BIM技術(shù)在綠色智能建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

范文慧 鄭州市鄭東新區(qū)建設(shè)開發(fā)投資有限公司工程師

綠色智能建筑作為建筑領(lǐng)域貫徹和落實(shí)綠色發(fā)展理念的重要體現(xiàn)，是推動(dòng)我國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的重要發(fā)展方向。相較于綠色建筑而言，綠色智能建筑更多地融入了人在建筑空間內(nèi)活動(dòng)時(shí)的個(gè)性化體驗(yàn)，通過智能化的設(shè)計(jì)來改善建筑物與人的關(guān)系，使人與建筑更好地融合。對于設(shè)計(jì)師來說，在初步掌握綠色建筑設(shè)計(jì)技術(shù)的基礎(chǔ)上，如何快速把握和適應(yīng)綠色智能建筑設(shè)計(jì)的要求，是在建設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)踐中需要重點(diǎn)思考和探索的問題。而建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)作為一種功能強(qiáng)、效果好的建筑設(shè)計(jì)技術(shù)，是設(shè)計(jì)師進(jìn)行綠色智能建筑設(shè)計(jì)嘗試和創(chuàng)新的重要工具與手段。

1 BIM 技術(shù)與綠色智能建筑概述

BIM 技術(shù)和綠色智能建筑均屬于建筑領(lǐng)域的新內(nèi)容。設(shè)計(jì)師要科學(xué)把握這兩項(xiàng)內(nèi)容的基本概念，才能更好地結(jié)合綠色智能建筑設(shè)計(jì)的需要，進(jìn)行BIM 技術(shù)的科學(xué)、靈活運(yùn)用[1]。

1.1 BIM 技術(shù)概述

BIM 技術(shù)是由美國Autodesk 公司于2002 年提出的一種適用于建筑學(xué)、工程學(xué)以及土木工程領(lǐng)域的實(shí)踐性應(yīng)用技術(shù)。該技術(shù)通過參數(shù)模型整合出項(xiàng)目的各種相關(guān)信息，并在項(xiàng)目策劃、建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期中進(jìn)行共享和傳遞，使工程技術(shù)人員可以對各種建筑信息做出正確的理解和科學(xué)的處理，為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)及建筑運(yùn)營單位等主體提供工作協(xié)同的方案與技術(shù)基礎(chǔ)。

作為一種數(shù)據(jù)化工具，BIM 技術(shù)的特點(diǎn)可以歸納為可視化、信息完備性以及信息交互性。其中，可視化是指BIM 技術(shù)具有三維立體設(shè)計(jì)的功能，可以為設(shè)計(jì)師等人員提供可視化較強(qiáng)的技術(shù)支持，使建筑設(shè)計(jì)的立體感更強(qiáng)。信息完備性是指BIM 技術(shù)既可以提供抽象的建筑信息，將建筑各部門間的關(guān)系以形象化的方式表現(xiàn)出來，又可以提供具體的建筑信息，使設(shè)計(jì)方案涉及的具體信息能夠以具體的量化數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。信息交互性是指BIM 技術(shù)以軟件作為技術(shù)平臺(tái)發(fā)揮作用，通過軟件既可以進(jìn)行獨(dú)立的建筑設(shè)計(jì)，又可以將設(shè)計(jì)的相關(guān)信息以及設(shè)計(jì)的圖紙等以網(wǎng)絡(luò)的方式實(shí)現(xiàn)信息共享、交流、討論、優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)師之間、設(shè)計(jì)師與施工人員之間、設(shè)計(jì)師與業(yè)主之間信息的實(shí)時(shí)交互。正是因?yàn)锽IM 技術(shù)具有上述特點(diǎn)，所以越來越多的設(shè)計(jì)師傾向于將其引入綠色智能建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐中。

1.2 綠色智能建筑概述

綠色智能建筑是綠色建筑與智能建筑相結(jié)合的新型建筑類型。所謂的綠色建筑是指在盡可能地為人們的日常生產(chǎn)生活提供健康環(huán)境的同時(shí)，最大限度地減少建筑建設(shè)和使用活動(dòng)給生態(tài)環(huán)境造成的破壞與污染，進(jìn)而形成人與自然和諧共生的建筑現(xiàn)象[2]。而智能建筑則是結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和社會(huì)需求，將建筑的系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)以及管理進(jìn)行組合，從而形成一種方便快捷、節(jié)能高效的建筑使用方式和體驗(yàn)效果。從現(xiàn)實(shí)的角度看，綠色建筑解決的是建筑與人、建筑與自然的關(guān)系，而智能建筑解決的是建筑與人的關(guān)系。

