陳佳挺 劉妍

(廈門工學院 福建廈門 361000)

0 引言

城市化發(fā)展離不開建筑，快速的城市擴張也帶來了建筑數(shù)量的增加，建筑作為一種高能耗的活動伴隨著諸多挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計，目前我國建筑業(yè)使用能耗占全國總能耗30%，同時存在能耗高、效率低、高污染問題。政府投入大量的資金推行生態(tài)發(fā)展和綠色環(huán)保，就是為了有效遏制建筑業(yè)的高能耗，創(chuàng)造綠色生態(tài)的可持續(xù)環(huán)境。綠色建筑倡導建筑壽命周期內(nèi)，最大限度地實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、保護環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、舒適和高效的使用空間，其設計理念符合我國的國情。隨著社會對全球生態(tài)環(huán)境的關注，綠色建筑理念逐步進入人們的視野，建筑的響應從能源控制方面擴展到審視建筑全生命周期對生態(tài)環(huán)境的影響，BIM的出現(xiàn)提供了一種全新的建筑設計方式。

1 BIM概述

BIM(Building Information Modeling)，即建筑信息化模型，它的核心是信息，以三維信息技術為基礎，通過數(shù)字化模型，表達建設項目的建筑實體與功能特性。一個完整的建筑信息模型，能夠將建筑不同階段與建筑項目相關信息數(shù)據(jù)都集成到一起，從而準確地對建筑進行描述。

BIM技術可用于分析包括影響綠色條件的采光、能源效率和可持續(xù)性材料等建筑性能的方方面面; 可分析、實現(xiàn)最低的能耗，并借助通風、采光、氣流組織以及視覺對人心理感受的控制等，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保[1]; 采用BIM理念，還可在項目方案完成的同時計算日照、模擬風環(huán)境，為建筑設計的“綠色探索”注入高科技含量, 讓建筑成為真正的“綠色建筑”。

2 傳統(tǒng)建筑設計方法的局限性

2.1 難以適應現(xiàn)在建筑需求

由于經(jīng)濟、技術條件的制約，在過去相當長的一段時間里，我國主要的建筑類型多為中小型建筑，工程規(guī)模和技術難度相對來說不會太大，但是隨著社會需求的增長，建筑的體量、技術復雜程度等都在增加，呈現(xiàn)出建筑規(guī)模大，專業(yè)工種多、技術圖紙繁多的現(xiàn)象，不同專業(yè)甚至同專業(yè)的圖紙在平面、立面、剖面、節(jié)點大樣上不一致、圖紙對不上，都是很常見。

2.2 各專業(yè)設計不同步

傳統(tǒng)的設計流程，各專業(yè)、各設計階段的信息都是分離開，工程圖紙修改很頻繁，如果工程的某一部位進行了圖紙修改，而其它專業(yè)技術人員疏忽沒有同步跟上，那么，就很容易在后期出現(xiàn)很大的矛盾，到了技術交底或者施工環(huán)節(jié)才能發(fā)現(xiàn)問題，造成時間、人力、資源的浪費。這都是源于設計信息之間缺乏共享和有效的自動關聯(lián)之緣故。

2.3 可視性差

傳統(tǒng)的設計圖紙，屬于二維信息的范疇，可視性非常差，工程設計的失誤往往不易被察覺，只能靠設計人員以及審圖人員去把控。如果大型而復雜的工程，設計過程中出現(xiàn)了遺漏、錯誤，這樣就會對完成進度、質量、安全目標的實現(xiàn)造成困擾，從而導致后續(xù)階段綠色性能優(yōu)化難于實現(xiàn)，綠色建筑只能停留在理念上。

2.4 綠色建筑設計效果不理想

綠色建筑很重要的就是對建筑的節(jié)能效果進行分析，包括日照分析、能源測評和可持續(xù)性材料等方面進行分析，而目前建筑師多是參考已有生態(tài)建筑的設計案例和技術手法，沒有在設計初期對項目進行綠色建筑性能分析，只是在項目運營期運用定性與定量的分析方法，對項目進行綠色建筑評價，進而判斷建筑是否節(jié)能、經(jīng)濟、綠色。這樣設計出的建筑，往往不能真正達到綠色建筑的標準[2]。

