基于BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用與分析

王 湘 三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1 前言

目前，建筑行業(yè)發(fā)展面臨亟須解決的問題是能源消耗和環(huán)境污染，在資源能源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略下，綠色建筑的新型發(fā)展模式應(yīng)運(yùn)而生。最大限度的實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，生態(tài)環(huán)境保護(hù)，創(chuàng)建友好型社會(huì)的建筑發(fā)展模式，已成為當(dāng)今建筑行業(yè)發(fā)展的重要方向。在綠色建筑不斷的發(fā)展過程中，信息化技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用，為其快速發(fā)展提供了有效保障。BIM技術(shù)作為建筑行業(yè)的新型技術(shù)和理念，為綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展提供了理論數(shù)據(jù)和科學(xué)技術(shù)的支持，使得綠色建筑可以高效進(jìn)行全生命周期的信息化管理，在其設(shè)計(jì)階段的運(yùn)用技術(shù)更為凸顯，高效科學(xué)的為綠色建筑提供合理有效的全系統(tǒng)方案。

2 綠色建筑概念及特點(diǎn)

綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，能與自然和諧共生的建筑[1]。通過綠色建筑與傳統(tǒng)建筑的設(shè)計(jì)理念相對(duì)比，可以明顯發(fā)現(xiàn)，綠色建筑著力于向高效節(jié)能，順應(yīng)和保護(hù)自然環(huán)境的友好方向發(fā)展，它是一種尊重自然生態(tài)系統(tǒng)，本著和諧共生，健康經(jīng)濟(jì)，可持續(xù)發(fā)展為理念的新型建筑模式，并具有以下突出特點(diǎn)。

2.1 建筑能耗低

綠色建筑通過先進(jìn)的綠色技術(shù)，充分利用周圍的自然資源，加強(qiáng)對(duì)太陽能、風(fēng)能以及水資源等的利用率。在獲得自然采光、通風(fēng)以及用水的同時(shí)，還要盡可能實(shí)現(xiàn)資源的再生利用，以此減少建造過程中的相關(guān)能耗。同時(shí)，還可以為使用者創(chuàng)造一個(gè)自然、舒適、溫馨的空間環(huán)境。

2.2 建筑材料天然環(huán)保

綠色建筑在用材上講究因地制宜，通過就地取材或者選擇能夠在生產(chǎn)中、建造中及拆除后都對(duì)環(huán)境影響較小的環(huán)保型材料，再或者是回收利用率高的材料，以此減少對(duì)自然環(huán)境的傷害。目標(biāo)是能夠最大限度地降低自然能耗，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染，同時(shí)還可以為人們提供一個(gè)健康的使用空間。

2.3 符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略

綠色建筑無論是設(shè)計(jì)還是施工，都要尊重地方地域特色，做到與自然和諧統(tǒng)一的極大化，在滿足建筑外部環(huán)境與內(nèi)部環(huán)境相協(xié)調(diào)的同時(shí)，更注重生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。綠色建筑在整個(gè)生命周期，都注重建筑的環(huán)保節(jié)能，對(duì)促進(jìn)節(jié)約型社會(huì)和生態(tài)文明的構(gòu)建具有重要意義。生態(tài)，社會(huì)，經(jīng)濟(jì)的共同可持續(xù)發(fā)展是我國(guó)今后的發(fā)展趨勢(shì)，建筑業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主要支柱產(chǎn)業(yè)，綠色建筑的發(fā)展是可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。

3 綠色建筑的設(shè)計(jì)原則

綠色建筑在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮對(duì)周邊自然生態(tài)環(huán)境的影響，協(xié)調(diào)好經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)，以及建筑物、人與自然環(huán)境之間的關(guān)系。綠色建筑的設(shè)計(jì)在滿足人們對(duì)居住環(huán)境舒適、安全等要求的同時(shí)，還要綜合考慮地域環(huán)境、人文特色等元素，并且將與自然和諧共生的理念貫穿于建筑物的整個(gè)生命周期。因此，綠色建筑在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮地域性、自然性、高效節(jié)能性、健康性、經(jīng)濟(jì)性等原則，以設(shè)計(jì)出符合綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)和要求的建筑。

