BIM技術在綠色建筑設計中的應用研究

王曉虹

(中核新能核工業工程有限責任公司,山西 太原 030012)

近年來,隨著可持續理念的發展,與自然和諧共生的綠色建筑理念也隨之產生。綠色建筑是建立在充分認識自然、尊重并順應自然的基礎上,以解決建筑業能耗大、排污多等問題為主的新型建筑理念。然而,綠色建筑多要求滿足采用自然光和自然通風等要求,結構設計等困難可能較大,現有的技術手段已存在障礙。而BIM作為一個高度集成的三維信息化數據的集合,給解決綠色建筑相關問題帶來了曙光,并在很大程度上滿足了綠色建筑項目設計中的需求。

1 綠色建筑設計基本原理

1.1 綠色建筑特點及設計目標

相比于傳統建筑,綠色建筑注重采用先進的綠色技術,充分利用自然資源,光照、風向等,因地制宜,就地取材,在建筑整個生命周期中,節約資源,降低能耗,減少污染和保護環境。因此,綠色建筑的點就是注重建筑項目周圍的生態系統和環保可持續性,滿足低能耗、低污染和省資源(節地、節水、節材)等。然而,也正因如此,綠色建筑是一種開放性布局的建筑模式,沒有明確的建筑規則和模式。

綠色建筑的設計目標包含觀念目標和評價目標。其中,觀念目標是符合社會、文化、心理需求以及經濟、環境、生態等多元素的綜合目標,評價目標是當前綠色建筑作為設計依據的目標[1]。

1.2 綠色建筑設計原則

綠色建筑的設計原則主要有以下幾個：①考慮自然性及地域性原則。指了解場地相關的自然地理、生態氣候、人文環境等要素基礎上,盡量保留或利用原本的地形、地貌、水系和植被等,并結合相關設計標準和技術導則等,進行綠色建筑的設計；②高效節能原則。一方面,進行科學合理的布局,充分利用自然可再生能源如光能、風能、地熱能等,同時使用高效的建筑設備和節能材料等,以減少能源的消耗；另一方面,盡量采用可再生循環材料,以減少垃圾,保護環境；③注重經濟和健康性原則。綠色建筑設計雖然要充分考慮節能、減排和環保性,但也要是主動式技術和被動式技術相結合的、具有可操作性的、有經濟效益的最優方案,以使項目綜合效益最大化。

1.3 綠色建筑設計現狀

目前,我國綠色建筑設計一般遵循如下設計策略：①環境綜合調研分析。即要遵循綠色建筑設計原則中的自然性及地域性原則,進行調研分析,把與周圍環境相融合的設計理念充分落到實處,為設計師采用被動適宜的綠色建筑技術打下好的基礎；②節能與能源利用。主要包括進行建筑能耗模擬分析優化建筑設計、太陽能利用、風能的利用、控制建筑體形系數以及建筑圍護結構節能等,其中,太陽能利用和風能的利用更注重采用被動式太陽能與風能；適當合理地增加建筑層數可以減小建筑體型系數,增加筑越節能；采用節能墻體、高效節能窗等有助于建筑圍護結構節能；③節水與水資源利用。安裝建筑節水器具,采用節水型供水系統,建筑循環水系統,雨水回收利用系統等,來節約水資源；④節材與材料利用。采用節能環保型材料、可循環再利用材料等；⑤節地與室內、室外環境。一方面,充分與場地地形相結合,隨坡就勢,充分利用地下空間,節約土地；另一方面,進行建筑的室內自然通風、采光等模擬,并根據結果進行建筑設計的優化與完善。

2 BIM技術相關標準及特點

BIM技術首先是一項3D數字化技術,其次其創建、收集該設施所有相關的信息,并建立信息化模型,然后其應用于設施全生命周期,以為項目決策提供基礎和共享信息的資源。

2.1 BIM技術相關標準

在建筑全生命周期中會產生大量不同種類的信息,BIM技術的核心理念是建筑設計共享信息模型,提高工作效率。為此,需要統一BIM技術相關信息標準,具體如下[1]；①分類編碼標準。現在我國采用的分類編碼標準是JG/T151-2003《建筑產品分類和編碼》和GB/50500-2014《建設工程清單計價規范》,其中,前者用于建筑專業分類,后者用于成本預算的工程量清單計價；②數據模型標準。數據模型標準是交換和共享信息所采用的格式的標準,我國采用IFC標準的平臺部分作為數據模型的標準；③過程標準。過程標準是一種模型標準,主要包含IDM標準、MVD標準以及IFD標準。

