周智超 范征宇
摘要:為提高城市綜合交通效率并減少能源消耗,我國正大力發(fā)展高速鐵路和城際軌道交通。作為城市交通的核心,以鐵路客運站房為代表的大型交通建筑的建設(shè)需求攀升。與此同時,我國“十三五”與“十四五”規(guī)劃均提出要進一步加大對公共建筑的節(jié)能減排力度。BIM技術(shù)作為一種現(xiàn)代數(shù)字化工具,在大型建筑綠色設(shè)計中具有顯著優(yōu)勢,可以高效設(shè)計復雜的空間布局與結(jié)構(gòu)形式,同時通過參數(shù)化建模和自動化分析,提高設(shè)計質(zhì)量與節(jié)能性能。此外,BIM技術(shù)支持仿真分析大型高鐵站建筑內(nèi)部人流、貨流、空氣流等動態(tài)過程,為優(yōu)化出行體驗、提高通行效率與舒適度提供依據(jù)。在綠色節(jié)能設(shè)計方面,BIM技術(shù)可以精確評估與預測建筑全生命周期能耗,有助于在設(shè)計階段明確節(jié)能目標和實施策略。文章首先概述大型交通建筑和BIM技術(shù)的基本概念,其次分析BIM技術(shù)在大型交通建筑綠色設(shè)計中的優(yōu)勢,接著探討基于BIM技術(shù)的大型交通建筑綠色設(shè)計工作流程,并深入研究BIM技術(shù)在大型交通建筑綠色設(shè)計中的創(chuàng)新應用,以期為未來研究提供新思路。
關(guān)鍵詞:大型交通建筑;綠色建筑;BIM技術(shù)
中圖分類號:TU248.1 文獻標識碼:A 文章編號:1004-9436(2023)13-00-03
基金項目:本論文為2017—2021年度科學技術(shù)部重點研發(fā)計劃課題“地域氣候適應型綠色公共建筑設(shè)計技術(shù)體系”成果,項目編號:2017YFC0702303
0 引言
隨著城市化進程的加速和經(jīng)濟的快速發(fā)展,大型交通建筑作為現(xiàn)代城市和區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,對于提升出行便捷程度、促進經(jīng)濟增長具有重要意義[1]。然而,這類建筑在帶來諸多好處的同時,也面臨資源消耗、環(huán)境污染和生態(tài)破壞等挑戰(zhàn),因此,綠色設(shè)計理念和技術(shù)的應用成為大型交通建筑發(fā)展的關(guān)鍵。
BIM(建筑信息模型)技術(shù)作為一種現(xiàn)代數(shù)字化工具,已在建筑行業(yè)得到了廣泛應用,為設(shè)計、施工、運營與維護等各個階段的工作提供了強大的支持。本文將重點探討B(tài)IM技術(shù)在大型交通建筑綠色設(shè)計中的運用,以期為大型交通建筑的可持續(xù)發(fā)展提供借鑒[2]。
1 大型交通建筑和BIM技術(shù)概述
1.1 大型交通建筑的定義與特點
大型交通建筑是指在城市和區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)中承擔重要高速鐵路交通功能的,具有較大規(guī)模和復雜功能以及高技術(shù)要求的交通設(shè)施建筑[3]。這類建筑規(guī)模龐大,通常占地面積廣闊且建筑體量巨大,承載著大量的旅客流量和高速列車班次;功能復雜,需要滿足旅客出行、列車調(diào)度、設(shè)施維護、商業(yè)服務(wù)等多種功能需求,功能布局復雜且要求高效;此外,還有較高的技術(shù)要求,涉及多種專業(yè)技術(shù),如交通工程、結(jié)構(gòu)工程、設(shè)備工程等,必須具備高度的技術(shù)整合能力;而且運營管理要求嚴格,需要實現(xiàn)高效、安全、便捷運營與維護。同時,在規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和運營過程中,要充分考慮大型交通建筑對社會和環(huán)境的影響,并采取相應的綠色設(shè)計理念和策略,以實現(xiàn)建筑的可持續(xù)發(fā)展[4]。
1.2 BIM技術(shù)的應用現(xiàn)狀
BIM技術(shù)在當今的建筑行業(yè)已得到了越來越廣泛的應用。作為一種數(shù)字化工具,BIM技術(shù)在各個階段的建筑項目中發(fā)揮著重要作用,包括設(shè)計、施工、運營與維護[5]。通過創(chuàng)建一個集成的三維模型,BIM技術(shù)能夠幫助建筑師、工程師和施工團隊實現(xiàn)更精確的設(shè)計和更高效的資源分配。
