BIM技術(shù)在綠色住宅建筑設(shè)計中的應(yīng)用研究

摘要：為有效應(yīng)對建筑物能耗過高這一難題，應(yīng)積極致力于推動建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，以實現(xiàn)節(jié)能減排、綠色環(huán)保的目標(biāo)。本文以新的經(jīng)濟(jì)環(huán)境為背景，以BIM技術(shù)為研究方向，深入研究此項技術(shù)在綠色住宅建筑設(shè)計中的應(yīng)用。首先，簡要闡述BIM技術(shù)的綠色建筑設(shè)計流程，如概念設(shè)計、深化設(shè)計、施工設(shè)計；其次，從采光、通風(fēng)、日照、朝向等幾個方面，分析BIM技術(shù)在實際建筑設(shè)計中的具體應(yīng)用；最后，結(jié)合具體項目案例，提出行之有效的應(yīng)用措施，旨在為人們提供舒適的居住環(huán)境，推進(jìn)建筑與自然環(huán)境和諧共生。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；綠色住宅；建筑設(shè)計；具體應(yīng)用文章編號：2095-4085（2024）05-0114-03

0引言

近年來，隨著“綠色生態(tài)、節(jié)能環(huán)?！崩砟畹某掷m(xù)深入以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的積極實施，建筑行業(yè)明確了相關(guān)規(guī)范，大力推行綠色住宅建筑物，為新時期下的建筑行業(yè)指明了發(fā)展方向。通過加強(qiáng)對BIM技術(shù)（建筑信息模型）的研究和應(yīng)用，可以進(jìn)一步優(yōu)化綠色建筑設(shè)計環(huán)節(jié)，解決其中所存在的諸多問題，進(jìn)而提升綠色住宅建筑設(shè)計水平更好地達(dá)到綠色住宅建筑要求。

1基于BIM技術(shù)的綠色建筑設(shè)計流程

1.1概念設(shè)計

該環(huán)節(jié)內(nèi)容主要是對建筑項目的初步構(gòu)思，以“綠色節(jié)能”為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，以“創(chuàng)新性”為設(shè)計的核心，進(jìn)一步明確主體與個體間的分配關(guān)系。基于三維建筑模型，BIM技術(shù)的概念設(shè)計要由設(shè)計方、施工方、監(jiān)理方共同參與，在各方協(xié)調(diào)、詳細(xì)分析下，設(shè)計人員要了解業(yè)主訴求及綠色建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，并要對施工現(xiàn)場進(jìn)行實地考察，分析綠色住宅建筑對周邊環(huán)境造成的影響，減輕其對生態(tài)環(huán)境的破壞。由于概念設(shè)計處于項目前期，所以要從宏觀角度加以布局，合理分配相關(guān)任務(wù)。（1）需要利用BIM軟件計算分析土建施工中的土方量，并用軟件系統(tǒng)中的功能完成三維模型構(gòu)建。（2）可以使用BIM軟件將施工區(qū)域內(nèi)的地形地貌進(jìn)行顏色標(biāo)記，反映出該區(qū)域地勢高低起伏，也能將其應(yīng)用于建筑物的朝向和坡度中。（3）通過利用BIM技術(shù)對建筑住宅區(qū)中的道路布局加以設(shè)計，如綠化、消防、交通等，取代了以往繁瑣的繪圖工作。

1.2深化設(shè)計

深化設(shè)計是在概念設(shè)計階段完成的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，涉及了動力學(xué)、流體學(xué)等多個專業(yè)領(lǐng)域。通過使用BIM軟件系統(tǒng)構(gòu)建三維建筑模型，完成對建筑物整體的細(xì)致分割，解決概念設(shè)計中所存在的問題，需要消耗大量時間加以規(guī)劃設(shè)計。為此，設(shè)計人員要合理梳理構(gòu)建綠色建筑三維建筑模型中的細(xì)節(jié)，從中找出不規(guī)范、不合理的地方。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)提供詳盡的工程量、報價策劃以及模擬動畫，以確保專業(yè)設(shè)計、樓層凈空等內(nèi)容完全符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。同時，除了要考慮綠色住宅建筑物所需性能外，還要分析建筑物運行中對周邊環(huán)境的影響。（1）采光設(shè)計。通過完成此階段的分析工作，如模擬陽光、電器照明、規(guī)劃朝向等，優(yōu)化設(shè)計綠色建筑采光方案。（2）通風(fēng)設(shè)計。利用BIM軟件系統(tǒng)模擬三維建筑模型，從中選擇出最優(yōu)的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計方案。（3）噪聲設(shè)計。應(yīng)用BIM軟件中的相關(guān)功能，對綠色建筑物的消音、隔音等性能加以分析，以便于選擇更加優(yōu)質(zhì)的隔音材料。（4）熱工設(shè)計。使用Ecotect軟件模擬建筑物環(huán)境溫度，有效提升建筑物的保溫和隔熱性能［1］。

