基于BIM的綠色建筑室內空氣質量改善研究

■郭榮軍劉敬東王璽文

(1.2.3.沈陽建筑大學設計藝術學院，遼寧沈陽 110168)

基于BIM的綠色建筑室內空氣質量改善研究

■郭榮軍1劉敬東2王璽文3

(1.2.3.沈陽建筑大學設計藝術學院，遼寧沈陽 110168)

由于建筑的裝修、家具等行業使用越來越多的化學藥品和不合格產品，造成室內空氣質量下降。據北京某兒童醫院醫生統計，室內環境的污染造成的兒童白血病發病率的增長，在調查中發現患者中近90%的家庭在近期裝修過。由此看來，室內空氣質量已逐漸成為建筑室內環境的主要矛盾，在綠色建筑發展過程中成為一個熱點話題，同時也是世界關注的焦點之一。

1 綠色建筑與室內空氣環境

1.1 綠色建筑的發展

綠色建筑的發展主要是在設計、建造、使用、維護等全過程中有效的運用技術手段，從而達到“四節一環保一管理”的指標。由此看來我們必須全方位的關注綠色建筑，其中建筑的內部環境作為建筑的一部分，之所以強調室內環境,是因為現在的主流思想是在內外部環境之間爭取一個平衡的關系,而建筑用戶對其室內居住環境的安全、舒適以及健康,表現出更高的需求，這也在《綠色建筑評價標準》中有所表示。

1.2 室內空氣質量及其影響因素

室內空氣質量指室內空氣中各種成分的含量，建筑物內部空氣質量的好壞反映了人們對環境要求的健康程度，然而室內空氣污染程度指各種氣體成分的含量的多少，用來指示環境健康和適宜居住的重要指標，甚至可以反應出一地的空氣狀況。

通常影響室內空氣質量的因素包括室內溫濕度、入室新風量、有害氣體的產生與排出、室內氣流與室外風速和室內物品對空氣的釋放型污染等方面；另外房子空調利用頻率高、開窗通風少等同樣造成有害物質超標。如圖（1）所示室內空氣污染因素在建筑物室內環境中的污染過程

2 建筑信息模型（BIM）

2.1 BIM模型一體化

目前在國內設計院所、單位在方案設計階段中幾乎都在使用傳統的二維設計，確實提高不少工作效率,但是本質上和手繪沒有大的區別，這類軟件創建的只是建筑幾何模型,建筑構件也只是通過簡單的幾何體的組成,無法包含詳細的屬性、參數等。而BIM的三維模型不是簡單的將數字信息進行集成,它是將數字信息應用于設計、建造、管理的可視化、數字化、協同性和共享化方法。通過Revit、ArchiCAD等三維系?和軟件結合，以往需要耗費很長時間用來解析模型的，現在可以通過軟件簡單迅速的完成。其中，設計師針對項目的設計、建造以及運營過程中所達到的可視化成果，方便有效的與業主方進行溝通、討論與決策，并給予科學定量分析。

2.2 BIM的動態管理

BIM不是一個割裂的孤獨的3D模型，在模型上還可融入4D控制系統。即在建筑物的施工完成后，根據施工的組織設計模擬實際施工現場進行動態監測，從而確定合理的施工方案來指導施工，避免現場問題，提高工作效率，充分保障了綠色建筑設計過程中的科學性和合理性。

3 BIM在綠色建筑空氣質量問題中的研究方法

3.1 建設階段——設計分析與施工優化

（1）溫濕度指標控制。通過BIM完成的建筑物模型，導入分析軟件Ecotect中并載入當地氣象資料對整個建筑物及其室內做出模擬研究，分析周圍物體溫度、室內溫度、平均輻射和空氣相對濕度情況等。通過適當調整材料與設備，既達到室內舒適度，也在一定程度上減少室內灰塵和抑制細菌滋生。

（2）建筑通風換氣。綠色建筑評價技術細則中表示：在綠色建筑評價技術細則中表示：為滿足人的健康要求，建筑物內會設置新風換氣系統，引入室外新鮮空氣，排出室內有害氣體都是有利于降低室內空氣污染的有效措施。然而綠色建筑的設計上特別強調自然通風，既縮短空調設備的運行時間，又有助于降低空調能耗。這就要求對所在地及相對的風向條件做詳細了解，得出正確的建筑通風系統的設計，然而通過BIM可視化模擬當地風向及風速，設計過程中可以通過調整門窗得方向與開窗的大小來處理通風口位置和尺寸，以及改變通風口布局等來改善室內流場的分布情況，如形成的“穿堂風”，引導室內氣流組織有效的通風換氣，使混濁氣體快速排出。

■圖1 室內空氣污染過程

■圖2 室內空氣環境動態監控流程圖

（3）設備的改善優化。由于建筑內部的系統設備與建筑物本身有著一定的關聯性和特殊性，所以必須強化設備控制有害氣體的產生與排出。在BIM模型基礎上根據房間布置，添加空調系統信息，再輸入空調系統和設備參數，根據送風口和回風口的具體位置仿真模擬。這樣一定程度上降低了空調的運行能耗，也保證了室內空氣的清潔。