同時,BIM技術(shù)還有助于實現(xiàn)綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展目標,如采用節(jié)能減排設(shè)計、材料優(yōu)化以及評估生命周期成本和環(huán)境影響。盡管BIM技術(shù)在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應用,但不同地區(qū)、不同企業(yè)的應用程度和深度仍存在差異,部分地區(qū)和企業(yè)仍面臨技術(shù)應用、人員培訓和管理變革等方面的挑戰(zhàn)??傮w來說,BIM技術(shù)在建筑業(yè)的應用現(xiàn)狀表明了其對提高項目效率、降低成本、減少風險和促進可持續(xù)發(fā)展的巨大潛力。
2 將BIM技術(shù)運用到大型交通建筑設(shè)計中的優(yōu)勢
BIM技術(shù)在大型高鐵站建筑綠色設(shè)計中有多方面的優(yōu)勢,為打造節(jié)能、環(huán)保、高效的交通建筑提供了有力支持。高鐵站作為交通樞紐,承擔著運輸大量客流與貨流的任務(wù),因此在設(shè)計中要充分考慮人流、貨流的組織管理,以及出行體驗、通行效率與舒適度的提升。
針對大型高鐵站建筑的特點,BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)復雜空間布局與結(jié)構(gòu)形式的高效設(shè)計[6]。通過創(chuàng)建集成的三維模型,實現(xiàn)了設(shè)計、施工與運營各階段信息的高效共享與協(xié)同,有助于提高設(shè)計質(zhì)量、降低成本和縮短工期。同時,BIM技術(shù)通過參數(shù)化建模和自動化分析,提高了設(shè)計質(zhì)量與節(jié)能性能。
此外,BIM技術(shù)支持對大型高鐵站建筑內(nèi)部人流、貨流、空氣流等動態(tài)過程的仿真分析。這對于優(yōu)化出行體驗、提高通行效率與舒適度具有重要意義。通過研究人流,可以合理設(shè)置出入口、通道、扶梯等設(shè)施,避免擁擠與混亂。
在大型交通建筑的綠色節(jié)能設(shè)計方面,BIM技術(shù)可以精確評估與預測建筑全生命周期能耗,有助于在設(shè)計階段明確節(jié)能目標和實施策略[7]。同時,BIM技術(shù)支持集成設(shè)計與優(yōu)化建筑系統(tǒng),如在供暖、通風、空調(diào)、照明等方面實現(xiàn)節(jié)能措施的協(xié)同應用。
此外,BIM技術(shù)還可利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù),分析與挖掘歷史設(shè)計、施工、運營數(shù)據(jù),為綠色設(shè)計提供豐富的參考依據(jù)和智能決策支持。因此,BIM技術(shù)在大型高鐵站建筑綠色設(shè)計中的運用,為建設(shè)節(jié)能、環(huán)保、高效的交通建筑提供了有力支持[8]。
3 基于BIM技術(shù)的大型交通建筑綠色設(shè)計工作流程
3.1 項目啟動階段
在項目啟動階段,首先要明確項目的綠色設(shè)計目標和策略,包括項目的節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)性等方面的需求。同時,項目團隊要詳細研究和分析涉及的法規(guī)、標準和要求,以確保項目符合相關(guān)規(guī)定。
在此階段,還要對項目團隊成員進行BIM技術(shù)培訓,使他們熟悉BIM工具的使用方法和設(shè)計流程。為了確保項目順利進行,應建立一個高效的協(xié)同工作機制,促進團隊間的溝通與合作。
3.2 概念設(shè)計階段
在概念設(shè)計階段,設(shè)計團隊應根據(jù)項目的綠色目標,初步確定建筑的功能、空間布局、建筑形式等基本要素。運用BIM技術(shù)進行參數(shù)化建模,設(shè)計團隊可以快速探索和評估不同的設(shè)計方案。在這個階段,可以初步分析建筑的能耗、材料利用、生態(tài)環(huán)境影響等,為后續(xù)進行詳細的性能分析奠定基礎(chǔ)。
3.3 方案設(shè)計階段