目前雖然并沒有對綠色智能建筑進(jìn)行明確的概念界定，但根據(jù)定義，將綠色智能建筑理解為在保證建筑符合節(jié)能環(huán)保特點(diǎn)的同時(shí)，使建筑具備一定智能化操控能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)操作的簡單化和便捷化[3]。

2 綠色智能建筑的設(shè)計(jì)理念和要求

綠色智能建筑雖然是近年來才提出的新型設(shè)計(jì)和建設(shè)內(nèi)容，其在設(shè)計(jì)方面也更多地保持了綠色建筑的相關(guān)要求和方式，但是在實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)方面也有一定的新思想、新方法以及新標(biāo)準(zhǔn)[4]。因此，下面分別從建筑設(shè)計(jì)的理念和要求兩個(gè)方面對綠色智能建筑的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行介紹。

2.1 綠色智能建筑的設(shè)計(jì)理念

綠色智能建筑在環(huán)保節(jié)約和智能化操控方面的特點(diǎn)，使得其在實(shí)際的設(shè)計(jì)規(guī)劃和空間結(jié)構(gòu)布局方面面臨著更新的理念指導(dǎo)[5]。綜合來看，綠色智能建筑設(shè)計(jì)的理念主要有節(jié)能、環(huán)保以及智能3 個(gè)方面。其中，節(jié)能是指綠色智能建筑的設(shè)計(jì)要根據(jù)地區(qū)的氣候和環(huán)境狀況，將相關(guān)節(jié)能降耗的措施融入建筑設(shè)計(jì)和施工方案中，使建筑物在能耗方面達(dá)到最低化；環(huán)保是指在綠色智能建筑的設(shè)計(jì)、選擇與施工等全生命周期內(nèi)充分考慮資源的可再生、可降解以及可回收利用等情況，將使用能耗低、污染少的材料作為綠色智能建筑設(shè)計(jì)的重要考慮內(nèi)容；智能是指綠色智能建筑的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)充分考慮人在建筑空間內(nèi)活動(dòng)時(shí)操作的便捷化和高效化，盡可能地降低人在建筑物空間的操作頻率，進(jìn)一步提高建筑的智能化水平[6]。

2.2 綠色智能建筑的設(shè)計(jì)要求

目前，雖然并沒有明確的綠色智能建筑設(shè)計(jì)要求，但是可以參照綠色建筑的設(shè)計(jì)要求，對其進(jìn)行延伸和確定[7]。例如，《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中提出了綠色建筑的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，即健康舒適、安全耐久、生活便利、環(huán)境宜居、資源節(jié)約以及提高創(chuàng)新。據(jù)此，可以將綠色智能建筑的設(shè)計(jì)要求概括為智能化、健康化、舒適化、實(shí)用化、便捷化、節(jié)約化與創(chuàng)新化。對于設(shè)計(jì)師而言，綠色智能建筑設(shè)計(jì)更多是從建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)、建筑節(jié)材以及室內(nèi)環(huán)境等幾個(gè)方面，按照上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行局部性和整體性設(shè)計(jì)，使建筑在遵循節(jié)約、環(huán)保原則的同時(shí)，也能夠?qū)崿F(xiàn)最大程度的智能化[8]。此外，綠色智能建筑的設(shè)計(jì)也要注重可持續(xù)性，既要確保設(shè)計(jì)的內(nèi)容能夠符合當(dāng)前人們的空間體驗(yàn)需求，也能夠?yàn)閷淼目臻g利用方式調(diào)整提供相應(yīng)的空間和余地，使空間設(shè)計(jì)具有相應(yīng)的拓展性和延續(xù)性。

3 BIM 技術(shù)在綠色智能建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

近年來，圍繞BIM 技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用的研究比較多，為其在綠色智能建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用的研究提供了相應(yīng)的理論與實(shí)踐參考。具體到綠色智能建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐中，BIM 技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在場地設(shè)計(jì)、體型設(shè)計(jì)、布局設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)方案模擬4 個(gè)方面。