（4）日照分析與環保材料的選擇。從綠色建筑的角度看，建筑物受光面上的開窗的位置、大小、類型都影響了室內環境，包括使用的材料以及家具裝飾等。例如在炎熱的夏日，為防止太陽直射和減少過多熱量進入室內，引起家具與材料的放量異常，通過Revit的建筑模型利用分析軟件Ecotect Analysis分析建筑物外墻及室內受光面的時間和受輻射程度，那么就于綠色建筑來講設置合理尺寸、形式的陽光反射遮陽板是必不可少的。當然這個例子還應綜合考慮建筑能耗，室內舒適度等多方面因素，并從中找到一個適當的平衡點。此外不同地區、不同環境需要選用不同的生態環保材料或是污染小的建筑材料，例如目前使用的材料主要包括空氣凈化功能的納米復相涂覆材料、產生負離子功能的材料，以及稀土激活保健抗菌材料、濕溫度調節材料等等。

3.2 運維階段——動態監測系統

動態管理化主要表現在施工完成后，通過BIM運維監控平臺的空氣質量監測技術對建筑物的室內空氣質量進行動態化的監測并適時調控，包括建筑物室內空氣污染物的濃度監測、跟蹤監測、檢測信息反饋以及警報和控制系統、控制室內空氣污染程度，從而保護人體健康，如圖2所示室內空氣環境動態監控流程圖。

在主要功能房間實現自動檢測，由于建筑物所處環境和室內人員的變化，導致室內溫濕度有所變化，二氧化碳以及空氣污染物的含量也會增加，先利用計算機參數化的設定上、下限數值，通過傳感器對室內空氣環境中的二氧化碳濃度和空氣中所含污染物的濃度進行數據采集，由傳感器輸出的模擬信號到數字信號的轉換，將所采集到的有關信息指數傳輸到BIM監控平臺，進行數據的存儲、統計以及分析，并與設定的參數值進行比較，例如二氧化碳濃度和空氣中所含污染物的濃度超標或不在設定的范圍時能實現實時自動報警提示給相關工作管理人員，調控人員檢測通風設備的工作狀態，以及室內空氣污染監控系統的關聯程度，實現系統的自動通風和溫濕度的調節。

由于建筑物所處不同的地域環境，在切實施工優化過程中需要根據不同的信息進行適時調節，從而提升建筑物整體環境質量。

4 結語

目前借助BIM技術對建筑室內空氣質量的改善,從單純的設計階段擴展到建筑全生命周期,貫穿于設計、施工、運營、維護等全過程,具備更廣泛的意義,大幅提升了綜合效率。然而從深層次上挖掘人-建筑-環境之間的關系，真正實現綠色建筑要求，還需要不斷探索。相信不久的將來，綜合利用BIM進行綠色建筑設計的技術會越來越完善，實現一個既符合生活物質功能需求，又符合健康要求的和諧人居的室內環境。

（責任編輯：賀 輝）

[1]Young S.Lee. Using Building Information Modeling for Green Interior Simulations and Analyses[J].Journal of Interior Design,2012,37:35-50.

[2]劉撫英,厲天數,趙軍.綠色建筑設計的原則與目標[J].建筑技術,2013,(03):212-215.

[3]李騰.BIM在綠色建筑評估體系的室內環境應用中的可行性研究[J].土木建筑工程信息優化,2010,(03):20-23.

[4]戴上千.綠色環保室內環境的創造[J].家具與室內裝飾,2013,(10):58-59.

[5]曾獻.淺談綠色室內環境的創造[J].家具與室內裝飾,2000,(01):46-47.

[6]肖良麗,吳子昊,方婉蓉等.BIM理念在建筑綠色節能中的研究和應用[J].工程建設設計,2013,(02):104-107.

[7]趙志安,邱相武,姜立等.BIM技術在綠色建筑設計系列軟件中的應用探討[J].土木建筑工程信息優化,2012,(04):115-118.

BIM-based Green Building indoor Air Quality Improvement Research

Guo Rongjun1& Liu Jingdong2& Wang Xiwen3

本文分析了建筑設計與裝修行業的發展現狀，并從綠色建筑的理念出發分析了影響室內空氣質量問題的因素。進而對BIM的概念和優勢進行闡述，提出了基于BIM技術在綠色建筑空氣質量問題中的研究方法，即在項目建設階段對建筑室內的環境進行的改善與優化，以及在運營階段通過BIM監控平臺對建筑物的室內空氣質量情況進行動態化監測管理。由此驗證BIM技術在綠色建筑全過程中有效的改善建筑室內空氣質量的可行性，以引領我國建筑設計行業健康有利的發展。

建筑信息模型（BIM）；綠色建筑；室內空氣質量

This paper analyzes the development of architectural design and decoration industries, and starting from the concept of green building analyzes the factors that affect indoor air quality problems. Further elaborated the concept and advantages of BIM, BIM technology proposed improvement and optimization methods in green building based on air quality issues, namely the construction phase of the project for construction of the indoor environment, as well as during the operational phase of the building by BIM monitoring platform indoor air quality material dynamic monitoring and management. Thus verify the feasibility of BIM technology in the entire process of green building effective improvement of indoor air quality in order to lead a healthy development of China's favorable architectural design industries.

Building Information Modeling (BIM ); Green Building ; Indoor Air Quality

TS664.01；TU-023

A

1006-8260(2014)05-0062-02