淺析綠色建筑節(jié)能設計中BIM技術的運用
——以杭州奧體中心體育游泳館為例

陳一鳴 大連財經學院工商管理學院

1 引言

我國工程建設項目設計團隊主要由建筑、設備、結構、電氣等專業(yè)人員組成，可也因專業(yè)不同，如何讓設計信息交流和處理順暢是個問題，特別是綠色建筑，圖紙化的建筑設計根本無法滿足，如果把BIM技術運用到綠色建筑設計中，則建筑設計會變得直觀可視，設計信息交流與處理變得容易操作。本文通過分析對BIM技術在綠色建筑中的運用，為工程建設項目提供信息化、數(shù)字化的理論依據(jù)，加快工程建設由粗放型、資源消耗型的生產方式向節(jié)能環(huán)保的集成化和工業(yè)化方向發(fā)展。

2 BIM技術概述

BIM是建筑信息模型簡稱，又稱可視化3D模型，它包括模型信息、構件性能和功能要求，是在一個獨立建筑模型中導入建筑項目全壽命周期內的信息，還包括對建設過程、施工進度、運營階段等相關信息進行整合。綠色建筑是目前整體建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的體現(xiàn)，因它節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材，有利于環(huán)境保護的特點。也因綠色建筑的優(yōu)勢巨大，大多數(shù)國家已經大力提倡，并在推動經濟發(fā)展及能耗下降上已有一定成效。

3 在綠建節(jié)能設計中運用BIM技術的意義

與傳統(tǒng)的設計方法相比，在綠色建筑節(jié)能設計中運用BIM技術是具有很大的價值和意義。

3.1 設計方案直觀可視

BIM技術是由可視的3D模型代替平面的設計圖紙，讓設計變得直觀立體，容易產生代入感，利于設計師的創(chuàng)造、創(chuàng)新，又因BIM技術是3D關聯(lián)設計，一處改變，則處處自動更新，這讓設計的整體進程加快。

3.2 設計人員綜合協(xié)調

在BIM模型中建筑圖紙不僅是圖紙，更是說明各方面建筑信息。為了提高整體設計決策的效率與質量，避免因信息傳遞阻滯或溝通不及時而造成設計延遲與錯誤，它將參與建筑活動中的各專業(yè)人員通過BIM模型在每個環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系，并利用同步調整的協(xié)同方式進行整合設計[1]。

3.3 設計反饋準確及時

BIM軟件是模型、表格和數(shù)字的關聯(lián)軟件（如Revit軟件，能提供建筑工程數(shù)據(jù)實時自動計算、組合、拆分和查詢，能及時反饋準確的建筑設計模擬評估結果，無需委托專業(yè)人員進行數(shù)據(jù)分析，且BIM軟件操作簡單易懂，這對設計師在工程建設初期階段能提供很好的技術支持。

4 BIM技術在綠建節(jié)能設計中的運用

4.1 節(jié)能、能源利用分析

綠色建筑的特性是節(jié)能和合理的能源利用。利用BIM技術的3D模型，直接導入能耗分析軟件，進行建筑能耗分析，生成模型數(shù)據(jù)，模擬項目運行能耗情況，進一步優(yōu)化圍護結構設計方案，調整相關參數(shù)設定，有效實現(xiàn)節(jié)能控制[2]。為降低照明能耗，可以通過BIM技術進行分析，以最大限度利用自然光。為降低能源能耗，可以通過BIM技術對太陽輻射的強度和分布進行分析，提高太陽能的利用效率，同時還根據(jù)項目所在地的氣候條件，分析優(yōu)化室外綠植的種類與配置，科學合理安排種植各種特性的植物[3]。

4.2 室內外環(huán)境分析

室內環(huán)境的重要組成部分是風、光、聲三個方面，BIM技術能對這三方面內容進行精確分析。在室內自然通風方面，利用BIM技術分析空氣污染物分布狀況，優(yōu)化開窗位置、數(shù)量、大小和方式，改善室內自然通風效果。在室內照明方面，BIM技術通過分析照度、顯色指數(shù)、眩光等指標和因素，優(yōu)化室內照明布置。在室內噪聲方面，BIM技術可以預測室內噪聲值，判斷室內噪聲是否達到預定標準[4]。室外環(huán)境也可利用BIM技術，進行相同設計完成客觀分析。