3.1 地域性原則

綠色建筑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分分析當(dāng)?shù)氐牡乩須夂?、自然資源、人文特色，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕ㄖO(shè)計(jì)原則和綠色評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，因地制宜地選擇合適的設(shè)計(jì)思路。并要充分的應(yīng)對(duì)當(dāng)?shù)刭Y源與環(huán)境，建設(shè)與運(yùn)行等一系列問題，選擇適宜的建筑方案、建造技術(shù)和方法等，在滿足綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，還賦予了建筑物地域性特點(diǎn)。

3.2 自然性原則

該原則主要考慮的是建筑外部環(huán)境與內(nèi)部環(huán)境的相協(xié)調(diào)。在建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)等過程中盡量保護(hù)原有的生態(tài)系統(tǒng)，減少和避免對(duì)周圍生態(tài)系統(tǒng)的破壞，并且充分利用生態(tài)自然資源，提高資源再利用率，做到將建筑與自然充分的融合。

3.3 高效節(jié)能原則

綠色建筑設(shè)計(jì)應(yīng)秉持資源和能源在建筑全生命周期中的高效利用。不僅在建筑物的外觀、平面布局設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合日照、通風(fēng)和水等自然資源的合理充分利用，還在建筑物的用材和設(shè)備等設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用可再生循環(huán)、新型節(jié)能材料和高效的建筑設(shè)備等，以便降低資源和能源浪費(fèi)，減少建筑垃圾的排放，降低對(duì)環(huán)境的干擾，以此保護(hù)環(huán)境[3]。

3.4 健康性原則

綠色建筑設(shè)計(jì)還應(yīng)注重對(duì)現(xiàn)代人們居住、工作環(huán)境健康性和舒適度的提高。綜合考慮建筑室外環(huán)境和室內(nèi)環(huán)境的相融合，從而合理調(diào)控，設(shè)計(jì)出滿足人們身心健康的空間場(chǎng)所和環(huán)境氛圍。

3.5 經(jīng)濟(jì)性原則

綠色建筑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)基于對(duì)建筑物全生命周期的綜合成本進(jìn)行考慮。在滿足安全舒適、與環(huán)境相協(xié)調(diào)的同時(shí)，根據(jù)經(jīng)濟(jì)條件和要求，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，最終提出有利于成本控制的最佳設(shè)計(jì)方案。在被動(dòng)式設(shè)計(jì)優(yōu)先采用的前提下，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)與被動(dòng)設(shè)計(jì)的相互協(xié)同應(yīng)用，促使項(xiàng)目綜合效益最大化。

3.6 系統(tǒng)協(xié)同性原則

綠色建筑的設(shè)計(jì)是多學(xué)科交叉，多層次協(xié)作，多部門配合完成的，涉及眾多相關(guān)主體，是硬科學(xué)與軟科學(xué)共同支撐的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程。同時(shí)，建筑要與外界的生態(tài)環(huán)境相融合，使其具有系統(tǒng)的特征和功能。構(gòu)成系統(tǒng)的相關(guān)要素、協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)建筑的高效、可持續(xù)、最優(yōu)化地實(shí)施和運(yùn)營(yíng)。

4 綠色建筑設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的區(qū)別

4.1 設(shè)計(jì)理念

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念較單一，著重偏向技術(shù)。綠色建筑設(shè)計(jì)理念則是將經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和質(zhì)量等因素統(tǒng)籌考慮，并且重視建筑與環(huán)境的和諧統(tǒng)一，節(jié)能減排的可持續(xù)性，以及建筑全過程的綠色節(jié)能環(huán)保。

