基于BIM的綠色建筑設計應用研究

李鵬飛

摘 要：隨著城市智能化的發展，建筑也在朝著智能化和綠色化發展，傳統的建筑設計方法已經不能滿足建筑設計的要求，BIM技術作為一種3D信息建模技術，為建筑設計提供了一個很好的設計平臺。文章從BIM技術和綠色建筑的概念出發，分析了當前綠色建筑設計所存在的問題以及介紹了應用BIM技術進行綠色建筑設計的優勢。最后分析了BIM技術在綠色建筑設計中的應用，包括建筑場地設計、建筑體型設計、建筑總平面設計和建筑性能分析4個方面，通過BIM技術的應用，可以實現“邊設計，邊模擬”的目的。

關鍵詞：BIM技術;綠色建筑;建筑性能分析

一、引言

隨著工業革命的開端，不可再生能源儲量逐漸減少，全球環境問題引發人們的關注。在可持續發展的概念下，綠色建筑的概念也隨之出現。據不完全統計，建筑行業的消耗能耗占到了整個工業總能耗的50%，綠色建筑設計是降低能耗的主要方法之一。

BIM技術作為當前最新的建筑設計技術，它實現了建筑從二維設計向三維設計的轉變，同時BIM是高度集成的三維信息模型，可以有效地解決信息傳輸斷層的發生，其中大部分都符合綠色建筑項目的設計需求，我國現在正強調BIM技術在綠色建筑中的應用。本文應用BIM技術的優點，研究BIM技術在綠色建筑設計中的應用。

二、基本概念

（一） BIM技術

BIM技術是三維建筑信息模型，它包含了建筑的三維數據信息，可以進行建筑信息的傳遞與共享，BIM技術的特征如下：

1.可視化性

可視化基于BIM技術進行建筑設計，BIM技術的出現不僅提供了建筑更加抽象的信息，如建筑的舒適度、通風和光照等，使建筑被形象化表達，建立了建筑各個部件之間的位置關系，為工程建設提高生產效率和降低建設成本。

2.信息的完備性

在BIM平臺上，包含了建筑的所有信息，包括建筑結構類型、建筑材料、工程性能設計等信息，施工進度、施工成本、施工質量和人員數量、材料、機械等施工信息，工程安全性能、材料耐久性等維護信息。BIM模型為視覺條件下的各種優化分析提供了良好的基本條件，可以進行可視化操作，例如建筑的空間分析、日光分析、能耗分析等。

3.信息的互用性

BIM技術實現了信息的互用共享，可以保證信息在發送和接收后的完全一致性。具體而言，通過允許BIM模型的所有數據通過單個集合或輸入在整個設施的生命周期中共享，可以顯著降低成本，節省時間并提高效率。BIM技術的應用不會干擾項目參與者創建的不同專業軟件的信息交換，也不會在信息交換過程中丟失信息，保證了信息從始至終的一致性。

（二）綠色建筑

目前，“綠色建筑”的概念在我國得到廣泛認可，綠色建筑設計的目標是充分利用資源、保護環境，減少污染。綠色建筑設計的特征如下：

第一，綠色建筑設計一般采用先進的設計技術，在節能環保的前提下進行建設設計，綠色建筑設計可以有效降低建筑的能耗。

第二，綠色建筑設計沒有明確的建筑規則和模式，因為它們專注于項目周圍的生態系統，充分利用自然資源、光線、風向等。

第三，綠色建筑根據當地條件進行建設，追求可持續建筑的設計，滿足人們的需求，同時不影響自然系統的健康發展。

三、BIM技術在綠色建筑設計中的應用

（一）綠色建筑設計存在的問題

1.綠色建筑設計理念薄弱

目前，綠色建筑的設計過于倉促，并沒有對建筑的綠色概念進行合理的應用，還是采用傳統建設設計方法進行綠色建筑的設計，并沒有將綠色的概念融入到建筑設計中，缺乏對建筑的能耗分析、光照分析和風環境模擬等。

2.綠色建筑信息缺失

綠色建筑不僅是綠色設計技術應用于建筑設計，而且是綠色建筑設計的信息數據的保存和共享。目前，綠色建筑項目變得越來越復雜，很難從二維圖紙中提取有效的綠色建筑信息數據，導致綠色建筑信息的缺失。

（二）BIM 技術在綠色建筑設計中應用的優勢

1.協作設計

綠色建筑在設計時，需要各個專業的建筑師協同合作，做到建筑信息的共享。BIM技術為建筑師們提供了一個很好的信息共享平臺，在BIM上，建筑師可以了解到建筑的所有信息，提高對綠色建筑的認識，達到協同設計的效果。

