潘妍蓓 陳佳佳 沈艷玲 林雨晴

Energy conservation and environmental protection 節(jié)能環(huán)保

BIM技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用研究

潘妍蓓 陳佳佳 沈艷玲 林雨晴

（福州外語外貿(mào)學(xué)院，福建 長樂 350200）

在建筑行業(yè)的發(fā)展中，綠色和可持續(xù)發(fā)展建筑越來越得到重視，而近年來 BIM 技術(shù)的興起和在界業(yè)內(nèi)的廣泛應(yīng)用，也拓展了將其用在綠色建筑設(shè)計(jì)中的思路。本文結(jié)合 BIM 技術(shù)及其特點(diǎn)針對綠色建筑設(shè)計(jì)中環(huán)境適應(yīng)性、能源與材料節(jié)約等方面展開具體應(yīng)用探究，希望BIM技術(shù)可以助力綠色建筑的發(fā)展。

BIM技術(shù)；綠色建筑；應(yīng)用研究

0 引言

BIM（Building Information Modeling建筑信息模型）以參數(shù)化三維模型為基礎(chǔ)，將集成了關(guān)于建筑工程項(xiàng)目的各種信息在建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行維護(hù)中進(jìn)行運(yùn)用。工程技術(shù)人員可以通過BIM技術(shù)對各類建筑信息進(jìn)行分析，不僅大大提高了生產(chǎn)效率，也節(jié)省了更多的成本。

1 BIM技術(shù)與綠色建筑的發(fā)展

1.1 BIM技術(shù)的發(fā)展情況

BIM技術(shù)的最開始是在美國使用，使得美國最早開始進(jìn)行建筑業(yè)信息化研究?，F(xiàn)階段，BIM技術(shù)在美國多個(gè)的建筑項(xiàng)目中開始應(yīng)用，能夠適用于不同種類的應(yīng)用點(diǎn)，并制定了相關(guān)工程的BIM標(biāo)準(zhǔn)。此外，新加坡先將BIM技術(shù)應(yīng)用于公共營建工程，然后引導(dǎo)民間建筑企業(yè)使用該技術(shù)，同時(shí)在高校設(shè)立相關(guān)專業(yè)，培養(yǎng)更多的技術(shù)人才?？偟膩碚f，BIM技術(shù)在這些國家用的時(shí)間比較早，BIM技術(shù)帶來的價(jià)值和成效在建筑業(yè)長期的發(fā)展實(shí)踐中得到了體現(xiàn)。

我國接觸BIM技術(shù)較晚，在2002年，建筑行業(yè)也開始使用BIM技術(shù)。近幾年來，我國建筑行業(yè)逐漸意識到BIM的重要性，政府也加快指引我國建筑設(shè)計(jì)BIM技術(shù)的應(yīng)用，接連出臺了相關(guān)的政策，我國BIM技術(shù)的發(fā)展步入了快車道。通過不斷的發(fā)展，BIM技術(shù)在建筑工程中的前期設(shè)計(jì)、中期施工、后期運(yùn)維上都發(fā)揮了很大的作用，為我國創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟(jì)收益。雖然與發(fā)達(dá)國家還有距離，但我國的BIM技術(shù)發(fā)展是積極向上的。

1.2 綠色建筑的現(xiàn)存問題

目前我國越來越重視可持續(xù)發(fā)展，在此背景下綠色建筑應(yīng)運(yùn)而生。綠色建筑能夠更好的保護(hù)環(huán)境和節(jié)省資源，然而在施工方面仍有很多不足之處需要改善。當(dāng)前，對于絕大多數(shù)設(shè)計(jì)人員來說，針對綠色建筑施工的認(rèn)識比較片面，缺乏對整個(gè)建筑能耗綜合分析，也沒有對風(fēng)環(huán)境進(jìn)行針對性模擬。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中依舊使用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，無法有效的融入綠色建筑的概念。而且對于綠色建筑來說，并不是簡單的將綠色設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際工作中，更是對相關(guān)信息與數(shù)據(jù)的保存與有效共享。

2 工程案例

某中心大廈（如圖1所示）為大型綠色建筑，整個(gè)建筑面積大小為57.5萬平方米左右，地上建筑面積達(dá)到41平方米，地下建筑面積達(dá)到16.4萬平方米。該建筑工程引用了 BIM 技術(shù)，起到了提升工程設(shè)計(jì)效果、提高工程建設(shè)質(zhì)量的作用。主要體現(xiàn)在：

（1）該建筑工程引用了BIM技術(shù)中關(guān)于碰撞檢測功能，提前檢測施工各環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的問題，減少工程施工的材料與能源損耗，避免施工過程中的返工、偏差現(xiàn)象從而提高綠色建筑設(shè)計(jì)效果。