1.3施工設(shè)計

此階段的工作是做好施工圖紙及方案的設(shè)計任務(wù)，這些施工資料是建筑施工的主要依據(jù)。鑒于建筑設(shè)計中“綠色節(jié)能、生態(tài)環(huán)?！钡仍O(shè)計理念的滲透，加之施工標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化等設(shè)計要求的提出，所以對施工圖紙及方案的要求較高，需要對此投入更多的時間和精力。通過將BIM技術(shù)融入其中，以合同方案中的建筑物數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，建立三維建筑模型，包括平面、立面及剖面等。通過分析采光、通風(fēng)、噪聲等方面的相關(guān)數(shù)據(jù)，既可以有效簡化建筑設(shè)計環(huán)節(jié)，又能降低綠色建筑設(shè)計中的錯誤概率。應(yīng)用BIM技術(shù)在施工設(shè)計階段主要分為以下幾個方面。（1）通過將BIM技術(shù)應(yīng)用于施工管理中，可以切實提升施工設(shè)計的精準(zhǔn)性，有效控制施工階段的成本預(yù)算，確保工程項目能夠按時完工。（2）在管線優(yōu)化方面，BIM軟件系統(tǒng)的應(yīng)用可以助力設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，及時優(yōu)化施工設(shè)計方案。（3）通過應(yīng)用BIM技術(shù)，可有效匯總建筑項目所有的設(shè)計資料。

2BIM技術(shù)在綠色住宅建筑設(shè)計中的具體應(yīng)用

2.1室內(nèi)采光設(shè)計和分析

建筑室內(nèi)環(huán)境中的光照情況對人們的居家生活具有深遠(yuǎn)的影響，如光色的冷暖、照度的高低等。在綠色住宅建筑設(shè)計中，設(shè)計人員可以利用BIM技術(shù)構(gòu)建建筑物室內(nèi)的三維數(shù)字模型，并從多維度分析建筑物表面的日光照射情況。如當(dāng)?shù)貧夂?、建筑朝向、窗戶大小、遮陽措施等，以便于?zhǔn)確掌握不同時間的日照情況，并在此基礎(chǔ)上更好地規(guī)劃設(shè)計室內(nèi)照明系統(tǒng)，從而降低建筑物中照明、空調(diào)等設(shè)備的能源消耗，并實現(xiàn)建筑物整體的視覺效果。同時，在充分利用自然光照的基礎(chǔ)上，也不可忽視遮光設(shè)計，這就要求設(shè)計人員應(yīng)使用BIM技術(shù)模擬建筑光照的動態(tài)變化?？梢酝ㄟ^合理設(shè)置玻璃幕墻、遮陽窗簾、綠色植被等減輕自然光的直接照射。除了要科學(xué)運用自然光之外，也要將人工采光方式融入其中。通過利用BIM技術(shù)對建筑物的采光特性加以分析，明確建筑物內(nèi)具體位置及戶型分布，從而進(jìn)一步優(yōu)化照明系統(tǒng)設(shè)計。比如，設(shè)計人員在BIM模型中添加天空穹頂元素，可以精準(zhǔn)地模擬自然光射入角度及強(qiáng)度，有效減輕建筑物能源消耗，進(jìn)而實現(xiàn)綠色節(jié)能的目標(biāo)。