2.性能分析

在傳統建筑設計時，設計往往是不同專業的建筑設計師進行建筑性能分析，不同專業的建筑設計師的軟件存在差異，不能達到建筑模型的一致性。將BIM技術應用到綠色建筑過程中，可以實現建筑設計模型的一致性，只需要將BIM模型轉換為gbXML格式進行性能模擬。同時，通過對場地環境和氣候的分析和模擬，建筑師可以合理、科學地設計場地，在設計初期模擬建筑物的風環境和聲環境，模擬建筑物的能量消耗，最后選擇最佳建筑設計方案。

3.全生命期建筑模型信息完整傳遞

在BIM平臺上進行建筑設計，所有的建筑信息都保存在BIM數據庫中，這樣就可以很好地解決建筑信息傳遞的問題，提高信息的共享效率。

（三）BIM 在綠色建筑方案設計階段的應用研究

1.建筑場地設計

（1）場地建模

場地模型通常由數字地形模型表示。BIM模型基于三維數字技術，創建場地的數字高程模型，實現對建筑場地數字地形和高程的模擬。DEM地形數據可以通過基本地形信息資源獲得。使用Civil 3D等BIM軟件創建地形模型，以Revit場地建模為例，設置“絕對高度”的值，以DWG或DGN格式讀取三維輪廓數據，最后用點文件讀取，創建地形表面。

（2）場地分析

場地分析的內容包括高程分析和坡度分析，應用BIM建立場地分析模型，在滿足防洪和排水要求的前提下合理地設計建筑布局，同時有必要進行場地高程分析、坡度分析、朝向分析、排水分析。

對于高程分析，可以使用BIM軟件Civil 3D，通過高度分析，設計師可以充分掌握高度變化和高度差異，坡度分析是為了將建筑場地按照坡度分為不同的區域，為交通設計提供設計依據，場地的平整是為了建筑物的建造地點的水平。

2.建筑體型設計

隨著人們生活水平的提高，簡單形狀的建筑已經不能滿足人們對建筑設計的要求，建筑的實用和美觀越來越重要，如北京奧林匹克體育館和其他復雜的標志性建筑。復雜的建筑結構為設計帶來了麻煩，不僅要考慮建筑的形狀，還要考慮建筑的結構設計，同時還要考慮建筑對節能的要求，這就需要運用BIM技術進行建筑的可視化設計和性能模型。可視化設計保證了可以從不同方向對建筑進行效果分析，同時還可以進行建筑的局部觀察，簡單直觀地表現建筑信息模型。

3.總平面布局

在建筑設計的早期階段，進行現場分析和周圍環境調查，需要比較BIM技術的陽光和通風模擬與初始設計的BIM技術現場和建筑物總體布局的現場環境。影響建筑朝向的因素眾多，主要包括建筑場地的地理條件和氣候條件。在項目設計的早期階段，使用BIM技術來科學地分析項目現場的氣候條件，同時分析建筑的采光、通風和熱輻射效果，以此來確定建筑的最佳朝向。

設計師還可以考慮將太陽能用于基于陽光分析的太陽能有源和無源設計，實現綠色節能目標。在建筑進行通風分析時，通常采用建筑舒適度來確定。對于建筑的熱輻射分析結果，其中藍色表示冬季輻射量，紅色表示夏季輻射量。

4.建筑性能模擬分析

綠色建筑方案設計階段的生態性能模擬也在設計建筑物的形狀和整個建筑的布局中起作用。對建筑的性能模擬是確定綠色建筑設計方案的主要手段，根據建筑性能的分析結果來反饋綠色建筑的設計，其中性能分析主要包括建筑風環境模擬和聲環境分析等。

（1）風環境模擬

根據建筑綠色設計的通風要求，通過調整建筑的布局來調整建筑的通風條件，來獲得最優化的通風環境。風環境的分析結果包括風向和風流速，可以為建筑的形狀和建筑間距等提供合理的設計依據。

（2）場地噪聲模擬

建筑的聲環境模擬是建筑性能分析的重要組成部分，通過聲環境分析對建筑的聲源進行控制，避免噪音影響人們的生活環境。

四、結語

傳統的綠色建筑設計方法對于結構簡單的結構還適用，但是一旦建筑結構復雜，綠色建筑的數據信息就會變得相當復雜，給綠色建筑設計帶來了相當大的麻煩。將BIM技術應用于綠色建筑設計可以很好地解決上述問題，實現對建筑設計的可視化，實現建筑信息的實時共享。結合BIM技術和生態模擬的建筑類型和通用圖形設計是綠色建筑實現節能環保目標的必要手段。如今，BIM技術的發展縮短了建筑師進行仿真分析的時間，便于設計師對設計方案進行比較選擇，實現“邊設計、邊模擬”的目的。

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作者單位：

山西應用科技學院