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        碳中和背景下BIM技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)探討

        2022-12-31 02:47:37
        中國(guó)建筑裝飾裝修 2022年16期
        關(guān)鍵詞:建筑設(shè)計(jì)利用綠色

        周 波

        建筑是能源耗損最多的行業(yè)之一,故建筑行業(yè)是中國(guó)落實(shí)“3060”雙碳計(jì)劃的重要領(lǐng)域。建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)技術(shù)既可以有效解決綠色建筑理念融入到建筑設(shè)計(jì)中的難點(diǎn),又能深入解決各種跨學(xué)科的專業(yè)問(wèn)題,為建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)造有利條件。

        1 BIM 技術(shù)概述

        1.1 BIM 技術(shù)簡(jiǎn)述

        BIM 三維建模技術(shù)對(duì)造價(jià)、施工、管理等方面展開(kāi)研究,能夠通過(guò)可視化、仿真化技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑工程參數(shù)和信息的協(xié)同工作,并模擬建筑的設(shè)計(jì)、建造、管理及使用等全生命周期,從而實(shí)現(xiàn)建筑全過(guò)程、全要素的統(tǒng)籌管理。運(yùn)用BIM技術(shù)獲取信息,能進(jìn)一步提高建筑質(zhì)量、增強(qiáng)工作效率、提升經(jīng)濟(jì)收益、精簡(jiǎn)工作環(huán)節(jié)以及強(qiáng)化作業(yè)的合理性。

        1.2 BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

        (1)優(yōu)化性和模擬性。BIM 技術(shù)的優(yōu)化性是指通過(guò)提高建筑信息的精準(zhǔn)性來(lái)完善施工方案,即要求技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)建筑自身的實(shí)際狀況有效利用BIM 技術(shù),并第一時(shí)間改善現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方案,保障合理規(guī)劃施工進(jìn)展[1]。模擬性特點(diǎn)是指在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中使用BIM 技術(shù)來(lái)模擬建筑的節(jié)能、日照等狀況,極大提高了招投標(biāo)時(shí)期設(shè)計(jì)方案的真實(shí)性。

        (2)可視化和協(xié)調(diào)性。BIM 技術(shù)具備可視化特點(diǎn),技術(shù)人員通過(guò)建立完整的建筑模型可以分析建筑的結(jié)構(gòu)是否合理,而建筑結(jié)構(gòu)自身的復(fù)雜性導(dǎo)致設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)遇到許多難題,合理使用BIM技術(shù)有利于施工人員全面實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的可視化。相較于傳統(tǒng)技術(shù),BIM 技術(shù)具有更加突出的協(xié)調(diào)性,不但促進(jìn)設(shè)計(jì)人員和施工企業(yè)間協(xié)調(diào)合作,還能在最短時(shí)間內(nèi)制定出相應(yīng)的施工難點(diǎn)解決方案。此外,科學(xué)利用BIM 技術(shù)能夠防止設(shè)計(jì)人員間的交流障礙,保證設(shè)計(jì)工作順利完成。

        (3)參考性和完備性。利用BIM 技術(shù)可以為設(shè)計(jì)人員展示更為準(zhǔn)確的參考信息,從設(shè)計(jì)模型的基本數(shù)據(jù)方面提高方案的合理性,進(jìn)而保證后續(xù)方案的執(zhí)行能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。而B(niǎo)IM 技術(shù)的完備性是指將綜合工程信息進(jìn)行詳細(xì)分類,并將每種建筑信息精準(zhǔn)地記載、傳送。

