BIM技術(shù)在綠色公共建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉任峰

摘 要：基于綠色建筑理念的發(fā)展，將BIM技術(shù)應(yīng)用到綠色公共建筑設(shè)計(jì)中不僅是我國“互聯(lián)網(wǎng)+建筑”技術(shù)發(fā)展的體現(xiàn)，也是提升公共建筑人性化、生態(tài)化以及高性能化的具體措施。文章以BIM技術(shù)原理以及在綠色公共建筑中的優(yōu)勢(shì)作為切入點(diǎn)，結(jié)合Revit軟件提出其在綠色公共建筑設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用策略，以此實(shí)現(xiàn)綠色公共建筑設(shè)計(jì)的要求。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；BIM技術(shù)；綠色公共建筑；設(shè)計(jì)

基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，公共建筑設(shè)計(jì)理念更加多元化。然而隨著生態(tài)環(huán)境的不斷惡化以及能源危機(jī)的爆發(fā)，實(shí)現(xiàn)公共建筑綠色設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)人員必須要面臨的任務(wù)要求。建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)以及信息技術(shù)等實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的立體化，在現(xiàn)如今的大數(shù)據(jù)時(shí)代，BIM技術(shù)的誕生給信息社會(huì)帶來重大的革命，在建筑設(shè)計(jì)施工中可以帶來更好的平臺(tái)，BIM技術(shù)具有關(guān)鍵性的作用。

1 BIM技術(shù)的原理及在綠色公共建筑設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

1.1 BIM技術(shù)的原理

BIM技術(shù)就是將建筑工程中的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，將所有的數(shù)據(jù)化成模型中的基本數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)化模型的確立，建筑物的所有真實(shí)信息都被錄入仿真模擬的模型之中。其原理主要包括：構(gòu)建統(tǒng)一的建筑模型，使得建筑設(shè)計(jì)更參數(shù)化、數(shù)據(jù)化以及信息化。

1.2 BIM技術(shù)在綠色公共建筑設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

綠色公共建筑設(shè)計(jì)是以用戶需求為前提，使得建筑物與周圍環(huán)境融洽相處，實(shí)現(xiàn)生態(tài)資源的可持續(xù)發(fā)展。BIM技術(shù)在綠色公共建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)為以下幾個(gè)方面[1]。

BIM技術(shù)有效解決不同軟件的性能差異，實(shí)現(xiàn)了信息的統(tǒng)一管理。BIM能集成建設(shè)項(xiàng)目各個(gè)階段以及不同專業(yè)類別的工作信息，將其整合在一個(gè)單獨(dú)的信息模型中。各種信息被完整保存并相互關(guān)聯(lián)，在很大程度上消除了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中跨行跨階段的信息流失，減少了因產(chǎn)業(yè)割裂產(chǎn)生的資源浪費(fèi)，避免了不同專業(yè)產(chǎn)生的碰撞與錯(cuò)誤。

（2）BIM技術(shù)覆蓋綠色建筑全生命周期。傳統(tǒng)的公共建筑設(shè)計(jì)往往是根據(jù)具體的項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)致在排水、結(jié)構(gòu)、電氣等方面的設(shè)計(jì)存在信息的不對(duì)等問題，而BIM技術(shù)的應(yīng)用有效解決了不同設(shè)計(jì)軟件性能的差異性問題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)計(jì)信息的統(tǒng)一、協(xié)同管理。

（3）BIM技術(shù)提供性能模擬與分析。BIM模型包含項(xiàng)目各個(gè)方面信息，利用計(jì)算機(jī)軟件和 BIM模型里的信息項(xiàng)目結(jié)合，通過“設(shè)計(jì)—分析—模擬—修改”一體化動(dòng)態(tài)表達(dá)，最終達(dá)到業(yè)主所想要的產(chǎn)品。

2 Revit軟件在綠色公共建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2002年，BIM技術(shù)作為信息技術(shù)被應(yīng)用到建筑模型設(shè)計(jì)中，目前BIM技術(shù)在公共建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要是通過Revit軟件實(shí)現(xiàn)的。因此，本文以Revit軟件在綠色公共建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用為例進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

2.1 某綠色公共建筑設(shè)計(jì)項(xiàng)目概述

綠色公共建筑設(shè)計(jì)必須要強(qiáng)調(diào)建筑設(shè)計(jì)的環(huán)保、節(jié)能性，例如，建筑物與周圍環(huán)境、材料以及空間等必須具有環(huán)保要求。該綠色公共建筑設(shè)計(jì)項(xiàng)目屬于某高校的公共建筑，建筑總面積為3.5萬m3，其中地上建筑面積33 153 m3，地下建筑面積1 550 m3，本項(xiàng)目容積率R為 0.722，綠地率為28.9%。