在方案設(shè)計階段,設(shè)計團隊要深入研究建筑的能耗、材料利用、生態(tài)環(huán)境影響等,以實現(xiàn)綠色設(shè)計目標。運用BIM技術(shù),可以進行多維度的性能分析和優(yōu)化。例如,可以模擬分析建筑的外皮性能、空調(diào)通風系統(tǒng)以及照明系統(tǒng),從而優(yōu)化設(shè)計方案。同時,關(guān)注建筑內(nèi)部的人流、貨流、空氣流等動態(tài)過程,以提高通行效率和舒適度。
3.4 設(shè)計深化階段
在設(shè)計深化階段,設(shè)計團隊要詳細設(shè)計建筑的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、材料等。利用BIM技術(shù),實現(xiàn)建筑系統(tǒng)的集成設(shè)計與優(yōu)化,確保各系統(tǒng)協(xié)同工作并實現(xiàn)綠色目標。此外,BIM技術(shù)可以輔助設(shè)計團隊進行沖突監(jiān)測,避免在施工階段出現(xiàn)問題,從而提高施工質(zhì)量和效率。
3.5 施工階段
在施工階段,BIM技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過BIM模型,施工團隊能夠獲得詳盡的施工圖紙和精確的構(gòu)件信息,從而確保施工順利進行。利用BIM技術(shù)還可以實時監(jiān)控施工過程,包括施工進度、成本和資源管理等。通過這些功能,施工團隊可以更好地控制項目的時間、質(zhì)量和預算。此外,施工團隊能夠依托BIM技術(shù)輔助監(jiān)測沖突,提高施工效率。
3.6 運營與維護階段
在運營與維護階段,BIM技術(shù)同樣具有重要價值。BIM模型包含豐富的建筑設(shè)備信息和維護手冊,有助于運營團隊更高效地管理和維護設(shè)備。此外,收集和分析建筑運行數(shù)據(jù),可以實時監(jiān)測和優(yōu)化建筑的能耗、設(shè)備性能等,確保建筑持續(xù)滿足綠色目標。BIM技術(shù)還可以輔助運營團隊進行設(shè)施改造和升級規(guī)劃,促進團隊可持續(xù)發(fā)展。
4 BIM技術(shù)在大型交通建筑綠色設(shè)計中的創(chuàng)新應用
4.1 虛擬仿真與優(yōu)化
在大型交通建筑綠色設(shè)計中,BIM技術(shù)的虛擬仿真功能發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過BIM技術(shù)模擬和分析建筑能耗、環(huán)境影響以及人流動態(tài),設(shè)計團隊可以在早期預測建筑性能。在這個基礎(chǔ)上,可以有針對性地調(diào)整設(shè)計方案,以實現(xiàn)綠色設(shè)計目標。同時,虛擬仿真還能幫助設(shè)計團隊避免不必要的返工,提高設(shè)計效率。
4.2 集成設(shè)計與協(xié)同工作
BIM技術(shù)在大型交通建筑綠色設(shè)計中支持多學科、多領(lǐng)域的集成設(shè)計,促進各專業(yè)團隊之間的協(xié)同工作。通過BIM技術(shù),設(shè)計團隊可以利用統(tǒng)一平臺共享信息,解決跨專業(yè)的問題。這有助于確保建筑的整體性能滿足綠色目標,同時提高設(shè)計質(zhì)量和效率。
4.3 智能控制與節(jié)能管理
BIM技術(shù)與建筑智能控制系統(tǒng)相結(jié)合,實現(xiàn)實時監(jiān)控和優(yōu)化大型交通建筑能耗。例如,聯(lián)動控制空調(diào)、照明等系統(tǒng),可以降低建筑能耗,實現(xiàn)綠色運營。此外,智能控制系統(tǒng)還可以根據(jù)建筑內(nèi)部的實際使用情況,自動調(diào)整設(shè)備運行參數(shù),進一步提高能源利用效率。
4.4 數(shù)字孿生與運維管理
在大型交通建筑的運營與維護階段,BIM技術(shù)可用于創(chuàng)建數(shù)字孿生模型,為運營團隊提供有力支持。通過數(shù)字孿生,運營團隊可以實時監(jiān)測建筑設(shè)備的運行狀態(tài),預測設(shè)備故障,并采取相應的維護策略。這有助于降低運維成本,達到建設(shè)綠色建筑的目標。
4.5 可持續(xù)材料與資源循環(huán)利用
在大型交通建筑綠色設(shè)計中,BIM技術(shù)能夠幫助設(shè)計團隊全生命周期管理建筑材料,從而選擇更具可持續(xù)性的材料。利用BIM技術(shù),團隊可以分析各種材料的環(huán)境影響和耐久性,從而作出更環(huán)保的選擇。此外,BIM技術(shù)還可以支持建筑施工過程中的資源循環(huán)利用,減少建筑垃圾和浪費,減少對環(huán)境的影響。通過這些方式,實現(xiàn)對建筑材料的綠色管理和使用。