3.1 在場地設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

場地設(shè)計(jì)是對綠色智能建筑施工場地進(jìn)行的整體性設(shè)計(jì)，是綠色智能建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性內(nèi)容[9]。設(shè)計(jì)師主要借助BIM技術(shù)構(gòu)建相應(yīng)的建筑場地模型，用于模擬演示其空間和位置。一方面，設(shè)計(jì)師需要深入到場地現(xiàn)場，通過各種測量儀器采集場地的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，以形成能夠反映建筑場地現(xiàn)實(shí)情況的數(shù)據(jù)集合。另一方面，設(shè)計(jì)師匯總整理現(xiàn)場測量獲取的數(shù)據(jù)，并將整理后的數(shù)據(jù)作為場地設(shè)計(jì)參數(shù)輸入BIM 軟件中，軟件會(huì)根據(jù)導(dǎo)入的參數(shù)自動(dòng)創(chuàng)建相應(yīng)的場地模型，為設(shè)計(jì)師提供可視化的場地三維效果圖。此外，設(shè)計(jì)師可以通過三維場地圖把握場地的整體情況，了解諸如高程數(shù)據(jù)和坡度數(shù)據(jù)等相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并將其作為場地設(shè)計(jì)的重要信息參考。同時(shí)，設(shè)計(jì)師還會(huì)根據(jù)建筑所處的地理位置和氣候環(huán)境等狀況，提前對建筑的朝向、排污管道鋪設(shè)等進(jìn)行場地內(nèi)設(shè)計(jì)，使場地與所處的自然環(huán)境達(dá)到和諧統(tǒng)一，盡可能多地減少建筑施工和使用對周邊生態(tài)環(huán)境造成的破壞[10]。

3.2 在形體造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

綠色智能建筑除了要講究內(nèi)部的實(shí)用性以外，還要講究外觀的可視化效果。隨著人們建筑審美觀念的改變，建筑形體造型設(shè)計(jì)的重要性也越來越凸顯。在綠色智能建筑形體造型設(shè)計(jì)中，BIM 技術(shù)主要為設(shè)計(jì)師提供了各種造型設(shè)計(jì)方案的可視化效果，使設(shè)計(jì)師可以根據(jù)效果確定相應(yīng)的形體造型。例如，設(shè)計(jì)師可以通過BIM 技術(shù)構(gòu)建綠色智能建筑模型，并借助模型的可視化特性，對模型的構(gòu)造進(jìn)行局部或者整體優(yōu)化，使建筑在形體造型方面更加符合人與自然和諧的理念。此外，設(shè)計(jì)師可以借助BIM 技術(shù)參數(shù)化處理各類數(shù)字信息，并將這些參數(shù)導(dǎo)入各類性能的模擬分析軟件中，依據(jù)建筑的采光、通風(fēng)、耗能以及降噪等情況進(jìn)行生態(tài)化的模擬分析，最終根據(jù)分析結(jié)果確定形體造型設(shè)計(jì)的可行性和效果[11]。

3.3 在建筑布局設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

綠色智能建筑的布局主要包括建筑物布局和室內(nèi)空間布局兩個(gè)方面。針對建筑物空間設(shè)計(jì)的抽象性特點(diǎn)，BIM 技術(shù)為設(shè)計(jì)師提供了相關(guān)的模型，設(shè)計(jì)師可以通過模型對抽象的空間進(jìn)行劃分和局部設(shè)計(jì)，最終以可視化的模型畫面檢查設(shè)計(jì)的實(shí)際效果。在建筑物布局方面，設(shè)計(jì)師可以借助BIM 技術(shù)構(gòu)建的建筑物模型調(diào)整建筑物的朝向與高度等參數(shù)，使建筑物在采光、樓間距、通風(fēng)等方面的效果達(dá)到最佳。同時(shí)，設(shè)計(jì)師會(huì)借助模型對建筑物占有的土地面積進(jìn)行較為精準(zhǔn)的測算，從而確定最佳的建筑物結(jié)構(gòu)布局。在建筑物室內(nèi)空間布局方面，設(shè)計(jì)師可以借助BIM 技術(shù)構(gòu)造相應(yīng)的室內(nèi)設(shè)計(jì)模型，通過模型對室內(nèi)的采光與通風(fēng)等通道進(jìn)行布局和設(shè)計(jì)，使室內(nèi)空間的整體舒適度得到保證。以采光布局為例，設(shè)計(jì)師可以參照《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50033—2013）模擬推測室內(nèi)需要借助人工照明方式進(jìn)行采光的情況，進(jìn)而確定最佳的自然采光位置，使室內(nèi)空間能夠更大程度上獲取自然采光，減少電力耗能。