3 BIM技術在綠色建筑中的應用

3.1 規(guī)劃階段

BIM的產(chǎn)生，為改善綠色建筑設計中的不足帶來了新的契機，為綠色建筑的設計提供了一種全新的技術支持平臺。在項目前期規(guī)劃階段，采用BIM技術與GIS結合，快速調(diào)用場地周邊城市地理環(huán)境信息，生成三維地形基礎數(shù)據(jù)，進行場地環(huán)境分析，對氣象數(shù)據(jù)、地形、功能布局、日照分析、能耗控制、噪聲等進行準確的定位，加上設計師的設計理念，生成適應于場地環(huán)境的建筑形體及規(guī)劃布局。通過可視化的形式，以虛擬現(xiàn)實或者三維動畫多媒體的方式，直觀可視地表達出方案意圖，協(xié)助設計團隊理解規(guī)劃意圖，直觀對比分析方案的優(yōu)劣，并為非專業(yè)人員參與決策提供支持。

3.2 設計階段

(1)將前期階段的BIM模型進行深化設計，各專業(yè)在同一工作平臺上進行方案設計，同專業(yè)或者不同專業(yè)的設計調(diào)整，其他專業(yè)會收到調(diào)整部位的監(jiān)視信息，提醒做相應修改。比如，建筑結構與設備管線的碰撞沖突，如圖1所示，建筑結構標高、位置不一致，都會自動檢查，提醒沖突錯誤，從而避免專業(yè)圖紙矛盾的情況。

圖1 碰撞檢查 高區(qū)消防管與梁碰撞

(2)當設計師完成方案平面的時候，平面、立面、剖面、大樣圖也都會同時完成，智能化程度非常高，使設計變得非常方便快捷。不同于以往CAD的圖層歸類，BIM中revit軟件用的是族的概念，每個族都有很詳細的信息量參數(shù)，比如墻體的厚度、所用的材料、砌筑高度、墻體類別等，在設計人員把族設置在相應的位置后，其關聯(lián)性就形成了。以墻體為例，設置好相關參數(shù)、布置好墻體后，若修改其中某一段墻體的位置，與之相連接的其它他相鄰段的墻體會自動調(diào)整，對墻體的注釋，只需一個命令，會自動注釋墻體的厚度、材料、砌筑高度、類別等參數(shù)，節(jié)省了大量時間。

(3)與概念設計階段的信息，主要集中在外部環(huán)境和規(guī)劃布局不同，深化階段的信息主要集中在建筑內(nèi)部的各種構造和管道綜合，而這也是BIM技術強大的關鍵所在。在這階段可以對建筑進行精確的能耗分析、照明分析、室內(nèi)通風、層高推敲、結構優(yōu)化等，依據(jù)BIM反饋的生態(tài)數(shù)據(jù)進行建筑方法設計的調(diào)整，最終選出滿足設計目標的最優(yōu)方案。比如，對建筑的室外通風進行模擬，中間連廊風速突然放大，可達3.5m/s，嚴重影響人的正常活動，對方案進行調(diào)整，在連廊處加一扇窗之后發(fā)現(xiàn)中間連廊風速降低，整體風速均低于0.5m/s，連廊處窗出口風速也僅為1m/s左右，如圖2所示。

圖2 優(yōu)化前后室外通風對比

3.3 施工階段

利用BIM可視化的優(yōu)勢，進行三維施工方案討論，讓施工人員充分理解節(jié)能方案，減少施工過程中的溝通時間，節(jié)約施工時間，按既定方案施工，使施工成果與設計目標一致。對節(jié)能設計施工的重點難點部位進行分析，減少復雜節(jié)點在施工中帶來的施工技術風險，保證綠色建筑的施工質量，同時降低施工過程停工、窩工、返工的風險。

3.4 運營階段

建筑建成后交付使用，后期的運營維護以及建筑能耗指標是非常關鍵。與以往后期維護運營單靠二維竣工圖不同，BIM技術后續(xù)的生命周期運營維護為這方面問題提供了強大的技術支持[3]。項目交付使用后，建設單位收獲的是準確的BIM 三維文件，在三維文件里可以監(jiān)測建筑物的節(jié)能指標。若某些節(jié)點發(fā)生損壞導致能耗指標不正常，管理人員可以利用三維文件內(nèi)的導航地圖到達建筑物的任何部位，對建筑物的任一構件進行查看，比如外墻保溫板的設計資料、施工資料、設備材料供應商和產(chǎn)地、質量、品牌型號等資料，使建筑及時得到維護和保修，從而保證建筑節(jié)能效果，同時指導后期建筑的能耗運營方案。

4 結語

BIM技術的深入研究與使用，極大地提升了綠色建筑設計的科學化以及可持續(xù)性，有效地提升了設計人員的工作效率，其強大的信息管理能力為各種相關的模擬計算和模擬提供了堅實的技術基礎，從技術角度突破了建筑業(yè)長期存在的弊病，為綠色建筑的落地實施提供了技術保障，對綠色建筑的普及，極具推廣意義。