■郭榮軍劉敬東王璽文

(1.2.3.沈陽建筑大學(xué)設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院，遼寧沈陽 110168)

基于BIM的綠色建筑室內(nèi)空氣質(zhì)量改善研究

■郭榮軍1劉敬東2王璽文3

(1.2.3.沈陽建筑大學(xué)設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院，遼寧沈陽 110168)

由于建筑的裝修、家具等行業(yè)使用越來越多的化學(xué)藥品和不合格產(chǎn)品，造成室內(nèi)空氣質(zhì)量下降。據(jù)北京某兒童醫(yī)院醫(yī)生統(tǒng)計(jì)，室內(nèi)環(huán)境的污染造成的兒童白血病發(fā)病率的增長，在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)患者中近90%的家庭在近期裝修過。由此看來，室內(nèi)空氣質(zhì)量已逐漸成為建筑室內(nèi)環(huán)境的主要矛盾，在綠色建筑發(fā)展過程中成為一個(gè)熱點(diǎn)話題，同時(shí)也是世界關(guān)注的焦點(diǎn)之一。

1 綠色建筑與室內(nèi)空氣環(huán)境

1.1 綠色建筑的發(fā)展

綠色建筑的發(fā)展主要是在設(shè)計(jì)、建造、使用、維護(hù)等全過程中有效的運(yùn)用技術(shù)手段，從而達(dá)到“四節(jié)一環(huán)保一管理”的指標(biāo)。由此看來我們必須全方位的關(guān)注綠色建筑，其中建筑的內(nèi)部環(huán)境作為建筑的一部分，之所以強(qiáng)調(diào)室內(nèi)環(huán)境,是因?yàn)楝F(xiàn)在的主流思想是在內(nèi)外部環(huán)境之間爭(zhēng)取一個(gè)平衡的關(guān)系,而建筑用戶對(duì)其室內(nèi)居住環(huán)境的安全、舒適以及健康,表現(xiàn)出更高的需求，這也在《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中有所表示。

1.2 室內(nèi)空氣質(zhì)量及其影響因素

室內(nèi)空氣質(zhì)量指室內(nèi)空氣中各種成分的含量，建筑物內(nèi)部空氣質(zhì)量的好壞反映了人們對(duì)環(huán)境要求的健康程度，然而室內(nèi)空氣污染程度指各種氣體成分的含量的多少，用來指示環(huán)境健康和適宜居住的重要指標(biāo)，甚至可以反應(yīng)出一地的空氣狀況。

通常影響室內(nèi)空氣質(zhì)量的因素包括室內(nèi)溫濕度、入室新風(fēng)量、有害氣體的產(chǎn)生與排出、室內(nèi)氣流與室外風(fēng)速和室內(nèi)物品對(duì)空氣的釋放型污染等方面；另外房子空調(diào)利用頻率高、開窗通風(fēng)少等同樣造成有害物質(zhì)超標(biāo)。如圖（1）所示室內(nèi)空氣污染因素在建筑物室內(nèi)環(huán)境中的污染過程

2 建筑信息模型（BIM）

2.1 BIM模型一體化

目前在國內(nèi)設(shè)計(jì)院所、單位在方案設(shè)計(jì)階段中幾乎都在使用傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)，確實(shí)提高不少工作效率,但是本質(zhì)上和手繪沒有大的區(qū)別，這類軟件創(chuàng)建的只是建筑幾何模型,建筑構(gòu)件也只是通過簡(jiǎn)單的幾何體的組成,無法包含詳細(xì)的屬性、參數(shù)等。而BIM的三維模型不是簡(jiǎn)單的將數(shù)字信息進(jìn)行集成,它是將數(shù)字信息應(yīng)用于設(shè)計(jì)、建造、管理的可視化、數(shù)字化、協(xié)同性和共享化方法。通過Revit、ArchiCAD等三維系?和軟件結(jié)合，以往需要耗費(fèi)很長時(shí)間用來解析模型的，現(xiàn)在可以通過軟件簡(jiǎn)單迅速的完成。其中，設(shè)計(jì)師針對(duì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造以及運(yùn)營過程中所達(dá)到的可視化成果，方便有效的與業(yè)主方進(jìn)行溝通、討論與決策，并給予科學(xué)定量分析。