2.2 Revit軟件介紹

Revit是目前使用較為廣泛的軟件之一，其研發(fā)的目的就是幫助設(shè)計(jì)企業(yè)更好地完成建筑設(shè)計(jì)。其不僅可以建立真實(shí)的三維建筑模型，而且還可以生成圖紙、工程量清單等信息，因此，Revit軟件仍然是目前BIM技術(shù)應(yīng)用的主要軟件之一。

Revit軟件具有以下特點(diǎn)：（1）具有精確的設(shè)計(jì)信息。Revit軟件能夠?qū)⒐步ㄖO(shè)計(jì)的相關(guān)信息統(tǒng)一集成到建筑模型中，對(duì)此基于建筑模型產(chǎn)生的三維視圖具有極高的協(xié)調(diào)和一致性。（2）參數(shù)化構(gòu)件。族是Revit軟件最基本的參數(shù)化構(gòu)件，利用Revit軟件進(jìn)行的設(shè)計(jì)可以將不同的族進(jìn)行組合，這樣可以形成不同的建筑模型。基于族的參數(shù)可驅(qū)動(dòng)性的特點(diǎn)，對(duì)于公共建筑的設(shè)計(jì)模型可以利用調(diào)整族參數(shù)的方式對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此滿足不同公共建筑設(shè)計(jì)的要求。例如，基于公共建筑設(shè)計(jì)要求不同，可以通過對(duì)族參數(shù)的調(diào)整實(shí)現(xiàn)不同布局的設(shè)計(jì)。（3）直觀的用戶界面。Revit軟件的界面性能非常完善，能夠?yàn)橛脩籼峁┳钪庇^的界面，有效地保證了操作的便捷性。例如，設(shè)計(jì)人員可以在該軟件的界面上直接找到相應(yīng)的設(shè)計(jì)軟件工具，有效地提高了設(shè)計(jì)的效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)Revit軟件的操作。（4）導(dǎo)入/導(dǎo)出功能。Revit提供了多種格式圖形導(dǎo)入導(dǎo)出方法，例如，DWG格式以及IFC、gbXML等常用的分析軟件可以識(shí)別的格式[2]。

2.3 Revit軟件在綠色公共建筑設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

2.3.1 在室外環(huán)境中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

綠色公共建筑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)建筑與周圍環(huán)境的和諧發(fā)展。該項(xiàng)目主要承擔(dān)的是教學(xué)任務(wù)，因此，在室外環(huán)境設(shè)計(jì)上必須要保證周圍不能對(duì)公共建筑帶來光污染、噪音污染等。根據(jù)調(diào)查，該項(xiàng)目不存在建筑自身遮擋的問題，因此，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，每套住宅至少應(yīng)有一個(gè)居住空間獲得大寒日不小于2小時(shí)的規(guī)定。將在Revit中的RVT格式建筑模型通過導(dǎo)出DXF格式轉(zhuǎn)換之后導(dǎo)入Ecotect中形成eco格式分析模型進(jìn)行日照分析。也就是將最不利的窗戶作為研究對(duì)象，經(jīng)過在Ecotect中大寒日當(dāng)天太陽照射項(xiàng)目形成的陰影分析，可以看出該項(xiàng)目在8：00到14：00之間，最不佳的位置能夠得到陽光的照射，因此，可以得出結(jié)論：此種設(shè)計(jì)方案符合日照的要求。