圖1 某中心大廈

（2）該建筑工程可通過BIM技術(shù)建立三維模型，以材料、水資源以及能源為模型指標(biāo)展開分析，分析這些材料是否適用于工程，然后設(shè)計(jì)人員根據(jù)適用新情況存在的不足之處進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，有助于實(shí)現(xiàn)對項(xiàng)目的有效優(yōu)化從而提高綠色建筑設(shè)計(jì)的效率。

3 BIM技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用

3.1 環(huán)境適應(yīng)性分析

在應(yīng)用BIM技術(shù)的過程中，要分析該技術(shù)對綠色建筑項(xiàng)目的適用性情況，對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。比如，在建筑項(xiàng)目規(guī)劃階段，需考慮建筑項(xiàng)目施工的氣候環(huán)境、空氣質(zhì)量、光照情況、通風(fēng)大小等因素，并將這些要素納入到建筑工程設(shè)計(jì)的指標(biāo)中。傳統(tǒng)的建筑技術(shù)無法快速有效的解決這些難題，可以利用BIM建模和GIS軟件模擬綠色建筑和場地，決定理想的建筑結(jié)構(gòu)，并采用建模計(jì)算、規(guī)范核校、統(tǒng)計(jì)分析等技術(shù)手段，將適用的BIM模型交給施工方，既便利又確保了項(xiàng)目能夠順利進(jìn)行。

在環(huán)境問題中BIM的應(yīng)用可以從風(fēng)環(huán)境的角度出發(fā)，根據(jù)綠色建筑要求的通風(fēng)條件和標(biāo)準(zhǔn)，對布局進(jìn)行優(yōu)化，以改善整個(gè)建筑物的通風(fēng)條件，最終在建筑物中形成良好的環(huán)境，最終結(jié)果主要包括風(fēng)向和風(fēng)流處，也可以為建筑物的總體布局以及確定不同建筑物之間的間距奠定良好的基礎(chǔ)。從現(xiàn)場噪聲模擬來看，是分析建筑性能的關(guān)鍵性因素之一，通過對聲環(huán)境的分析，可以有效地控制整個(gè)聲源，可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境噪音影響最小化。

3.2 能源的合理利用

低能耗是建設(shè)綠色建筑的重要指標(biāo)和特征，在綠色建筑設(shè)計(jì)中就得先考慮到能源的節(jié)約和利用問題，不斷增大能源的利用率。BIM技術(shù)可以分析建筑的質(zhì)量和建筑投入的資金大小，并提供相對可靠的結(jié)果。例如，探究建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱性能情況，參考周圍環(huán)境并從實(shí)際測試中導(dǎo)入數(shù)據(jù)，可以快速計(jì)算出在相同環(huán)境中設(shè)計(jì)建筑物的年能耗。當(dāng)參考建筑物能耗低于設(shè)計(jì)建筑物的模擬能耗低時(shí)，可以對圍護(hù)結(jié)構(gòu)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保證建筑物能夠達(dá)到綠色標(biāo)準(zhǔn)[2]。BIM技術(shù)可以模擬建筑物的不同布局和方向，模擬和分析建筑物在夏季和冬季的自然通風(fēng)和采暖條件，并提出最有利于自然采暖和通風(fēng)的布局和方向，從而大大降低了能耗。

為改善建筑節(jié)能效果，應(yīng)綜合考慮選址、風(fēng)向以及太陽照射等條件，并通過施工方提供的圖紙和特別報(bào)告優(yōu)化第三方的設(shè)計(jì)。在能耗的初步設(shè)計(jì)中，分析制冷、采暖以及照明的能源消耗情況，大幅提高建筑的環(huán)保水平。建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)是指建筑物的外層結(jié)構(gòu)，比如屋頂、正門以及墻壁等，屋頂?shù)墓?jié)能設(shè)計(jì)主要包括屋頂?shù)牟牧?、顏色、坡度、方向、保溫層的熱工設(shè)計(jì)等，則炎熱的夏季少吸收外界熱量，寒冷的冬季避免熱量的散失。外墻是避免建筑室內(nèi)熱舒適環(huán)境不受外界環(huán)境影響的主要構(gòu)件，節(jié)能設(shè)計(jì)中常用的材料有粘土實(shí)心磚、加氣混凝土砌塊、集熱墻等各種復(fù)合墻體?；贐IM技術(shù)對建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，可以設(shè)置相關(guān)的墻體、屋頂各層材料的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱等，確定最佳的施工方案。

3.3 材料的高效使用

在根據(jù)綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)要求使用的環(huán)保材料時(shí)，需要對材料進(jìn)行嚴(yán)格篩選。基于BIM技術(shù)構(gòu)建分析模型，選擇材料作為分析指標(biāo)，可在進(jìn)行綠色建筑施工過程中，有超過10%的材料能夠循環(huán)利用，遵循可持續(xù)利用原則，在施工完成后，通過模型計(jì)算施工材料的可回收比例，然后根據(jù)結(jié)果制定材料明細(xì)表，再次進(jìn)行精準(zhǔn)化的計(jì)算，確保工程消耗的材料中可進(jìn)行回收的能夠全部進(jìn)行回收。當(dāng)采用技術(shù)設(shè)計(jì)建筑工程項(xiàng)目時(shí)，可以先利用BIM技術(shù)對設(shè)計(jì)進(jìn)行具體化，可以在設(shè)計(jì)方案中了解到建筑內(nèi)部的具體構(gòu)造情況，比如尺寸大小、材料使用比例等，盡量減少材料的消耗，盡量采用可循環(huán)使用的材料，要求耐久性好，能源消耗低，在全部規(guī)劃后，最后確定設(shè)計(jì)方案[3]。