2.2 BIM的動(dòng)態(tài)管理

BIM不是一個(gè)割裂的孤獨(dú)的3D模型，在模型上還可融入4D控制系統(tǒng)。即在建筑物的施工完成后，根據(jù)施工的組織設(shè)計(jì)模擬實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，從而確定合理的施工方案來指導(dǎo)施工，避免現(xiàn)場(chǎng)問題，提高工作效率，充分保障了綠色建筑設(shè)計(jì)過程中的科學(xué)性和合理性。

3 BIM在綠色建筑空氣質(zhì)量問題中的研究方法

3.1 建設(shè)階段——設(shè)計(jì)分析與施工優(yōu)化

（1）溫濕度指標(biāo)控制。通過BIM完成的建筑物模型，導(dǎo)入分析軟件Ecotect中并載入當(dāng)?shù)貧庀筚Y料對(duì)整個(gè)建筑物及其室內(nèi)做出模擬研究，分析周圍物體溫度、室內(nèi)溫度、平均輻射和空氣相對(duì)濕度情況等。通過適當(dāng)調(diào)整材料與設(shè)備，既達(dá)到室內(nèi)舒適度，也在一定程度上減少室內(nèi)灰塵和抑制細(xì)菌滋生。

（2）建筑通風(fēng)換氣。綠色建筑評(píng)價(jià)技術(shù)細(xì)則中表示：在綠色建筑評(píng)價(jià)技術(shù)細(xì)則中表示：為滿足人的健康要求，建筑物內(nèi)會(huì)設(shè)置新風(fēng)換氣系統(tǒng)，引入室外新鮮空氣，排出室內(nèi)有害氣體都是有利于降低室內(nèi)空氣污染的有效措施。然而綠色建筑的設(shè)計(jì)上特別強(qiáng)調(diào)自然通風(fēng)，既縮短空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，又有助于降低空調(diào)能耗。這就要求對(duì)所在地及相對(duì)的風(fēng)向條件做詳細(xì)了解，得出正確的建筑通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，然而通過BIM可視化模擬當(dāng)?shù)仫L(fēng)向及風(fēng)速，設(shè)計(jì)過程中可以通過調(diào)整門窗得方向與開窗的大小來處理通風(fēng)口位置和尺寸，以及改變通風(fēng)口布局等來改善室內(nèi)流場(chǎng)的分布情況，如形成的“穿堂風(fēng)”，引導(dǎo)室內(nèi)氣流組織有效的通風(fēng)換氣，使混濁氣體快速排出。

■圖1 室內(nèi)空氣污染過程

■圖2 室內(nèi)空氣環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)控流程圖

（3）設(shè)備的改善優(yōu)化。由于建筑內(nèi)部的系統(tǒng)設(shè)備與建筑物本身有著一定的關(guān)聯(lián)性和特殊性，所以必須強(qiáng)化設(shè)備控制有害氣體的產(chǎn)生與排出。在BIM模型基礎(chǔ)上根據(jù)房間布置，添加空調(diào)系統(tǒng)信息，再輸入空調(diào)系統(tǒng)和設(shè)備參數(shù)，根據(jù)送風(fēng)口和回風(fēng)口的具體位置仿真模擬。這樣一定程度上降低了空調(diào)的運(yùn)行能耗，也保證了室內(nèi)空氣的清潔。

（4）日照分析與環(huán)保材料的選擇。從綠色建筑的角度看，建筑物受光面上的開窗的位置、大小、類型都影響了室內(nèi)環(huán)境，包括使用的材料以及家具裝飾等。例如在炎熱的夏日，為防止太陽直射和減少過多熱量進(jìn)入室內(nèi)，引起家具與材料的放量異常，通過Revit的建筑模型利用分析軟件Ecotect Analysis分析建筑物外墻及室內(nèi)受光面的時(shí)間和受輻射程度，那么就于綠色建筑來講設(shè)置合理尺寸、形式的陽光反射遮陽板是必不可少的。當(dāng)然這個(gè)例子還應(yīng)綜合考慮建筑能耗，室內(nèi)舒適度等多方面因素，并從中找到一個(gè)適當(dāng)?shù)钠胶恻c(diǎn)。此外不同地區(qū)、不同環(huán)境需要選用不同的生態(tài)環(huán)保材料或是污染小的建筑材料，例如目前使用的材料主要包括空氣凈化功能的納米復(fù)相涂覆材料、產(chǎn)生負(fù)離子功能的材料，以及稀土激活保健抗菌材料、濕溫度調(diào)節(jié)材料等等。

