趙宇飛，郝慧敏，陳雄，籍存德

（廣東石油化工學(xué)院 建筑工程學(xué)院，廣東 茂名525000）

1 引言

據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，2018 年，全國(guó)建筑業(yè)企業(yè)完成總產(chǎn)值約2 350 000 億元，同比增長(zhǎng)9.9%，但建筑業(yè)增加值的增速仍低于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的增速，行業(yè)利潤(rùn)率連續(xù)兩年下滑，可以預(yù)見(jiàn)的是，2019 年這種態(tài)勢(shì)將會(huì)持續(xù)，建筑行業(yè)面臨重大變革，由粗放型建設(shè)轉(zhuǎn)型為集約型、可持續(xù)發(fā)展模式【1】。而設(shè)計(jì)階段基本決定總成本的70%，成為改革的先頭軍。建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗高、能效低是建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)已無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)況。

住宅建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)是建筑物的重要組成部分，包括外墻、門(mén)窗、屋面等構(gòu)造【2】，而住宅建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是整個(gè)工程設(shè)計(jì)非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，基本決定了建筑的節(jié)能形式是主動(dòng)節(jié)能還是被動(dòng)節(jié)能，以及預(yù)期達(dá)到的節(jié)能效果。而目前，節(jié)能設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)脫節(jié)，節(jié)能設(shè)計(jì)變成彌補(bǔ)式被動(dòng)工作，阻礙了建筑工程設(shè)計(jì)的發(fā)展。因此，住宅建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)集成設(shè)計(jì)研究亟待解決。

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)的出現(xiàn)，為傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)注入一股強(qiáng)心劑。眾所周知，目前BIM 主要應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)，同時(shí)還應(yīng)用于工程建造與管理的數(shù)據(jù)化工具，它的出現(xiàn)，對(duì)住宅建筑的信息化、可視化模型的整合起到至關(guān)重要的作用，使得工程技術(shù)人員可同時(shí)對(duì)建筑信息模型做出正確理解和響應(yīng)【3】，住宅建筑常用的軟件是Autodesk Revit、Benetly Building 及ArchiCAD 等。各類(lèi)軟件可實(shí)現(xiàn)建筑各專(zhuān)業(yè)協(xié)同集成設(shè)計(jì)，成為工程設(shè)計(jì)人員、高校學(xué)者、軟件開(kāi)發(fā)人員等研究的重點(diǎn)。

本文通過(guò)總結(jié)歸納建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，利用BIM 模型對(duì)建筑不同外圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造進(jìn)行節(jié)能分析，形成基于BIM的住宅建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材質(zhì)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)集成設(shè)計(jì)的策略。

2 住宅建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)

住宅建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱、保溫性能關(guān)系到節(jié)能效果和性能，如果外圍結(jié)構(gòu)無(wú)法達(dá)到保溫指標(biāo)，則會(huì)增加能耗，住宅建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過(guò)程是非穩(wěn)態(tài)模式，受到諸多因素影響，外墻、門(mén)窗、屋面等構(gòu)成了整個(gè)的空間體系，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建保溫性能直接影響室內(nèi)熱環(huán)境【4】。常用的方式有外墻內(nèi)、外保溫，門(mén)窗及玻璃材質(zhì)，屋面類(lèi)型和材質(zhì)，房屋朝向等，不同材質(zhì)的導(dǎo)溫、傳熱系數(shù)等熱工性能不同，不同的建筑構(gòu)造、朝向等均會(huì)影響室內(nèi)熱環(huán)境。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式是建筑設(shè)計(jì)完成后，再進(jìn)行建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)，此時(shí)建筑方案已很難進(jìn)行大的更改，不利于建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)。

3 集成設(shè)計(jì)

建筑設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及建筑功能、造型和空間要求等各方面要求，同時(shí)也涉及不同專(zhuān)業(yè)不同階段的有機(jī)結(jié)合。現(xiàn)有的單向流水式的設(shè)計(jì)流程已不適用于住宅建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。集成設(shè)計(jì)有別于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，主要區(qū)別在于設(shè)計(jì)不同階段多專(zhuān)業(yè)的協(xié)同配合【5】，在工程設(shè)計(jì)初期即考慮建筑的主、被動(dòng)節(jié)能方式和各外圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同材質(zhì)的性能，從而優(yōu)化工程設(shè)計(jì)。集成設(shè)計(jì)需要各專(zhuān)業(yè)共同配合，解決既定功能要求下的節(jié)能目標(biāo)，更好地服務(wù)于設(shè)計(jì)項(xiàng)目的需求。暖通空調(diào)、設(shè)備機(jī)械在概念方案階段開(kāi)始參與，簡(jiǎn)要計(jì)算能耗，將結(jié)果反饋給建筑設(shè)計(jì)師，建筑設(shè)計(jì)師根據(jù)各專(zhuān)業(yè)反饋，統(tǒng)籌考慮，確定外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造、材質(zhì)以及建筑朝向等，充分發(fā)揮設(shè)計(jì)階段對(duì)節(jié)能的有效性。

