綠色建筑設(shè)計(jì)在智能建造技術(shù)中的應(yīng)用研究

1前言

隨著可持續(xù)發(fā)展理念的深入推進(jìn)，綠色建筑已成為建筑業(yè)發(fā)展的重要方向。然而，傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)和施工方式在實(shí)現(xiàn)綠色建筑目標(biāo)方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如建筑性能優(yōu)化不足、施工效率低下、運(yùn)維管理粗放等問(wèn)題。近年來(lái)，以BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能為代表的智能建造技術(shù)快速發(fā)展，為解決上述問(wèn)題提供了新的技術(shù)路徑。智能建造技術(shù)在綠色建筑全生命周期的應(yīng)用研究具有重要的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。本文通過(guò)某綠色建筑示范項(xiàng)目的實(shí)踐案例，探討智能建造技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)維等各階段的具體應(yīng)用方法及其實(shí)施效果。

2工程概況

某綠色建筑示范項(xiàng)目位于華東地區(qū)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)，總建筑面積 85000m² ，其中地上建筑面積 65000m² ，地下建筑面積 20000m² ，建筑高度 68m ，地上18層，地下2層。項(xiàng)目定位為集商業(yè)辦公、科技研發(fā)于一體的復(fù)合型綠色建筑，計(jì)劃總投資3.8億元，建設(shè)周期24個(gè)月。本項(xiàng)目采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，外立面以Low-E中空玻璃幕墻和鋁板為主要材料，建筑朝向采用南北向布局，主要功能空間均可獲得良好的自然采光。項(xiàng)目場(chǎng)地規(guī)劃綠地率達(dá) 35% ，屋頂綠化面積約 2000m² 。建筑設(shè)計(jì)充分考慮可再生能源利用，規(guī)劃太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝機(jī)容量 180kW ，地源熱泵系統(tǒng)制冷供熱總功率 600kW 。

作者簡(jiǎn)介：顧文華 （1972.06-） ，男，漢族，山東聊城人，本科，中級(jí)工程師，研究方向：建筑工程管理。

在智能化系統(tǒng)配置方面，項(xiàng)目采用樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）能源管理系統(tǒng)（EMS）智能照明控制系統(tǒng)等，預(yù)計(jì)在智能化設(shè)備上的總投資約2100萬(wàn)元。項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)置500個(gè)停車位，其中新能源汽車充電樁車位占比 20% 。為實(shí)現(xiàn)建筑全生命周期的數(shù)字化管理，項(xiàng)目采用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維管理，搭建數(shù)字孿生平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)建筑實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能化運(yùn)營(yíng)。

3智能建造技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

3.1設(shè)計(jì)階段

在設(shè)計(jì)階段，某綠色建筑項(xiàng)目基于BIM技術(shù)平臺(tái)開(kāi)展智能化設(shè)計(jì)，主要從建筑性能模擬、能源系統(tǒng)優(yōu)化和智能化系統(tǒng)集成三個(gè)維度展開(kāi)。

通過(guò)Revit與EnergyPlus軟件協(xié)同，完成對(duì)建筑能耗、日照、通風(fēng)等性能的模擬分析，優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)建筑能耗較常規(guī)建筑降低 30% 。利用CFD技術(shù)對(duì)室內(nèi)氣流組織進(jìn)行優(yōu)化，將PM2.5濃度控制在 35μg/m³ 以下， CO₂ 濃度控制在 1000ppm 以下，室內(nèi)熱舒適度PMV指標(biāo)控制在 ±0.5 范圍內(nèi)[2]。

在能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用智能化能源管理平臺(tái)，整合太陽(yáng)能光伏發(fā)電、地源熱泵等可再生能源系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)負(fù)荷計(jì)算和運(yùn)行策略優(yōu)化，可再生能源利用率達(dá)到 15% 及以上。通過(guò)對(duì)建筑負(fù)荷特性進(jìn)行分析，采用分時(shí)段、分區(qū)域的供能策略，空調(diào)系統(tǒng)能效比（COP）達(dá)到4.5，較傳統(tǒng)系統(tǒng)提升 25% 。照明系統(tǒng)采用智能調(diào)光策略，結(jié)合自然采光，照明功率密度控制在 7W/m² 以下，較國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)降低 35% 。

3.2建造階段

在建造階段，某項(xiàng)目充分運(yùn)用智能建造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程的數(shù)字化、智能化管理。項(xiàng)目采用裝配式建造技術(shù)，預(yù)制構(gòu)件使用率達(dá)到 65% ，現(xiàn)場(chǎng)裝配效率較傳統(tǒng)施工提升 45% 。通過(guò)引入施工機(jī)器人，完成鋼筋綁扎、墻面噴涂等工序，機(jī)器人作業(yè)覆蓋率達(dá)到 30% ，施工效率提升 50% ，施工人員較傳統(tǒng)方式所需人員減少 35% 。

在智能化監(jiān)測(cè)方面，布設(shè)智能傳感器2800個(gè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)主體結(jié)構(gòu)、臨時(shí)設(shè)施、施工環(huán)境等的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。采用北斗定位系統(tǒng)和3D激光掃描技術(shù)，將施工放線精度控制在 ±2mm 以內(nèi)。通過(guò)5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，搭建施工現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字孿生平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)塔吊、升降機(jī)等大型設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能調(diào)度，設(shè)備利用率提升 28% 。