        2 碳中和背景下BIM 技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的意義

        2.1 節(jié)約能源

        在評(píng)判建筑物是否符合綠色建筑要求時(shí),可利用BIM 技術(shù)構(gòu)建建筑模型,并使用耗能檢測(cè)軟件來(lái)評(píng)判該建筑物耗能量能否達(dá)到規(guī)定的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)與建筑轄區(qū)氣象部門(mén)播報(bào)的氣象信息進(jìn)行比較,從而將建筑耗能控制在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能范圍內(nèi)。另外,利用BIM 技術(shù)研究室外的光照強(qiáng)度,購(gòu)買、更換太陽(yáng)能設(shè)備,還能夠研究室外的自然采光效果,降低人為照明導(dǎo)致的能源損耗[2]。而利用BIM技術(shù)設(shè)計(jì)綠色建筑時(shí),能夠提高綠色建筑的合理性、減少能源耗損,同時(shí)還能提升能源利用的有效性,實(shí)現(xiàn)碳中和的發(fā)展目標(biāo)。不僅如此,將BIM 技術(shù)融入綠色建筑中還可以減少環(huán)境污染、提高大眾生活品質(zhì),同時(shí)減輕設(shè)計(jì)人員的壓力,并且能為設(shè)計(jì)人員展示真實(shí)有效的數(shù)據(jù)信息,從而提高設(shè)計(jì)人員的工作效率。

        2.2 節(jié)約材料

        BIM 技術(shù)能夠利用材料的整合信息在較短時(shí)間內(nèi)核算出項(xiàng)目整體所需要的材料總量,按照建筑結(jié)構(gòu)合理分配用量,并對(duì)施工人員進(jìn)行引導(dǎo),從而達(dá)到綠色建筑的施工用料要求[3]。另外,使用BIM技術(shù)還能夠把水、電、暖等要素有效融入建筑設(shè)計(jì)中,針對(duì)線路撞擊及其他問(wèn)題實(shí)行排查,防止出現(xiàn)材料浪費(fèi)的現(xiàn)象。

        3 BIM 技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用原則

        3.1 經(jīng)濟(jì)性原則

        綠色建筑的建造、運(yùn)作、保養(yǎng)等工作環(huán)節(jié)煩瑣,若設(shè)計(jì)不符合實(shí)際要求,易產(chǎn)生投入成本高而經(jīng)濟(jì)收益低等情況[4]。結(jié)合BIM 技術(shù)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)需要遵守經(jīng)濟(jì)性原則,選擇適用、經(jīng)濟(jì)的建筑材料和技術(shù),保證在節(jié)能減排的前提下縮減成本,提高綠色建筑的經(jīng)濟(jì)效益。

        3.2 節(jié)能性原則

        為進(jìn)一步符合綠色建筑的設(shè)計(jì)要求,需要根據(jù)節(jié)能性原則進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)工作,科學(xué)制定資源節(jié)約指標(biāo),設(shè)計(jì)健全的建筑方案,確保提高資源利用率。在設(shè)計(jì)建筑項(xiàng)目時(shí),應(yīng)盡可能使用可再生資源,結(jié)合本地氣候條件、自然環(huán)境的實(shí)際特點(diǎn),對(duì)光照、保暖及通風(fēng)等多個(gè)方面進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì),節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)綠色建筑設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)。

        3.3 舒適性原則

        建筑項(xiàng)目的舒適性與資源損耗間存在一定沖突。例如,在夏季高溫天氣下,為保持室內(nèi)的舒適性而利用空調(diào)降溫,這會(huì)導(dǎo)致消耗一部分電能,與節(jié)能減排的要求沖突。應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行節(jié)能減排設(shè)計(jì)時(shí)就需要考慮舒適度的問(wèn)題,通過(guò)模型來(lái)模擬建筑空間狀況,在提升舒適度的同時(shí)也應(yīng)保證建筑項(xiàng)目能夠達(dá)到碳中和目標(biāo)。

