朱 妍

(安徽理工大學土木建筑學院,安徽 淮南 232000)

BIM(Building Information Modeling)技術(shù),又稱建筑信息模型,通過將建筑設計信息傳輸至模型中,實現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、水電、消防、園林等專業(yè)的信息整合,為工程的高效管理、風險規(guī)避、信息共享等提供了水平先進的數(shù)字建造平臺,以BIM技術(shù)助力綠色建筑。 BIM的3D可視化、能效分析、仿真維護和改造過程可以對建筑環(huán)境、資源能耗進行分析和模擬,優(yōu)化方案,為綠色建筑提供科學的決策依據(jù)。

國內(nèi)外研究者針對BIM在綠色建筑中的應用進行了廣泛的討論。Yu Cao等[1]對綠色建筑建造階段的BIM能力進行了系統(tǒng)性檢視。結(jié)果表明,BIM在綠色建筑建造階段的項目質(zhì)量改進、生命周期數(shù)據(jù)存儲和管理、協(xié)作優(yōu)化、規(guī)劃和進度管理優(yōu)化方面具有顯著優(yōu)勢。Tahmasebinia Faham等[2]利用回歸模型,對BIM工具開發(fā)的綠色建筑進行能源模擬,研究發(fā)現(xiàn),在相同的建筑條件下,菱形建筑的能耗最高,而三角形建筑通過基于Autodesk Kits、帶有Doe-2引擎的綠色建筑工作室(GBS)等七個基本原型建筑模型的能耗模擬,顯示了最高效的能源性能。趙欽等[3]總結(jié)了當前BIM技術(shù)在綠色建筑應用時存在的問題和不足,并提出進一步應用BIM技術(shù)實現(xiàn)綠色化建設的建議。張智健等[4]以某住宅樓為例通過BIM技術(shù)及Ecotect軟件對其進行模擬分析并優(yōu)化了其采光條件、熱環(huán)境條件及節(jié)能潛力。

本文在現(xiàn)有研究基礎上,以松山湖臺灣園北部學校為研究對象,以資源消耗、能源利用、生態(tài)環(huán)境、室內(nèi)環(huán)境作為評價核心,結(jié)合層次分析法和模糊綜合評價法進行預評價,驗證該方法的實用性,為后續(xù)研究提供參考[5]。

1 構(gòu)件評估框架

1.1 各國評價體系對比

田嬌等[6]對比了英國BREEAM、美國LEED和我國的ESGB后指出:BREEAM和LEED具有較強的可適用性,包含了整個建筑的生命周期,而我國ESGB僅停留在建筑的規(guī)劃與設計、建設、運行與維護階段,缺少在材料與構(gòu)件生產(chǎn)、拆除與處理方面的評價,使得評價體系的完整性下降。雖然都是綠色建筑評價標準,但是由于各國的綠色建筑評價體系的背景和出發(fā)點不同,考慮的相關(guān)指標也不相同,在評價方法和內(nèi)容上都有較大的差別,不能直接用于本研究,只能作為參考。同時,未來的評估過程應考慮到現(xiàn)有標準的評估框架。研究者們[7-11]已經(jīng)對評估框架進行了詳細的闡述。

1.2 建立評價體系

1.2.1 層次分析法

層次分析法(Analytic Hierarchy Process,簡稱AHP)是指通過構(gòu)建目標、方案、準則或指標然后進行相對重要性排序、構(gòu)造判斷矩陣、一致性檢驗、計算相對權(quán)重的方法。主要有兩種類型,基于專家判斷矩陣的層次分析法和基于多準則決策圖的層次分析法,在實際工作中,兩種方法通常結(jié)合使用。

1.2.2 構(gòu)建綠色建筑性能評價體系

建立模糊綜合評價體系:以實際情況并結(jié)合其他研究者的研究成果建立合適的評價框架,本研究將采用的評價體系如表1所示。

表1 綠色建筑環(huán)境性能評價體系

1.2.3 指標體系建立原則

本研究通過BIM模型、CAD圖紙進行打分,具備以下五方面的原則:

1)科學性原則;2)完備性原則;3)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)原則;4)獨立性原則;5)可操作性原則。