2.2室內(nèi)通風(fēng)設(shè)計和分析

從綠色建筑設(shè)計中發(fā)現(xiàn)，風(fēng)速、風(fēng)壓、風(fēng)向等因素直接決定了室內(nèi)空氣質(zhì)量及通風(fēng)效果，所以要對此環(huán)節(jié)加以重視。在這一過程中，設(shè)計人員要綜合考慮建筑物的室內(nèi)環(huán)境及周邊區(qū)域等因素并進(jìn)行檢測。通過合理應(yīng)用BIM技術(shù)模擬出真實的三維建筑模型，來計算分析影響室內(nèi)通風(fēng)的因素。如建筑物周邊環(huán)境的風(fēng)速、風(fēng)壓、風(fēng)向等要素的改變，可在此基礎(chǔ)上為該模型結(jié)構(gòu)附加室內(nèi)外分離環(huán)境，以便于對建筑物的主體布局和通風(fēng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和完善，從而減少建筑物內(nèi)空調(diào)、通風(fēng)系統(tǒng)的使用率，進(jìn)一步降低建筑物的能源消耗。同時，BIM技術(shù)的有效應(yīng)用，可以幫助設(shè)計人員從龐大繁多的數(shù)據(jù)產(chǎn)品庫中挑選出與之對應(yīng)的通風(fēng)設(shè)備，并利用BIM系統(tǒng)中的模塊功能來模擬建筑物的通風(fēng)情況，使其更加準(zhǔn)確地計算出風(fēng)力參數(shù)。如果建筑物內(nèi)通風(fēng)設(shè)備發(fā)生變化時，設(shè)計人員可以利用BIM軟件模擬出建筑物中的通風(fēng)設(shè)備，并對已經(jīng)改變的通風(fēng)系統(tǒng)加以優(yōu)化和調(diào)整，最終實現(xiàn)降低建筑物通風(fēng)系統(tǒng)能耗的目的，達(dá)到綠色住宅建筑設(shè)計要求（如圖1）［2］。

圖1室內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

2.3建筑日照設(shè)計和分析

為進(jìn)一步增強(qiáng)建筑物的舒適性，就要利用BIM技術(shù)對三維建筑模型進(jìn)行多角度分析，包括建筑朝向、高度及周圍環(huán)境等。比如，設(shè)計人員可以在BIM模型中添加周圍高樓、樹木等元素，從而更加準(zhǔn)確地模擬出太陽光的入射角度和強(qiáng)度，以此來優(yōu)化建筑日照設(shè)計。除了考慮建筑物周邊環(huán)境的影響，BIM技術(shù)應(yīng)用也可對建筑物自身結(jié)構(gòu)和布局進(jìn)行分析，預(yù)測出不同時間段內(nèi)的日照情況。例如，在綠色住宅建筑設(shè)計中，可結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H環(huán)境，通過利用BIM技術(shù)對建筑日照情況進(jìn)行預(yù)測，以便于準(zhǔn)確判斷當(dāng)?shù)匾荒晁募緝?nèi)建筑物的日照變化。如夏季日照強(qiáng)度較高，建筑制冷系統(tǒng)運行負(fù)荷較大；冬季日照強(qiáng)度較弱，建筑采暖系統(tǒng)運行負(fù)荷較大等。以此來優(yōu)化建筑物的朝向和布局，使其能夠更加科學(xué)合理地利用自然光，減少人工采光的方式，從而降低建筑物系統(tǒng)的運行能耗。此外，還可以將BIM技術(shù)與太陽能分析軟件相結(jié)合，深入挖掘建筑太陽能資源利用的潛力。例如，使用BIM模型來模擬建筑物表面的太陽能吸收面積，預(yù)測不同時間段內(nèi)的太陽能收集量，并以此為基礎(chǔ)對太陽能利用系統(tǒng)加以優(yōu)化設(shè)計［3］。