        4 碳中和背景下BIM 技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用

        4.1 設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

        設(shè)計(jì)階段作為工程項(xiàng)目的主要構(gòu)成部分,設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接決定著工程安全與建造成本,BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:第一,使用BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)綠色建筑可以隨時(shí)提醒設(shè)計(jì)人員要踐行綠色環(huán)保理念,落實(shí)碳中和的有關(guān)政策,使每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都能體現(xiàn)環(huán)保理念。第二,在正式施工前,利用建立的三維模型向客戶進(jìn)行模擬演示,可將水電、土建、安裝以及消防等施工環(huán)節(jié)直接呈現(xiàn)到客戶面前。第三,利用BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)方案時(shí),可對(duì)機(jī)電、土建、鋼結(jié)構(gòu)等施工環(huán)節(jié)展開(kāi)建模設(shè)計(jì),并將有關(guān)數(shù)據(jù)信息輸入軟件內(nèi),對(duì)建筑工程展開(kāi)可視化、參數(shù)化設(shè)計(jì)。第四,BIM 技術(shù)可為設(shè)計(jì)、施工人員及時(shí)傳送數(shù)據(jù)信息,降低施工過(guò)程中發(fā)生問(wèn)題的可能性。根據(jù)工程施工的具體需求改善、調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)功能,解決誤差、設(shè)計(jì)不符合要求等問(wèn)題,從而確保設(shè)計(jì)方案具有較強(qiáng)的可行性[5]。第五,使用BIM 技術(shù)還能對(duì)施工項(xiàng)目的設(shè)計(jì)變動(dòng)情況進(jìn)行跟蹤管理,第一時(shí)間了解施工項(xiàng)目的實(shí)際狀況,依據(jù)施工場(chǎng)地情況反饋的問(wèn)題在BIM 模型中及時(shí)檢驗(yàn)并回復(fù),合理改善、調(diào)整設(shè)計(jì)方案。第六,使用BIM 技術(shù)還能儲(chǔ)存變動(dòng)后的數(shù)據(jù)信息,保證設(shè)計(jì)更加符合實(shí)際要求,規(guī)避某些隱患。按照施工項(xiàng)目的設(shè)計(jì)需要?jiǎng)?chuàng)建不止一個(gè)數(shù)據(jù)信息資源庫(kù),全方位、詳細(xì)地記載模擬產(chǎn)生的數(shù)據(jù),為完善設(shè)計(jì)方案奠定基礎(chǔ)[6]。

        4.2 施工階段的應(yīng)用

        具體施工時(shí),BIM 技術(shù)的應(yīng)用既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)施工各個(gè)環(huán)節(jié)系統(tǒng)化的綜合管理,又可以全面監(jiān)管建筑的施工質(zhì)量,把建造中的建筑特點(diǎn)全面展示在技術(shù)軟件中,同時(shí)還能夠直接觀察設(shè)計(jì)方案中的模型信息。在具體建設(shè)過(guò)程中,為從根源上保障建筑設(shè)計(jì)的品質(zhì),既應(yīng)提升施工要求,還應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建筑的每個(gè)構(gòu)件。例如,機(jī)電設(shè)計(jì)時(shí)因機(jī)電裝備的種類、數(shù)量各不相同,會(huì)造成施工能源嚴(yán)重浪費(fèi)的現(xiàn)象,導(dǎo)致工程效率下降。在使用BIM 技術(shù)進(jìn)行機(jī)電設(shè)計(jì)時(shí),不僅要使用綜合法對(duì)機(jī)電的線路展開(kāi)具體研究,還應(yīng)根據(jù)實(shí)際狀況聯(lián)合設(shè)計(jì)方案,制定適合建筑具體施工要求的節(jié)能減排方案。對(duì)建筑全過(guò)程實(shí)施監(jiān)管時(shí),使用BIM 技術(shù)不但能夠有效觀察建筑的耗損狀況,還可以直接展示建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中的綜合施工數(shù)據(jù)[7]。另外,利用BIM 技術(shù)可以重點(diǎn)監(jiān)管建筑設(shè)計(jì)中的重要部分,使管理人員可以隨時(shí)掌握工程施工進(jìn)度,確保建筑工程能夠高質(zhì)量完成。此外,還應(yīng)大力推廣零能耗、零碳建筑,創(chuàng)造良好的生產(chǎn)、生活和工作環(huán)境。