在對建筑進(jìn)行布置的時(shí)候，通過對BIM模型的使用，能夠讓施工建筑材料與機(jī)械設(shè)備以及臨時(shí)性建筑它們?nèi)弋?dāng)中存在的幾何關(guān)系呈現(xiàn)出來，為了對施工現(xiàn)場平面布置起到改善的作用，可采取觀察模型的方式，伴隨工程的進(jìn)展情況，對材料所擺放的位置進(jìn)行改變，從而讓現(xiàn)場材料的運(yùn)輸次數(shù)減少[4]。在施工過程中，有關(guān)管理方面的安排，通過對BIM4D施工仿真技術(shù)的使用來對其進(jìn)行監(jiān)察，能夠?qū)?xiàng)目的進(jìn)展情況隨時(shí)的掌握，讓工程的整體過程得到改進(jìn)，若施工管理是科學(xué)的，那么就可以讓工人和機(jī)械在質(zhì)量與效率方面得到提升，竭盡所能的節(jié)約施工材料與資源，這樣就讓施工成本得到了一定的節(jié)約，從而讓項(xiàng)目處于恰當(dāng)且高效的狀態(tài)。

3.4 對在運(yùn)營建筑物進(jìn)行監(jiān)管

在建筑施工的過程當(dāng)中，始終貫穿于設(shè)計(jì)至完結(jié)的BIM技術(shù)，可以讓設(shè)計(jì)方法得到改良，從而讓施工個(gè)與運(yùn)營過程中的資源消耗降低。而且在運(yùn)營的過程中，其管理主要是為了完成綠色建筑的覆蓋，這一過程當(dāng)中，需要考察與分析綠色建筑物第一年期的資源耗用情況，以衡量物業(yè)是否對于能源的消耗做到的合理的節(jié)約管理以及是否滿足設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，從而當(dāng)其正式運(yùn)營的時(shí)候，這一建筑和設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中能夠做到正常且高效，從而讓運(yùn)營能耗降低，讓成本得到節(jié)約。

另外，由于BIM技術(shù)本來就具有檢測建筑狀態(tài)的作用，因此通過對建筑當(dāng)中設(shè)定好的力學(xué)檢測設(shè)備的使用，來對受力情況進(jìn)行試試檢測，從而提升了建筑安全性，更加方便監(jiān)管建筑情況，從而使得綠色建筑效益最大化。在建筑運(yùn)營過程中，通過對BIM的使用，能夠讓實(shí)操性強(qiáng)的管理模式創(chuàng)立起來，從而做到對綠色建筑進(jìn)行全面的評估，從而起到再次優(yōu)化綠色建筑項(xiàng)目的作用。

4 結(jié)語

總的來說，BIM技術(shù)支持構(gòu)建多維模型，能夠確定多個(gè)關(guān)于建筑的指標(biāo)，分析建筑設(shè)計(jì)、運(yùn)營以及維護(hù)等各類信息，為建筑設(shè)計(jì)提供足夠的信息基礎(chǔ)，協(xié)調(diào)好建筑與環(huán)境的發(fā)展關(guān)系，保障綠色節(jié)能技術(shù)在建筑工程中的有效使用。兩者高度的適配性使得建筑的功能得到充分的展現(xiàn)，該技術(shù)在適用環(huán)境、節(jié)約能源與材料、現(xiàn)場施工監(jiān)管等方面的成功應(yīng)用，也可為類似項(xiàng)目提供綠色施工設(shè)計(jì)參考，有效推動(dòng)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

[1]周哲敏,劉占省,王競超,王歡歡. BIM技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展及使用情況研究[A]. 天津大學(xué)、天津市鋼結(jié)構(gòu)學(xué)會(huì).第十七屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].天津大學(xué)、天津市鋼結(jié)構(gòu)學(xué)會(huì):全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)學(xué)術(shù)委員會(huì),2017:7.

[2]朱瑜.試論基于BIM技術(shù)的綠色建筑設(shè)計(jì)[J].中國住宅設(shè)施,2020(08):38-39.

[3]高瑋.基于BIM的綠色建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用研究[J].產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究,2019(10):60+62.

[4]李詩,李建霖. 淺談BIM技術(shù)在綠色建筑全生命周期中的能耗研究[A]. 中共沈陽市委、沈陽市人民政府.第十七屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].中共沈陽市委、沈陽市人民政府:沈陽市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì),2020:6.

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1007-6344（2021）01-0083-02