2.2 BIM技術的特點

BIM技術的主要特點有操作可視化、信息完備性、信息協調性以及信息互用性等。其中,BIM技術的操作可視化特點不僅能將抽象的信息用可視化表達出來,對建筑進行能耗模擬、管廊碰撞檢查、施工仿真模擬等,還可以表現出建筑建設過程及各種相互關系,以提高生產效率；而BIM技術信息完備性、信息協調性以及信息互用性不僅包含了設施的全部信息,使得BIM模型能夠具有良好的基礎條件,還在數據之間創建實時的關聯性,在各個構件實體之間,實現關聯性顯示和智能互動,而且BIM技術提供了良好的信息共享環境,應用BIM可以實現信息的互用性,在建設項目不同階段免去對數據的重復地輸入,提高了效率。

3 BIM技術在綠色建筑設計中的應用

3.1 BIM技術在綠色建筑設計中的應用優勢

現階段,綠色建筑在我國發展迅猛,但相對于國外的發展的還不成熟,還存在諸如對綠色建筑設計理念的認識薄弱、全生命期內綠色建筑信息缺失等問題,不僅導致綠色建筑沒有從根本上解決技術與建筑的沖突,對設計形成指導性的作用,還導致綠色建筑在全生命期內信息的缺失,設計信息得不到實現。

研究發現,利用BIM技術可以優化綠色建筑設計,解其設計中的問題。首先,BIM技術可以實現性能分析方案對比。一方面,BIM模型可以存入大量的設計信息,性能模擬時可以不用重新建模,從而大大降低性能模擬分析的時間；一方面,在方案對比時,通過對場地環境、氣候等的分析和模擬,利用BIM建立體量模型,對不同建筑體量進行能耗的模擬,對最優方案進行深化,以實現綠色建筑的設計目的。其次,BIM技術可以實現協同設計。通過共享的BIM模型,注重各個專業的系統內部關聯,促進綠色建筑項目設計中各專業的參與和及時的溝通,提高對綠色建筑的認識,以達到更好的綠色建筑項目的產生。第三,BIM技術可實現全生命期建筑模型信息完整傳遞。BIM模型承載著綠色建筑設計的數據、施工要求的材料等,保證了建筑全生命期信息的完整性和準確性,從而進行科學節能的運營管理[2]。

3.2 BIM技術在綠色建筑設計中的應用策略

基于BIM的綠色建筑設計方法,可以參照傳統的設計流程,并使綠色建筑設計理念加入每個設計環節。具體的,可以通過如下方法進行；①建立綠色建筑設計團隊。即在傳統的建筑設計專業團隊的基礎上,增設景觀、環境綠建咨詢等專業人員,同時,指定專門的人為BIM經理,帶領BIM建模、分析咨詢等人員進行綠建項目整體工作內容的編制；②制定BIM技術在綠色建筑設計中的應用工作流程。第一步為場地設計,即概念設計階段,主要進行場地氣候條件分析、場地環境分析、場地分析等；第二步為方案的對比,即方案設計階段,主要工作為體量、形體的形成,物理環境體量下分析,以及建筑體量的能耗分析等；第三步為建筑細化優化,即初步設計階段,主要進行性能模擬優化設計,多專業協同優化設計等；第四步為設計形成,即施工圖設計階段,主要工作為管線綜合碰撞檢查,綜合能耗模擬等。

4 結語

當今,為了實現可持續發展,綠色建筑的理念應運而生。而BIM作為一個高度集成的三維信息化數據的集合,將BIM技術與綠色建筑有機結合,是解決綠色建筑在傳統設計中存在的問題的有效途徑。因此,未來做綠色建筑設計時,應注重BIM技術在綠色建筑設計中的應用,并指導實際工作。

[1]王軒.基于BIM技術的綠色建筑材料管理體系探討[J].江西建材,2015(18):274,279．

[2]劉宇,祝捷,張大聽,等.基于BIM的綠色建筑設計方法研究[J].綠色建筑,2016(06):9-20．