此過程中BIM 模型的建立有利于對方案進行模擬，進而在降低資源浪費的同時，提升布局規(guī)劃的科學(xué)性與合理性，以此為建筑行業(yè)技術(shù)應(yīng)用起到助推作用。