4.2 設(shè)計(jì)方式

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是基于業(yè)主要求，根據(jù)相關(guān)規(guī)范依據(jù)，結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用而成的。但綠色建筑設(shè)計(jì)是基于設(shè)計(jì)原則，還要協(xié)同綠建、景觀、環(huán)境等方面技術(shù)人員綜合考慮而開展設(shè)計(jì)工作的。

4.3 設(shè)計(jì)范疇

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)只限于方案設(shè)計(jì)，初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)，根據(jù)各階段所需進(jìn)行設(shè)計(jì)。但綠色建筑設(shè)計(jì)除常規(guī)設(shè)計(jì)外，還要從用戶需求到設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)及施工階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工藝性修改以及試運(yùn)轉(zhuǎn)和使用維修經(jīng)驗(yàn)的反饋等諸多環(huán)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)籌安排，是綜合考慮建筑的全生命周期而進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

5 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

BIM 技術(shù)可以將建筑項(xiàng)目各階段所有的相關(guān)信息進(jìn)行整合，從而建立三維信息化模型的一項(xiàng)數(shù)字化技術(shù)，并且可以貫穿應(yīng)用于建筑工程的全生命周期。具體包括以下主要特點(diǎn)。

5.1 可視化操作

BIM技術(shù)不僅能做到設(shè)計(jì)可視化，還能實(shí)現(xiàn)碰撞檢查，施工和設(shè)備運(yùn)行的可視化。以此實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)階段的“所想即所得”，突破了二維圖紙的限制；通過模擬施工，可以確定最優(yōu)施工方案，有利于施工的順利開展和技術(shù)交底；對(duì)設(shè)備管道展開模擬布局，充分利用空間，達(dá)到合理使用要求。BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段的運(yùn)用，避免了二維圖紙各專業(yè)間碰撞檢查時(shí)容易遺漏出錯(cuò)，耗時(shí)耗力等問題，使其可以直觀且高效便捷地開展碰撞檢查。

5.2 信息共享性

基于BIM技術(shù)平臺(tái)，各專業(yè)間可以及時(shí)實(shí)現(xiàn)建筑工程各項(xiàng)數(shù)據(jù)的共享和互用，充分保證了數(shù)據(jù)信息在傳輸和變更后的一致性，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的實(shí)時(shí)智能關(guān)聯(lián)性，確保建筑工程各項(xiàng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確應(yīng)用。

5.3 協(xié)同設(shè)計(jì)

由于設(shè)計(jì)階段是綜合各專業(yè)技術(shù)人員共同設(shè)計(jì)的一個(gè)復(fù)雜階段，利用BIM 技術(shù)平臺(tái)，各專業(yè)之間可以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的可視化傳遞，可確保高效完成合理的設(shè)計(jì)方案。

6 BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

目前，隨著信息化科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，也引領(lǐng)著建筑業(yè)的不斷革新，BIM技術(shù)由于自身強(qiáng)大的信息化集成優(yōu)勢(shì)，在建筑業(yè)領(lǐng)域作為先進(jìn)的技術(shù)手段，勢(shì)必會(huì)在綠色建筑的發(fā)展過程中大顯身手。根據(jù)BIM技術(shù)的突出特點(diǎn)，通過BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)BIM技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)。

6.1 協(xié)同設(shè)計(jì)時(shí)的高效溝通

綠色建筑是一個(gè)多學(xué)科綜合交叉的設(shè)計(jì)過程。綠色建筑在設(shè)計(jì)過程中，需要業(yè)主、建筑師、綠建咨詢師、結(jié)構(gòu)師、暖通工程師、給水工程師、室內(nèi)設(shè)計(jì)師、景觀工程師等各專業(yè)的參與和及時(shí)溝通。由于其設(shè)計(jì)是一個(gè)龐大而繁雜的階段，若利用傳統(tǒng)的二維圖紙進(jìn)行相互交流協(xié)作，會(huì)導(dǎo)致工作效率低以及錯(cuò)誤頻發(fā)。利用BIM技術(shù)，各參與人員基于同一個(gè)平臺(tái)，不僅可以通過信息共享，碰撞檢查，從而及時(shí)高效的溝通，提高工作效率，并可以利用可視化特點(diǎn)，進(jìn)行直觀的相互交流，以此根據(jù)統(tǒng)一的綠色節(jié)能設(shè)計(jì)理念，便捷完成相關(guān)設(shè)計(jì)方案的確定。利用BIM技術(shù)，還使各個(gè)參與方可以實(shí)時(shí)了解項(xiàng)目動(dòng)態(tài)，促進(jìn)綠色建筑項(xiàng)目的良好完成。