        4.3 統(tǒng)籌階段的應(yīng)用

        BIM 技術(shù)可以有效把控綠色建筑的設(shè)計(jì)環(huán)境,對(duì)周圍環(huán)境設(shè)計(jì)展開(kāi)綜合演算,為后續(xù)設(shè)計(jì)技術(shù)改進(jìn)及調(diào)整奠定有效的理論依據(jù)。在具體開(kāi)展建筑設(shè)計(jì)時(shí),使用該技術(shù)既可以直接構(gòu)建三維立體建筑模型,又可以對(duì)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,并研究整合多個(gè)模型背景下的數(shù)據(jù)信息,制作綠色建筑設(shè)計(jì)的整體方案,進(jìn)而改善整個(gè)建筑設(shè)計(jì)模型[8]。對(duì)建筑進(jìn)行統(tǒng)籌時(shí),不但可以確保綠色建筑的數(shù)據(jù)模型得到合理有效的應(yīng)用,而且還可以保障制作建筑設(shè)計(jì)模型過(guò)程中多方數(shù)據(jù)共同進(jìn)行核算,防止數(shù)據(jù)溝通過(guò)程中發(fā)生交流障礙等狀況,合理提高建筑整體的施工質(zhì)量。為了使綠色環(huán)保需求與建筑設(shè)計(jì)方案有效融合,打造更為合理的建筑設(shè)計(jì)統(tǒng)籌平臺(tái),可以應(yīng)用BIM 技術(shù)中的分享設(shè)計(jì)模塊功能區(qū),在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中達(dá)成施工單位間的有效交流,從而設(shè)計(jì)出更加符合住戶需求的方案。此外,利用BIM 技術(shù)自身的優(yōu)勢(shì)還能夠彌補(bǔ)以往施工方式中難以協(xié)調(diào)、審核的缺陷,為設(shè)計(jì)方案的整體改進(jìn)與設(shè)計(jì)規(guī)劃的合理布局創(chuàng)造良好的工作氛圍。

        4.4 結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用

        利用BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)綠色建筑能夠?qū)δ承┘?xì)節(jié)問(wèn)題展開(kāi)深入溝通,提高設(shè)計(jì)的合理性。在使用BIM 技術(shù)的過(guò)程中應(yīng)最大限度避免刪改設(shè)計(jì)信息,以便對(duì)施工過(guò)程實(shí)施更加深入的管控。另外,BIM技術(shù)能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)管,監(jiān)控工程質(zhì)量,進(jìn)而更為高效地推動(dòng)建筑施工進(jìn)度。

        4.5 日照分析的應(yīng)用

        綠色建筑設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是降低碳排放,利用建筑物自身來(lái)達(dá)到保溫效果。利用BIM 技術(shù)能夠在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)日照展開(kāi)分析,還能夠使用某些軟件共同研究輻射情況,根據(jù)研究結(jié)論來(lái)規(guī)劃日常活動(dòng)區(qū)域與施工所需材料[9]。此外,植被在美化環(huán)境的同時(shí)還能降低噪音,對(duì)此可以按照植被的作用通過(guò)BIM 技術(shù)進(jìn)行細(xì)致規(guī)劃。

        研究采光時(shí),應(yīng)盡可能地模擬采光的各個(gè)環(huán)節(jié),制定出符合要求的窗戶尺寸和方位。同時(shí)還應(yīng)充分結(jié)合窗外環(huán)境,使用模擬技術(shù)有效模擬各種噪音,制定出適合的減噪方案,并利用模擬技術(shù)模擬每個(gè)房間聽(tīng)到的噪音,科學(xué)合理優(yōu)化房間功能。如可將會(huì)議室安排在噪音相對(duì)較低的方位,將某些娛樂(lè)場(chǎng)地設(shè)計(jì)在噪音相對(duì)較高的方位等。