在施工質(zhì)量控制方面，運(yùn)用AI圖像識(shí)別技術(shù)，對(duì)鋼筋綁扎、混凝土澆筑等關(guān)鍵工序進(jìn)行智能巡檢，質(zhì)量缺陷識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá) 95% 。采用BIM技術(shù)進(jìn)行施工模擬和進(jìn)度管理，實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度可視化管理，工期較常規(guī)施工縮短60天。智能化成本管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)材料、設(shè)備、人工等成本的動(dòng)態(tài)核算，成本節(jié)約率達(dá) 12% ?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)智能化環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)噪聲、粉塵、溫濕度等環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，PM10濃度控制在 80μg/m³ 以下，施工噪聲控制在 70dB 以下。采用智能噴淋系統(tǒng)和智能抑塵設(shè)備，揚(yáng)塵控制效果較傳統(tǒng)措施提升 55% 。建立智能化視頻監(jiān)控系統(tǒng)，覆蓋施工現(xiàn)場(chǎng) 100% 區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)安全隱患的智能識(shí)別和預(yù)警，安全事故發(fā)生率較行業(yè)平均水平降低 60%^[4]

3.3運(yùn)維階段

為實(shí)現(xiàn)建筑運(yùn)維階段的智能化管理，項(xiàng)目構(gòu)建了一套完整的智能運(yùn)維框架體系。該框架分為三個(gè)層次：智能分析模塊、智能診斷模塊和智能決策模塊。智能分析模塊負(fù)責(zé)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，包括運(yùn)行數(shù)據(jù)分析、健康監(jiān)測(cè)和性能評(píng)估；智能診斷模塊基于分析結(jié)果進(jìn)行設(shè)備故障診斷、能耗分析預(yù)警和壽命預(yù)測(cè)；智能決策模塊則針對(duì)診斷結(jié)果提供維護(hù)決策、能源優(yōu)化和更新改造建議。通過(guò)該框架體系，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)維管理的智能化和科學(xué)化。該框架體系如圖1所示。

在該框架指導(dǎo)下，某項(xiàng)自在運(yùn)維階段實(shí)現(xiàn)了全面的智能化管理。基礎(chǔ)支持層通過(guò)布設(shè)的智能傳感器網(wǎng)絡(luò)，對(duì)建筑設(shè)備、能源系統(tǒng)、環(huán)境參數(shù)進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)，日均采集數(shù)據(jù)量達(dá) 300GB ?；谖锫?lián)網(wǎng)和5G技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字孿生平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程操控。

4項(xiàng)目實(shí)施效果評(píng)價(jià)

4.1綠色建筑評(píng)價(jià)指標(biāo)達(dá)成情況

該項(xiàng)自在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段制定了嚴(yán)格的綠色建筑目標(biāo)，涵蓋節(jié)能與能源利用、節(jié)水與水資源利用、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、材料與資源利用以及運(yùn)營(yíng)管理等多個(gè)方面。通過(guò)智能化手段對(duì)建筑運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析，全面評(píng)估各項(xiàng)綠色建筑指標(biāo)的實(shí)際達(dá)成情況。在建筑投人使用一年后，項(xiàng)目組對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了系統(tǒng)性評(píng)估。具體指標(biāo)達(dá)成情況如表1所示。

4.2智能建造技術(shù)應(yīng)用效果

在項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，通過(guò)系統(tǒng)性應(yīng)用智能建造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了建造過(guò)程的數(shù)字化、智能化和精細(xì)化管理。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)智能建造技術(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行了全面評(píng)估，從施工效率、質(zhì)量控制、安全管理、成本管控等多個(gè)維度進(jìn)行量化分析。具體應(yīng)用效果數(shù)據(jù)如表2所示

5結(jié)論

本研究通過(guò)實(shí)踐案例驗(yàn)證了智能建造技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值。研究表明，智能建造技術(shù)能夠有效提升建筑性能、優(yōu)化施工過(guò)程、降低運(yùn)維成本，為綠色建筑的規(guī)劃設(shè)計(jì)和建設(shè)運(yùn)營(yíng)提供有力的技術(shù)支撐。未來(lái)，隨著5G、人工智能等新技術(shù)的不斷發(fā)展，智能建造技術(shù)將在建筑全生命周期管理中發(fā)揮更大作用。建議進(jìn)一步加強(qiáng)智能建造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，深化智能建造與綠色建筑的融合發(fā)展，推動(dòng)建筑業(yè)向數(shù)字化、智能化、綠色化方向轉(zhuǎn)型升級(jí)。同時(shí)，應(yīng)注重培養(yǎng)復(fù)合型技術(shù)人才，為智能建造技術(shù)的推廣應(yīng)用提供人才保障。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧云華.智能建造技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用分析[J].低碳世界，2024，14（8）：69-71.

[2]樊云龍.智能化技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)與規(guī)劃中的應(yīng)用[J]綠色建造與智能建筑，2024（3）：119-121.

[3]易閩.弱電智能化系統(tǒng)在綠色建筑中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)廚衛(wèi)，2024，23（6）：238-240.

[4]應(yīng)丹林.“雙碳”目標(biāo)下綠色建筑關(guān)鍵技術(shù)在工程中的應(yīng)用研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2024（2）：202-205.

[5]趙子曦.計(jì)算機(jī)與建造技術(shù)融合的智能建造探討[J].交叉科學(xué)快報(bào)，2024，8（2）：90-96.