2 綠色建筑環(huán)境性能評價模型構(gòu)建

2.1 Matlab計算權(quán)重

Matlab(矩陣實驗室)是美國MathWorks公司出品的基礎型數(shù)學軟件系統(tǒng),是數(shù)字計算領域領先的數(shù)學技術(shù)應用之一,主要用于行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)等領域。Matlab的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣,比其他語言更容易解決問題,所以本研究采用Matlab進行一致性檢驗和計算權(quán)重。

2.2 模糊綜合評價

2.2.1 模糊綜合評價法的概念

模糊綜合評價法是指利用隸屬函數(shù)將各評價因素的重要程度進行綜合量化,并用隸屬度來表示的一種定性方法。它是綜合分析復雜的系統(tǒng),從系統(tǒng)整體出發(fā),以較少的主觀因素為依據(jù)來進行評價,避免了專家主觀的局限性。這種方法在很大程度上彌補了專家在評價過程中信息不足、知識匱乏等缺點,能較好的解決模糊和難以量化的問題,適用于各非確定性問題的解決。由于模糊評價是建立在模糊數(shù)學理論上的,其運算步驟具有一定程度的模糊性。

2.2.2 模糊綜合評價法的步驟

1)構(gòu)建判斷矩陣:構(gòu)建評語集:V=(v1,v2,…,vn),其中,vj為第j種評價結(jié)果可根據(jù)不同的等級、評語或數(shù)字表示,這里V=(v1,v2,v3,v4,v5)=(90,80,70,60,0)=(深綠,綠,淺綠,合格,不合格),各因素的權(quán)重集合的模糊集用W表示:W=(w1,w2,…,wm)。

2)構(gòu)建隸屬矩陣:通過專家評分法獲得評價矩陣,若因素集U中第i個元素對評價集V中第i個元素的隸屬度為ri1,則對第i個元素單因素的評價的結(jié)果用模糊集合表示為:Ri=(ri1,ri2,…,rin),以m個單因素評價集R1,R2,…,Rm為行組成矩陣Rm×n稱為模糊綜合評價矩陣。

3)合成隸屬矩陣和權(quán)重:B=W1m×Rmn=(b1,b2,…,bn)。

4)確定系統(tǒng)總得分:綜合評價模型確定后,確定系統(tǒng)得分,D=B1×n×K1×n。其中,D為總得分;K為V中相應因素的級分。

3 實際項目分析

3.1 項目概況

松山湖臺灣園北部學校項目位于北緯廣東省東莞市23.02°,東經(jīng)113.45°,氣候分區(qū)為夏熱冬暖南區(qū),建筑主要功能為教室、辦公、宿舍、餐廳等,地下為停車庫、設備用房、餐廳等,項目用地面積為33 586 m2,建筑高度為46.15 m,項目建筑面積為72 402.43 m2,其中地上面積為50 559.12 m2,地下面積為21 843.31 m2。 建筑節(jié)能計算體積為36 053.24 m3,外表面積為13 726.86 m2。外墻太陽輻射系數(shù)為0.75,屋頂太陽輻射系數(shù)為0.75。本項目綠色建筑設計目標為二星級,根據(jù)ESGB標準進行預評價,得分為72.2(見表2)。

3.2 信息提取

根據(jù)建筑設計圖紙以及計算書提取相應數(shù)據(jù),無法量化的指標采用專家評分法進行評價。

1)室內(nèi)自然采光:本項目為學校建筑,室內(nèi)隔斷較少,整體有利于室內(nèi)自然采光,有利于改善室內(nèi)的自然采光均勻度,降低室內(nèi)眩光。項目天花板和內(nèi)墻面均采用淺色材料飾面,增加了其可見光反射比,有利于增加室內(nèi)墻體的背景亮度,縮減室內(nèi)和外窗的背景亮度差,從而緩解室內(nèi)眩光。主要功能房間動態(tài)采光滿足要求。所有區(qū)域照明功率密度均滿足目標值要求;人員長期停留區(qū)域采用無危險類照明產(chǎn)品;LED照明燈具的光輸出波形的波動深度滿足標準要求。