4.3 運營管理

BIM技術的核心是參數(shù)化3D模型，集項目相關專業(yè)信息，在模型中數(shù)字化、參數(shù)化和可視化地呈現(xiàn)項目實體建筑和各項功能，讓建設施工全壽命周期信息始終保持統(tǒng)一，實時提供建筑數(shù)據(jù)，滿足綠色建筑在運營管理時對建設項目信息的需求。

4.4 建筑材料節(jié)約利用分析

綠色建筑評價標準的一個很重要內容，是對項目所使用建筑材料提出相關要求。綠色建筑評價標準要求，建設工程項目施工現(xiàn)場500km以內所能提供的建筑材料量占建筑材料總量60%以上；在保證建筑物安全和不污染環(huán)境情況下，盡可能使用可再生環(huán)保材料，量要占建筑材料總量10%以上[5]。傳統(tǒng)設計時，這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)計十分繁雜，費時費力并且容易出現(xiàn)誤差。BIM技術的數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計功能十分強大，可以快速精確計算出建設工程項目用材量的相關數(shù)據(jù)，調整、控制各類建材用量和配置，可以非常容易地解決此類問題，讓設計達到綠建評價目標。

5 以杭州奧體中心體育游泳館為例分析BIM技術在綠建節(jié)能設計中的應用

5.1 案例簡介

杭州奧體中心體育游泳館坐落杭州錢塘江南岸，奧體中心北側，22.79公頃的占地面積，396950m2的建筑總面積。該游泳館是杭州市大型城市公共設施之一。它將為2022年杭州市舉辦第19屆亞洲運動會提供集體育、休閑、商業(yè)、娛樂為一體的現(xiàn)代化體育游泳館[6]。

該體育游泳館是由北京市建筑設計研究院有限公司借助BIM技術進行整合與創(chuàng)新的設計，利用BIM技術上的精髓使上部網(wǎng)殼圍護結構的構造、空間結構、內外幕墻、雨水污水系統(tǒng)、采光通風系統(tǒng)、線路管道系統(tǒng)、防水防漏系統(tǒng)等進行虛擬化組建，并進行了3D校核和調整后建成的[7]。

5.2 BIM技術在該項目節(jié)能設計中的運用分析

5.2.1 環(huán)境影響防治設計

（1）廢氣污染防治。項目主要廢氣是廚房灶臺產生的油煙廢氣，在屋頂安裝靜電油煙處理器和離心式排風機，廚房油煙廢氣經集煙罩收集，通過垂直管道輸送到油煙處理器凈化處理后，再由排風機排出。

（2）廢水污染防治。實行雨污分流，廚房廢水經隔油凈化處理后與其他污水排入當?shù)厥姓鬯芫W(wǎng)系統(tǒng)；并選用加裝防振降噪裝置的變頻水泵。

（3）固體廢棄物污染防治。項目建成運營后，垃圾將實行分類投放、收集，袋裝密閉，專人負責在規(guī)定時間內清運處理。

（4）光污染防治。幕墻玻璃選用低反射鍍膜玻璃，外墻裝飾板材采用涂層鋁錳鎂板，外墻面無高反射材料，無光污染。

5.2.2 節(jié)能設計

（1）電氣節(jié)能設計。機電整合節(jié)能變頻設計，是該項目BIM技術設計中的又一個亮點。因該游泳館造型復雜，則附著的機電管線會更復雜。但建筑設計團隊仍通過BIM模型強大的可視功能，將建筑構件通過建模推敲，對是否出現(xiàn)碰撞進行檢查檢測，排除了平面設計圖紙難以發(fā)現(xiàn)的管線綜合、空間管線以及雨水系統(tǒng)等諸多問題。

照明燈具均為LED燈，LED燈是發(fā)光二極管，通過鎮(zhèn)流器把交流變?yōu)橹绷鳎@提高發(fā)光效率，降低能耗，同時對電氣照明及其它用電設備采用自控自調來降低能耗。