在自然通風(fēng)以及周圍人行區(qū)風(fēng)速的應(yīng)用。由于綠色公共建筑設(shè)計(jì)必須要體現(xiàn)出人性化因素，而自然通風(fēng)情況以及行區(qū)風(fēng)速問題是影響建筑性能的重要因素。例如，根據(jù)《綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)》要求，建筑周圍人行區(qū)風(fēng)度低于5 m/s。Revit軟件中的CFD模擬方法可以對(duì)室外的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬計(jì)算，因此，其可以準(zhǔn)確地判斷公共建筑設(shè)計(jì)的效果。具體的應(yīng)用為：首先，根據(jù)周邊風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)俗、建筑表面風(fēng)壓以及周邊空氣的空氣齡等指標(biāo)，分析不同季節(jié)的工況。模擬計(jì)算中采用的是運(yùn)用FLUENT求解器的Revit軟件。依據(jù)設(shè)計(jì)過程中形成的模型方案，從模型中提取建筑的坐標(biāo)信息，在Revit軟件中建立項(xiàng)目室外風(fēng)環(huán)境模擬的模型；其次，將本區(qū)域的夏季、秋季以及過渡季的氣象平均數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，然后進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)過計(jì)算得出，在3個(gè)工況模擬下，項(xiàng)目周邊人行區(qū)域的環(huán)境舒適，1.5 m高度處風(fēng)速均小于5 m/s，符合設(shè)計(jì)要求。但是夏季建筑前后壓差均小于1.5 Pa，不利于自然通風(fēng)，因此，在設(shè)計(jì)的時(shí)候可以采取在項(xiàng)目的西北側(cè)種植喬木等樹種的方式改善通風(fēng)條件。

2.3.2 在節(jié)能與節(jié)材中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

考慮到項(xiàng)目的節(jié)能性因素，該項(xiàng)目采取了多種節(jié)能環(huán)保材料，為了檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的可行性，需要對(duì)建筑全年的運(yùn)行能耗以及相關(guān)系統(tǒng)的運(yùn)行特性進(jìn)行分析，而Revit軟件在節(jié)能與節(jié)材上的與應(yīng)用主要表現(xiàn)為：（1）構(gòu)建公共建筑模型，將建筑構(gòu)件的相關(guān)參數(shù)信息等納入數(shù)據(jù)模型中，為了提高計(jì)算速度，本次計(jì)算只對(duì)辦公區(qū)域的能源消耗進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)要求，設(shè)計(jì)了參照建筑模型。本次設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)采取的是干盤管+獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)，其可以有效避免室內(nèi)出現(xiàn)凝結(jié)水的現(xiàn)象出現(xiàn)，提高了人們的熱舒適性。根據(jù)對(duì)公共建筑模型節(jié)能結(jié)構(gòu)的計(jì)算，通過改進(jìn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，使用高效的空調(diào)設(shè)備，建筑全年耗電量從參照模型的474.5 MJ/m2減少至設(shè)計(jì)模型的346 MJ/m2，節(jié)省用電量達(dá)128.5 MJ/m2。

（2）利用BIM技術(shù)可以對(duì)建筑材料進(jìn)行統(tǒng)一的計(jì)算與分配，實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑材料的優(yōu)化配置，避免了浪費(fèi)。在建筑施工的過程中需要大量的建筑材料，建筑材料采購過多過少都會(huì)造成能源消耗。而利用BIM模型通過系統(tǒng)的模擬建筑物可以精準(zhǔn)地計(jì)算出建筑物所需要消耗的建筑材料，這樣有效地節(jié)約了經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，提高了建筑材料的優(yōu)化配置。當(dāng)然，BIM技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑材料性能的控制，通過模型可以按照不同的建筑結(jié)構(gòu)提供最佳的材料配置，保證了建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與性能。

2.3.3 在室內(nèi)自然采光中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)室內(nèi)采光的自動(dòng)化控制是綠色建筑設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，通過優(yōu)化室內(nèi)自然采光可以降低能源消耗。傳統(tǒng)的室內(nèi)采光設(shè)計(jì)主要是依靠傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)實(shí)施，難以有效精準(zhǔn)地對(duì)自然光源統(tǒng)計(jì)。實(shí)踐證明，通過應(yīng)用BIM技術(shù)構(gòu)建日照數(shù)據(jù)模型，可以將影響建筑物采光的各種要素以三維畫面的形式展現(xiàn)出來，這樣便于對(duì)日照自然光的統(tǒng)一計(jì)算，以此確定具體的室內(nèi)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。例如在室內(nèi)設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以通過精準(zhǔn)地計(jì)算出影響室內(nèi)采光的面積，以及根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)而計(jì)算出所有房間內(nèi)的采光數(shù)據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行仿真模擬，實(shí)現(xiàn)了對(duì)公共綠色室內(nèi)采光的最優(yōu)化設(shè)計(jì)[3]。

3 結(jié)語

BIM技術(shù)在綠色公共建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用取得了良好的功效，但為了進(jìn)一步提高工程質(zhì)量，需要進(jìn)一步提高BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)與綠色公共建筑設(shè)計(jì)的深度融合，形成一種精細(xì)化設(shè)計(jì)管理的模式，以此來提高工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

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