2)室內(nèi)聲環(huán)境:外墻采用水泥砂漿200 mm+擠塑聚苯乙烯泡沫塑料(帶表皮)20 mm+水泥砂漿20 mm+加氣混凝土、泡沫混凝土(ρ=700)200 mm+石灰砂漿20 mm,空氣隔聲量為46 dB;內(nèi)墻采用水泥砂漿15 mm+蒸壓加氣混凝土砌塊200 mm,空氣隔聲量為47 dB,樓板采用水泥砂漿20 mm+隔音膠凝20 mm+鋼筋混凝土120 mm,空氣隔聲量為47 dB,撞擊聲聲壓級為63 dB;外窗采用斷熱鋁合金窗+透明玻璃(5 mm～6 mm),空氣隔聲量為27 dB,構(gòu)件均滿足要求;室內(nèi)最不利房間的室內(nèi)噪聲級達到低標準限值和高要求標準限值的平均值,場地噪聲介于2類與3類聲環(huán)境之間。

3)室內(nèi)熱環(huán)境:本項目采用分體機、多聯(lián)機,室內(nèi)主要空間空調(diào)設計參數(shù)中溫度、濕度、新風量均符合標準要求,末端可獨立控制溫度,隔熱滿足標準要求,能效值不低于2級能效,多聯(lián)機能效值比國家標準要求提高8%以上。室內(nèi)主要空間滿足Ⅱ級的面積比例為100%。

4)日照時間分析:本項目教室滿足冬至日不小于2 h的標準,宿舍滿足日照要求。

5)可循環(huán)材料使用:本項目可再循環(huán)材料用量占比達到12.4%。

6)節(jié)地與地下空間利用:本項目地下室建筑面積與用地面積的比大于0.5。

7)采暖與空調(diào)能耗見表3。

表3 全年供暖和空調(diào)總耗電量 kW·h/m2

8)公共配套設施:本項目內(nèi)部停車場、公共綠地對外開放;教室、會議廳等在非上課時間對外開放;充電樁停車位數(shù)量占比為29%;周邊500 m內(nèi)有停車場。本項目室外健身場地為環(huán)形田徑場、3棟專用教學樓屋頂網(wǎng)球運動場與1棟教學樓一層籃球場、屋頂游泳池,面積為5 005 m2,總用地面積為33 586 m2,則室外健身場地面積占總用地面積的14.9%;室內(nèi)健身場地設于體育館,地下室兒童保齡球室面積為2 780.8 m2,占地上建筑面積的比例為5%;各棟建筑均設有自然采光良好的樓梯間,距離建筑出入口為2 m。

9)自然資源直接利用:宿舍熱水均采用空氣源熱泵提供。

10)綠植覆蓋率:本項目為小學,校區(qū)內(nèi)綠化對外開放,場內(nèi)綠地種植鳳凰木、芒果、火焰木、大葉紫薇、小葉欖仁等,綠化方式采用復層綠化。

3.3 項目環(huán)境性能評價等級的確定

3.3.1 基于專家評語集的判斷矩陣

通過對臺灣園北部學校相關(guān)資料進行分析,計算結(jié)果如表4—表8所示。

表4 綠色建筑環(huán)境性能評價體系判斷矩陣

表5 資源消耗判斷矩陣

表6 能源利用判斷矩陣

表7 生態(tài)環(huán)境判斷矩陣

表8 室內(nèi)環(huán)境判斷矩陣

3.3.2 隸屬度矩陣構(gòu)建

通過專家對指標進行打分,得出以下隸屬度矩陣:

3.3.3 模糊綜合評估

首先進行單因素評估:

B1=WB1×RB1=(0.184 4 0.050 9 0.764 7 0 0)。

B1=WB1×RB1=

(0.130 2 0.783 9 0.052 0 0.015 9 0)。

B1=WB1×RB1=

(0.230 0 0.321 4 0.373 6 0.078 3 0.028 7)。

B1=WB1×RB1=(0.136 5 0.863 5 0 0 0)。

B=WA×R=(0.166 0 0.623 0 0.184 8 0.024 3 0.008 0)。

D=B×V=79.174。

4 結(jié)語

本文以松山湖臺灣園北部學校為研究對象,結(jié)合層次分析法和模糊綜合評價法對項目進行預評價。結(jié)果表明,松山湖臺灣園北部學校的得分為79.174分,綠色等級介于綠和淺綠之間,環(huán)境性能良好,與ESGB標準進行的預評價分數(shù)相差不大,證明了這種評估方法的可行性。不過這種方法仍然需要更多的項目案例進行測試,需要研究人員對BIM技術(shù)進行開發(fā)及優(yōu)化,降低各個指標的主觀性,使結(jié)果更加客觀。