3.4 在建筑設(shè)計(jì)效果模擬中的應(yīng)用

由于缺乏成熟的綠色智能建筑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)師往往需要在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行多次摸索，才能確定最佳方案。與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式相比，BIM 技術(shù)為設(shè)計(jì)師提供了更為直接的設(shè)計(jì)效果記錄和轉(zhuǎn)化途徑，其不需要將自己的設(shè)計(jì)想法用文字轉(zhuǎn)述出來，而是直接使用技術(shù)軟件將想法轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)方案中的具體內(nèi)容，這種所想即所見、所見即所想的設(shè)計(jì)方式更加契合綠色智能建筑設(shè)計(jì)的需要。在綠色智能建筑設(shè)計(jì)中，通過利用BIM 技術(shù)，設(shè)計(jì)師既可通過調(diào)整局部性參數(shù)來把握設(shè)計(jì)中的某一部分內(nèi)容改變對整體設(shè)計(jì)效果的影響，又可通過同時(shí)調(diào)整多種變量參數(shù)來獲得相對豐富的設(shè)計(jì)效果，并根據(jù)效果對比確定最佳的設(shè)計(jì)方案。

此外，在綠色智能建筑設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師不僅可以通過軟件的可視化功能查看建筑設(shè)計(jì)的舒適性、科學(xué)性情況，還可以從智能化的角度對建筑進(jìn)行實(shí)用性方面的分析，進(jìn)而根據(jù)智能化操作的情況和需要，進(jìn)一步優(yōu)化改良方案，使其更好地契合綠色智能建筑設(shè)計(jì)所要求的節(jié)能、環(huán)保和智能需求。同時(shí)，設(shè)計(jì)師也可以借助BIM 技術(shù)仿真模擬建筑物周邊的風(fēng)力影響和場地的噪聲等情況，以此來確定綠色智能建筑在后期使用過程中可能遇到的環(huán)境問題，將問題在前期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就加以優(yōu)化解決。

除了在綠色智能建筑設(shè)計(jì)方案優(yōu)化方面有應(yīng)用以外，設(shè)計(jì)師在向施工人員、業(yè)主以及其他設(shè)計(jì)師展示建筑設(shè)計(jì)方案時(shí)，也可以借助BIM 技術(shù)動(dòng)態(tài)展示其整體和局部效果，使自己的建筑設(shè)計(jì)方案更好地為他人所理解、采用或者參考。

4 結(jié)語

近年來，隨著建筑行業(yè)節(jié)能環(huán)保要求的持續(xù)提高，人們在建筑物舒適性和體驗(yàn)性等方面的關(guān)注度也普遍提高，開展綠色智能建筑建設(shè)逐漸成為建筑行業(yè)發(fā)展的新方向。與傳統(tǒng)建筑類型以及綠色建筑相比，綠色智能建筑更加注重建筑的節(jié)能性、環(huán)保性以及智能性，要求在建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)盡可能多地從人與建筑、人與自然之間的關(guān)系出發(fā)，打造出和諧、舒適、自然且環(huán)保的建筑物建設(shè)與使用方案。面臨這些新要求和新趨勢，越來越多的設(shè)計(jì)師開始關(guān)注和使用BIM 技術(shù)，將其引入場地設(shè)計(jì)、體型設(shè)計(jì)、布局設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)方案模擬等綠色智能建筑設(shè)計(jì)的相關(guān)環(huán)節(jié)中，發(fā)揮了積極的作用。如果想要實(shí)現(xiàn)BIM 技術(shù)在綠色智能建筑設(shè)計(jì)方面的廣泛應(yīng)用，則需要設(shè)計(jì)師在平時(shí)的綠色智能建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐中多加應(yīng)用和創(chuàng)新，進(jìn)一步發(fā)揮技術(shù)在設(shè)計(jì)方面的積極作用。