6.2 方案對(duì)比時(shí)的便捷性

又由于綠色建筑設(shè)計(jì)要綜合考慮周邊自然生態(tài)環(huán)境，所以在設(shè)計(jì)前期，建筑設(shè)計(jì)師可以對(duì)場(chǎng)地環(huán)境，氣候條件等分析模擬，直觀便捷地進(jìn)行方案對(duì)比，并且不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效提出科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)綠色建筑的設(shè)計(jì)原則要求。

在常規(guī)的方案對(duì)比時(shí)，需要專業(yè)的技術(shù)人員利用不同的功能軟件進(jìn)行分析模擬，當(dāng)涉及方案修改時(shí)，不僅會(huì)增加相關(guān)人員的工作量，從而降低工作效率，還會(huì)容易出現(xiàn)由于數(shù)據(jù)傳遞不及時(shí)或有誤，造成不必要的工作返工，浪費(fèi)時(shí)間和設(shè)計(jì)人員的體力。而利用BIM技術(shù)，可以有效解決該問題。在初步建模階段，由于各個(gè)參與方提前進(jìn)行技術(shù)交底和設(shè)計(jì)交流，基于BIM技術(shù)平臺(tái)的使用，可直接將幾何信息、構(gòu)件屬性、材料屬性等信息賦予相關(guān)建筑模型，所以利用信息共享性可以提高建筑物各性能的模擬效率，也降低了在更改設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)出錯(cuò)的概率。BIM 技術(shù)的運(yùn)用，對(duì)方案的設(shè)計(jì)和對(duì)比選擇提供了便捷服務(wù)。

6.3 全生命周期管理的信息化

綠色建筑有別于傳統(tǒng)建筑，它更注重建筑物的全生命周期?；贐IM技術(shù)的應(yīng)用，可以對(duì)建筑物進(jìn)行全生命周期的信息化管理，因此設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合全過程有關(guān)數(shù)據(jù)開展科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)階段就統(tǒng)籌考慮建造過程的各項(xiàng)問題，并利用相關(guān)數(shù)據(jù)，以此達(dá)到綠色建筑的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

BIM技術(shù)具有信息完備性的特點(diǎn)，基于技術(shù)平臺(tái)建立的信息化模型包含了該建筑工程全生命周期中所有信息，并且保證了信息的準(zhǔn)確性和共享性。有效解決了綠色建筑在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的信息冗繁，信息傳遞率低等問題。BIM 模型承載著綠色建筑設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，施工要求的材料、設(shè)備系統(tǒng)和建筑材料的屬性、設(shè)備系統(tǒng)的廠家等信息。完整的信息傳遞到運(yùn)營(yíng)階段，使業(yè)主可以更全面地了解項(xiàng)目，從而進(jìn)行科學(xué)節(jié)能的運(yùn)營(yíng)管理。

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

綠色建筑設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程相似，區(qū)別是綠色建筑設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮建筑物與周邊環(huán)境之間的相互影響。并且綠色建筑的整個(gè)設(shè)計(jì)階段涉及的專業(yè)參與人員較多，除了建筑、結(jié)構(gòu)、電氣、設(shè)備等技術(shù)人員外，還有景觀、環(huán)境綠建咨詢等專業(yè)人員。每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都要融入綠色設(shè)計(jì)理念，這樣才能高標(biāo)準(zhǔn)地完成科學(xué)合理的設(shè)計(jì)任務(wù)。BIM 技術(shù)綠色建筑各設(shè)計(jì)階段中應(yīng)用的具體概述如下。