4 BIM集成設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

基于BIM 理念的住宅建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)已成為研究的熱點(diǎn)，并且已經(jīng)進(jìn)行了初步的應(yīng)用。操作的主要方法是利用BIM 建筑數(shù)據(jù)可交換的IFC 標(biāo)準(zhǔn)，以gbXML 格式或DXF文件自動(dòng)導(dǎo)入到能耗分析軟件中，進(jìn)行測(cè)試和分析【6】。常用的能耗軟件主要包括：Ecotect、Energy Plus、ANSYS 等。

在集成設(shè)計(jì)時(shí)，BIM 的主要價(jià)值在于可實(shí)現(xiàn)可視化三維模型下的協(xié)同設(shè)計(jì)，各專(zhuān)業(yè)均可通過(guò)BIM 直接或間接地實(shí)現(xiàn)各自的目標(biāo)，其主要優(yōu)點(diǎn)在于可全面系統(tǒng)地考慮各專(zhuān)業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)的需求，以及如何實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的途徑，建筑設(shè)計(jì)師在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)各項(xiàng)工作的完善與深化工作，實(shí)現(xiàn)了各專(zhuān)業(yè)的協(xié)同集成設(shè)計(jì)。而目前，設(shè)計(jì)人員對(duì)該方式的思路比較清晰，但如何實(shí)現(xiàn)充分的信息共享，提高設(shè)計(jì)的效率方面還有待考究。

事實(shí)上，住宅建筑的協(xié)同集成設(shè)計(jì)可認(rèn)為是通過(guò)BIM 三維載體，依托網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)住宅建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的溝通，這更是一種管理模式，其核心內(nèi)容在于住宅建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)表達(dá)，不僅局限于三維實(shí)體，還包括構(gòu)成三維實(shí)體中住宅建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建物理信息，各專(zhuān)業(yè)通過(guò)本專(zhuān)業(yè)目標(biāo)的需要，對(duì)外圍護(hù)構(gòu)建物理信息的深化和豐富，完成了集成化的設(shè)計(jì)模型，這是BIM 理念價(jià)值的集中體現(xiàn)【7】。因此，BIM 協(xié)同集成設(shè)計(jì)各專(zhuān)業(yè)的方法和渠道、內(nèi)容與實(shí)體，是實(shí)現(xiàn)BIM 理念下集成設(shè)計(jì)的重要因素。從公司層面，根據(jù)國(guó)家、省部級(jí)及行業(yè)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)則等制定設(shè)計(jì)的方法，以及BIM 技術(shù)應(yīng)用的策略和各專(zhuān)業(yè)切入節(jié)點(diǎn)，優(yōu)化溝通渠道，打造BIM 軟件集成平臺(tái)，形成基本的操作流程，制定不同階段的會(huì)審和責(zé)任機(jī)制，建立BIM 協(xié)同集成設(shè)計(jì)的方法和各專(zhuān)業(yè)溝通渠道，搭建BIM集成設(shè)計(jì)的基本框架。因此，每個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)人員均可通過(guò)公司集成設(shè)計(jì)平臺(tái)上傳、下載模型信息，并進(jìn)行分析和反饋，使設(shè)計(jì)的效率和效果得到顯著提升。BIM 集成設(shè)計(jì)還體現(xiàn)在設(shè)計(jì)的內(nèi)容和實(shí)體上，各專(zhuān)業(yè)通過(guò)BIM 集成設(shè)計(jì)平臺(tái)，設(shè)置各專(zhuān)業(yè)的項(xiàng)目樣板，對(duì)住宅建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外墻、門(mén)窗等構(gòu)件進(jìn)行規(guī)范化處理，統(tǒng)一設(shè)置各構(gòu)件的熱工性能參數(shù)，形成基于BIM 的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材質(zhì)庫(kù)，根據(jù)能耗分析結(jié)構(gòu)，選用合適的材質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)住宅建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)集成設(shè)計(jì)策略。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)建筑業(yè)形式剖析，以及住宅建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況和對(duì)BIM 技術(shù)的介紹，論述BIM 協(xié)同集成設(shè)計(jì)各專(zhuān)業(yè)的方法和渠道、內(nèi)容與實(shí)體的可操作性，得到以下結(jié)論：

1）通過(guò)BIM 技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)住宅建筑三維實(shí)體與其他常用能耗軟件的無(wú)縫對(duì)接，并進(jìn)行測(cè)試和分析。

2）BIM 理念下住宅建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)集成設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，需從公司層面制定相關(guān)制度，建立基本框架，進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，然后通過(guò)項(xiàng)目層級(jí)得以實(shí)現(xiàn)，各專(zhuān)業(yè)設(shè)置項(xiàng)目樣板，規(guī)范流程，從而實(shí)現(xiàn)住宅外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的集成設(shè)計(jì)策略。