4.6 信息透明與利益相關(guān)者參與
BIM技術(shù)在大型交通建筑綠色設(shè)計中實現(xiàn)了信息的透明化和共享,使利益相關(guān)者能更好地參與到建筑項目的各個階段。設(shè)計團隊、施工團隊、運營團隊等可以在統(tǒng)一平臺共享信息,共同解決問題,確保實現(xiàn)項目的綠色目標。
此外,BIM技術(shù)還可以向公眾開放項目信息,讓公眾了解建筑的綠色理念和實踐,從而增強項目的社會責任感和可持續(xù)性。由此可知,BIM技術(shù)有助于實現(xiàn)大型交通建筑綠色設(shè)計的全過程參與和管理。
5 結(jié)語
通過研究相關(guān)理論和實踐可以看出,BIM技術(shù)在大型交通建筑綠色設(shè)計中具有顯著優(yōu)勢,能夠有效提高設(shè)計質(zhì)量,降低建筑能耗,并實現(xiàn)綠色建筑目標?;贐IM技術(shù)的大型交通建筑綠色設(shè)計工作流程為設(shè)計團隊提供了一種全新的設(shè)計方法,有助于實現(xiàn)建筑項目的全生命周期管理。同時,BIM技術(shù)在大型交通建筑綠色設(shè)計中的創(chuàng)新應用也為實現(xiàn)建筑的節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展目標提供了有力支持。
然而,BIM技術(shù)在大型交通建筑綠色設(shè)計中的運用仍然面臨一些挑戰(zhàn)。例如,BIM技術(shù)在實際運用中可能會遇到技術(shù)、管理和協(xié)同方面的問題。為了充分發(fā)揮BIM技術(shù)在大型交通建筑綠色設(shè)計中的作用,未來的研究和實踐應當進一步加強跨學科和跨領(lǐng)域的合作與協(xié)同,提高設(shè)計團隊的BIM技術(shù)運用能力,推動BIM技術(shù)在大型交通建筑綠色設(shè)計中的廣泛應用。
總而言之,BIM技術(shù)為大型交通建筑綠色設(shè)計開辟了一條創(chuàng)新之路,有望成為綠色建筑領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。在未來的研究和實踐中,應不斷探索BIM技術(shù)在大型交通建筑綠色設(shè)計中的可能性,以期為實現(xiàn)交通建筑事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作出更大的貢獻。
參考文獻:
[1] 翁凱,孫紅峰,魏英洪. BIM在鐵路站房中的應用及發(fā)展前景[C]//天津大學,天津市鋼結(jié)構(gòu)學會.第十五屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學術(shù)研討會論文集. 2015:1478-1483.
[2] 李金龍,王欣南,劉東升,等. BIM技術(shù)在城市軌道交通工程設(shè)計中的研發(fā)與應用[J].低溫建筑技術(shù),2019,41(7):126-129.
[3] 沈中偉.軌道交通樞紐綜合體設(shè)計的核心問題[J].時代建筑,2009(5):27-29.
[4] 楊瑞. BIM技術(shù)在建筑設(shè)計中的應用探析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2016(23):85-87.
[5] 夏海山,張燦,金路.綠色交通建筑設(shè)計創(chuàng)新與BIM技術(shù)應用[J].華中建筑,2016,34(3):128-131.
[6] 常方祎.基于BIM技術(shù)下的軌道交通建筑(高架車站)設(shè)計應用探究[D].西安:西安建筑科技大學,2021.
[7] 張向前.試析交通建筑設(shè)計創(chuàng)新與BIM技術(shù)應用[J].城市建筑,2020,17(26):105-106.
[8] 趙銘. BIM在軌道交通建筑設(shè)計中的運用探討[J].綠色環(huán)保建材,2018(4):90.
作者簡介:周智超(1997—),男,河南駐馬店人,碩士在讀,系本文通訊作者,研究方向:綠色建筑設(shè)計與節(jié)能。
范征宇(1985—),男,江蘇蘇州人,博士,副教授,研究方向:綠色建筑技術(shù)。