        5 碳中和背景下BIM 技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

        5.1 BIM+云計(jì)算技術(shù)

        第一,云計(jì)算作為一種以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的計(jì)算方法,其分享的硬件、軟件與信息資源能夠根據(jù)要求傳送給電腦或其他終端設(shè)備運(yùn)用。將BIM 和云計(jì)算有效結(jié)合使用,可利用云計(jì)算優(yōu)點(diǎn)將BIM 運(yùn)用升級(jí)成云服務(wù)。第二,云計(jì)算具有較強(qiáng)的運(yùn)算能力,能夠把BIM 運(yùn)用過(guò)程中出現(xiàn)的核算量多、較為復(fù)雜的某些工作上傳至云端,從而提高核算速度。第三,云計(jì)算擁有較大儲(chǔ)存空間,能夠保存大量的數(shù)據(jù)信息,還能將數(shù)據(jù)信息同步上傳至云端,便于使用者不受時(shí)間、空間限制,隨時(shí)訪問(wèn)并和相關(guān)人員進(jìn)行信息分享。第四,云計(jì)算可使BIM 技術(shù)擺脫室內(nèi)辦公的局限性,在施工場(chǎng)地可利用移動(dòng)裝備及時(shí)與云服務(wù)銜接,從而第一時(shí)間獲得所需的有關(guān)BIM 技術(shù)的數(shù)據(jù)信息。

        5.2 BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

        BIM 和物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合使用,實(shí)際是將整個(gè)建筑施工過(guò)程的信息進(jìn)行組合與整理。BIM 技術(shù)能夠充分展現(xiàn)上層信息的集合、交替、呈現(xiàn)與管控,而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對(duì)底端信息的感知、收集、輸送和監(jiān)管[10]。兩者有效融合使用能夠使整個(gè)施工過(guò)程形成信息流閉環(huán),實(shí)現(xiàn)虛擬信息管控和硬件服務(wù)兩者的有機(jī)結(jié)合以及自動(dòng)化建筑施工升級(jí)為智慧施工的新局面,打造智慧施工是未來(lái)建筑行業(yè)利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的主要途徑之一。未來(lái)的建筑施工智慧化系統(tǒng),將是以物聯(lián)網(wǎng)為中心、以通信相容為重要特征并按照功能進(jìn)行分類的智慧建筑管控系統(tǒng)。

        5.3 CIM 技術(shù)

        利用城市信息模型(City Information Modeling,CIM)繪制的城市模型可以作為BIM 建筑模型理念在城市范疇內(nèi)的延伸,是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化雙胞胎城市的前提與要點(diǎn)。CIM 以城市的三維空間、地理信息為前提,并累積添加城市的建筑、城市地上地下設(shè)備的BIM 信息、城市的物聯(lián)網(wǎng)信息,從而建立起三維數(shù)字化空間的城市模型。與之前基于地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System,GIS)技術(shù)的數(shù)字城市相比,CIM 將數(shù)據(jù)信息拆分至城市單體建筑構(gòu)成的某個(gè)機(jī)電零件、某扇窗,將以往的靜態(tài)化數(shù)字城市改變成智能感知、互動(dòng)在線、虛實(shí)更替的數(shù)字化雙胞胎城市,不但便于城市的快速管理,同時(shí)還為實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理創(chuàng)造了數(shù)據(jù)條件。

        6 結(jié)語(yǔ)

        碳中和背景下,在綠色建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中合理應(yīng)用BIM 技術(shù)可以打破以往建筑設(shè)計(jì)的一些束縛,因此BIM 技術(shù)將成為綠色建筑設(shè)計(jì)的新方向,促使綠色建筑迅速發(fā)展,從而合理優(yōu)化資源配置,提高綠色建筑的建造質(zhì)量。

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