2.4噪聲控制設(shè)計和分析

解決施工中的噪聲污染是綠色住宅建筑設(shè)計中需要重點關(guān)注的問題。在此期間，設(shè)計人員要對建筑物周邊環(huán)境進(jìn)行觀察，收集以往建筑物在運行期間室內(nèi)所接收的噪聲數(shù)據(jù)。然后通過BIM技術(shù)對建筑物產(chǎn)生噪聲的來源、分貝等進(jìn)行分析，并根據(jù)建筑噪聲實際情況及其關(guān)聯(lián)性，高效構(gòu)建建筑噪聲環(huán)境模型。在進(jìn)一步完成專業(yè)分析后，對綠色住宅建筑設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化，從而實現(xiàn)對噪聲的有效控制，降低建筑室內(nèi)所接收的噪聲分貝。同時，需嚴(yán)格遵循國家關(guān)于噪聲的相關(guān)規(guī)范，在BIM系統(tǒng)中錄入相應(yīng)等級和標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合綠色住宅建筑設(shè)計模型進(jìn)行對比分析，持續(xù)優(yōu)化和改進(jìn)現(xiàn)有建筑設(shè)計方案，并要充分考慮建筑物周邊環(huán)境中的各種噪聲來源，適當(dāng)調(diào)整自身設(shè)計理念和思路，最終規(guī)劃設(shè)計出最優(yōu)的方案計劃，從根本上解決了建筑物內(nèi)隔音效果差的問題。

2.5建筑空間設(shè)計和分析

在綠色住宅建筑設(shè)計中，建筑空間是尤為重要的，這就要求設(shè)計人員應(yīng)從多角度考慮和分析，最大限度地降低建筑施工難度，以確保建筑工程設(shè)計、施工效果。通過合理應(yīng)用BIM技術(shù)，將有關(guān)于綠色住宅建筑項目的數(shù)據(jù)歸入其中，構(gòu)建出完整的三維建筑模型，可以直觀地觀察建筑室內(nèi)空間情況，分析和判斷出室內(nèi)環(huán)境、空間布局中各個功能之間有無沖突或問題，從而及時發(fā)現(xiàn)問題，最大限度上減少數(shù)據(jù)誤差。從建筑空間角度出發(fā)，其所涉及了各式各樣的要素，如室內(nèi)環(huán)境、空間布局、建筑距離、建筑層高等。利用BIM技術(shù)構(gòu)建三維立體模型，可以直觀、全面地審視建筑空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而精準(zhǔn)判斷建筑空間布局是否契合業(yè)主的實際使用需求。通過這種方式，能夠全面把握建筑空間結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，并對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以提升建筑物室內(nèi)空間的利用率和合理性，從而滿足綠色住宅建筑設(shè)計要求（如圖2）［4］。

圖2建筑空間布局規(guī)劃

2.6建筑熱工設(shè)計和分析

建筑熱工是通過對建筑物的熱量傳遞、能量消耗等方面加以分析，有效利用BIM技術(shù)，可以大大提高建筑設(shè)計效率和質(zhì)量，從而實現(xiàn)綠色建筑設(shè)計目標(biāo)。通過應(yīng)用BIM技術(shù)，可以添加建筑設(shè)計中的各項元素，構(gòu)建建筑熱力學(xué)模型，模擬建筑物內(nèi)的溫度、濕度、熱量等參數(shù)，幫助設(shè)計人員優(yōu)化建筑熱工性能，并預(yù)測建筑運行費用和維護(hù)成本，從而利于設(shè)計人員全面統(tǒng)籌建筑生命周期成本，達(dá)成綠色住宅建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。在此期間，要重點關(guān)注建筑外墻結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步改善外墻保溫性能，具體方法如下。（1）使用聚苯材料，可以減少建筑物所承受的熱荷載，提升外墻保溫性能。（2）使用雙層中空玻璃材料，降低建筑外窗導(dǎo)熱系數(shù)，阻礙室內(nèi)外熱量傳遞。（3）建筑樓頂要采用保溫系統(tǒng)，將屋頂導(dǎo)熱系數(shù)變小，維持建筑室內(nèi)恒溫。（4）可以在建筑外墻容易受到較強(qiáng)光照的位置安裝遮陽板，如完全遮擋、垂直遮擋、水平遮擋，以起到隔熱保溫的作用［5］。

3結(jié)語

綜上所述，BIM技術(shù)在綠色住宅建筑設(shè)計中發(fā)揮著舉足輕重的作用。這促使設(shè)計人員必須深入剖析綠色建筑設(shè)計的每一個細(xì)節(jié)，從采光、通風(fēng)、日照、噪聲控制、空間布局到熱工性能等多個維度全面探索BIM技術(shù)在建筑設(shè)計中的實際應(yīng)用。這不僅能夠顯著降低建筑設(shè)計的成本支出，還能有效提升建筑施工質(zhì)量，從而促進(jìn)建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

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