7.1 設(shè)計(jì)前期

在綠色建筑設(shè)計(jì)前期階段，根據(jù)建筑項(xiàng)目的場(chǎng)地地形，環(huán)境氣候等自然因素結(jié)合利用BIM技術(shù)進(jìn)行建模，這樣可以快速且科學(xué)的得出分析結(jié)果。根據(jù)結(jié)果，幫助設(shè)計(jì)人員充分了解建設(shè)項(xiàng)目的自然環(huán)境，使設(shè)計(jì)人員對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行合理科學(xué)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，并為后續(xù)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

7.2 方案階段

在綠色建筑的方案設(shè)計(jì)階段，綠色建筑應(yīng)用BIM技術(shù)的參數(shù)化、可視化特點(diǎn)進(jìn)行日照、通風(fēng)等三維構(gòu)建和模擬，便捷準(zhǔn)確地分析建筑性能。設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑的體型、總平面布局進(jìn)行被動(dòng)式設(shè)計(jì)，科學(xué)便捷地選出最優(yōu)方案。這是綠色建筑達(dá)到“四節(jié)一環(huán)?！蹦繕?biāo)的必要手段，也可讓設(shè)計(jì)師真正實(shí)現(xiàn)“邊設(shè)計(jì)，邊模擬”。

7.3 初步設(shè)計(jì)階段

在綠色建筑初步設(shè)計(jì)階段，主要任務(wù)是利用BIM技術(shù)平臺(tái)，協(xié)同設(shè)計(jì)建筑、結(jié)構(gòu)和設(shè)備電氣等各個(gè)專業(yè)，對(duì)最優(yōu)設(shè)計(jì)方案展開深化設(shè)計(jì)，并深入模擬和優(yōu)化，以便達(dá)到綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的基本要求。

7.4 施工圖設(shè)計(jì)階段

在綠色建筑施工圖設(shè)計(jì)階段，應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行可視化管線排布，并進(jìn)行碰撞檢查，這樣能有效避免施工時(shí)的管線碰撞，提高了工程效率。BIM模型的信息化集成與便捷精確的操作，可以開展施工方案的動(dòng)畫模擬和施工成本的預(yù)測(cè)，有助于各專業(yè)設(shè)計(jì)人員高效推進(jìn)后期施工。從綠色建筑的設(shè)計(jì)理念角度來看，可為綠色施工做出了良好的指導(dǎo)性作用。

8 結(jié)束語

總體而言，BIM 技術(shù)是一項(xiàng)綜合集成技術(shù)，可涉及建筑建造的各個(gè)過程，利用可視化、信息化、仿真化等信息技術(shù)，對(duì)建筑的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行全面分析模擬，實(shí)現(xiàn)了建筑在設(shè)計(jì)階段的綠色化，提高了建筑建造的各項(xiàng)資源的利用率，達(dá)到了節(jié)能減排的效果。而綠色建筑是未來實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與自然生態(tài)環(huán)境共同可持續(xù)發(fā)展，滿足建筑、人與自然和諧共存的科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略。綠色建筑設(shè)計(jì)與BIM技術(shù)的相結(jié)合，使各個(gè)專業(yè)間配合度高，不僅可以高效完成相關(guān)設(shè)計(jì)工作，還可以保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高。在減少設(shè)計(jì)成本的同時(shí)，又可以規(guī)避一些風(fēng)險(xiǎn)，合理解決了各專業(yè)之間的矛盾。BIM 技術(shù)的應(yīng)用還促使了綠色建筑設(shè)計(jì)理念和目標(biāo)在建筑全生命周期的實(shí)現(xiàn)，使綠色建筑更好地達(dá)到自然，建筑與人三者之間的和諧統(tǒng)一。