3.2 運(yùn)維階段——?jiǎng)討B(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

動(dòng)態(tài)管理化主要表現(xiàn)在施工完成后，通過BIM運(yùn)維監(jiān)控平臺(tái)的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)建筑物的室內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的監(jiān)測(cè)并適時(shí)調(diào)控，包括建筑物室內(nèi)空氣污染物的濃度監(jiān)測(cè)、跟蹤監(jiān)測(cè)、檢測(cè)信息反饋以及警報(bào)和控制系統(tǒng)、控制室內(nèi)空氣污染程度，從而保護(hù)人體健康，如圖2所示室內(nèi)空氣環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)控流程圖。

在主要功能房間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，由于建筑物所處環(huán)境和室內(nèi)人員的變化，導(dǎo)致室內(nèi)溫濕度有所變化，二氧化碳以及空氣污染物的含量也會(huì)增加，先利用計(jì)算機(jī)參數(shù)化的設(shè)定上、下限數(shù)值，通過傳感器對(duì)室內(nèi)空氣環(huán)境中的二氧化碳濃度和空氣中所含污染物的濃度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，由傳感器輸出的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，將所采集到的有關(guān)信息指數(shù)傳輸?shù)紹IM監(jiān)控平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)以及分析，并與設(shè)定的參數(shù)值進(jìn)行比較，例如二氧化碳濃度和空氣中所含污染物的濃度超標(biāo)或不在設(shè)定的范圍時(shí)能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)報(bào)警提示給相關(guān)工作管理人員，調(diào)控人員檢測(cè)通風(fēng)設(shè)備的工作狀態(tài)，以及室內(nèi)空氣污染監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)程度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)通風(fēng)和溫濕度的調(diào)節(jié)。

由于建筑物所處不同的地域環(huán)境，在切實(shí)施工優(yōu)化過程中需要根據(jù)不同的信息進(jìn)行適時(shí)調(diào)節(jié)，從而提升建筑物整體環(huán)境質(zhì)量。

4 結(jié)語

目前借助BIM技術(shù)對(duì)建筑室內(nèi)空氣質(zhì)量的改善,從單純的設(shè)計(jì)階段擴(kuò)展到建筑全生命周期,貫穿于設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營、維護(hù)等全過程,具備更廣泛的意義,大幅提升了綜合效率。然而從深層次上挖掘人-建筑-環(huán)境之間的關(guān)系，真正實(shí)現(xiàn)綠色建筑要求，還需要不斷探索。相信不久的將來，綜合利用BIM進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)的技術(shù)會(huì)越來越完善，實(shí)現(xiàn)一個(gè)既符合生活物質(zhì)功能需求，又符合健康要求的和諧人居的室內(nèi)環(huán)境。

（責(zé)任編輯：賀 輝）

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BIM-based Green Building indoor Air Quality Improvement Research

Guo Rongjun1& Liu Jingdong2& Wang Xiwen3

本文分析了建筑設(shè)計(jì)與裝修行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，并從綠色建筑的理念出發(fā)分析了影響室內(nèi)空氣質(zhì)量問題的因素。進(jìn)而對(duì)BIM的概念和優(yōu)勢(shì)進(jìn)行闡述，提出了基于BIM技術(shù)在綠色建筑空氣質(zhì)量問題中的研究方法，即在項(xiàng)目建設(shè)階段對(duì)建筑室內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行的改善與優(yōu)化，以及在運(yùn)營階段通過BIM監(jiān)控平臺(tái)對(duì)建筑物的室內(nèi)空氣質(zhì)量情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)管理。由此驗(yàn)證BIM技術(shù)在綠色建筑全過程中有效的改善建筑室內(nèi)空氣質(zhì)量的可行性，以引領(lǐng)我國建筑設(shè)計(jì)行業(yè)健康有利的發(fā)展。

建筑信息模型（BIM）；綠色建筑；室內(nèi)空氣質(zhì)量

This paper analyzes the development of architectural design and decoration industries, and starting from the concept of green building analyzes the factors that affect indoor air quality problems. Further elaborated the concept and advantages of BIM, BIM technology proposed improvement and optimization methods in green building based on air quality issues, namely the construction phase of the project for construction of the indoor environment, as well as during the operational phase of the building by BIM monitoring platform indoor air quality material dynamic monitoring and management. Thus verify the feasibility of BIM technology in the entire process of green building effective improvement of indoor air quality in order to lead a healthy development of China's favorable architectural design industries.

Building Information Modeling (BIM ); Green Building ; Indoor Air Quality

TS664.01；TU-023

A

1006-8260(2014)05-0062-02