（2）外墻節(jié)能設計。實體外墻為涂層鋁錳鎂板幕墻，因鋁錳鎂板舒適、輕型、耐久、經濟、環(huán)保，為提倡綠色建筑建設發(fā)揮重大功能作用[8]。公共區(qū)外墻是低反射膜玻璃幕墻，主體則是混凝土結構和上部屋蓋鋼網(wǎng)殼組成，均采用熱惰性好的材料來阻斷熱橋。

5.3 總結

BIM技術在杭州奧體中心體育游泳館的運用，特別是在環(huán)境保護和節(jié)能設計中有很重要的體現(xiàn)。BIM技術讓建筑各方參與者在面對日益復雜的建筑工程時，能提出了最有效最可行的設計方案，以便一切工作最終達到井然有序的狀態(tài)，讓未來體育建筑，變成智能化和可控化的綠色建筑。

6 BIM技術在綠建節(jié)能設計中應用的前景及注意問題

6.1 BIM技術在當下綠建設計中運用

6.1.1 是推動當前建筑設計方法的重要動力

BIM技術使我們在當今的3D可視化模型基礎上進行多維度深化，在傳統(tǒng)原有基礎上增加時間（4D）和成本（5D）的概念，使之成為一套虛擬化的全方位的建筑模型，對建筑施工中的進度、物料、人力和總成本等進行規(guī)劃控制，扭轉傳統(tǒng)建筑管理中存在的種種弊端，使項目在BIM軟件上建立一個各方合力參與、簡單易懂的可視化、虛擬化建筑模型，讓各個不同專業(yè)人員在施工的任意階段都能對建設工程整體做出全方位了解，改變由于傳統(tǒng)設計中過分強調專業(yè)知識而造成溝通不暢、描述混亂等問題，讓大家在同一個BIM模型下進行溝通，容易對工程項目達成共識，保證項目順利進行。因此，BIM技術大大改善了當期工程施工的傳統(tǒng)觀念，也是推動當前建筑設計方法不斷創(chuàng)新的重要動力。

6.1.2 能大幅提高設計人員的工作效率

通過BIM技術建立的3D可視化模型，以及在3D基礎上的虛擬化，可以提前對項目進行完整了解，且在施工初期容易發(fā)現(xiàn)設計中存在的種種不合理，使項目參與各方能及時商討，形成一個最優(yōu)方案。憑借BIM技術施工方可以大幅度的提升審查速度，確保項目實施，完善和提升方案的品質。

6.1.3 是解決特殊造型工程的有效途徑

在建筑施工的過程中經常遇到很多特殊的造型工程，容易給施工造成很大難度，因此BIM技術的模擬與檢查方法就顯得尤為重要，這里包括常用的碰撞檢測及施工模擬。通過模擬檢查很容易就能發(fā)現(xiàn)設計與施工中存在的各種錯、漏、碰、缺，減少設計環(huán)節(jié)變更，降低錯誤的發(fā)生，及早發(fā)現(xiàn)設計中存在的碰撞、沖突等各種不足，完善設計的品質，提升工作效率，而使用BIM技術進行施工模擬操作可以及時對施工方案作出調整，并對各項資源進行整合，改善肆意浪費現(xiàn)象，實現(xiàn)限額領料，額定下料，還能對施工現(xiàn)場進行模擬，設計出合理的現(xiàn)場布置，提高施工效率和安全性[9]。

6.2 BIM技術在綠建節(jié)能設計中亟待解決的問題

6.2.1 軟件開發(fā)費用高

建立和維護BIM模型所使用的軟件，目前大都是國外大型軟件開發(fā)商，本地化程度低。而國內關于BIM的規(guī)范和標準還未出臺，國內軟件公司對BIM技術的解讀和表達形式不盡相同，這制約了BIM技術的開發(fā)運用；此外，在全球范圍內建筑行業(yè)信息化投入比例不夠高，這很大程度遏制了建筑行業(yè)的生產效率，影響B(tài)IM軟件的開發(fā)。

6.2.2 技術人員缺乏

因BIM技術運用處于提倡階段，隨著運用BIM技術的項目工程日漸增多，原有工程技術人員更加緊缺，使得越來越多企業(yè)培養(yǎng)員工學習BIM技術來跟進項目，BIM建模員便是其中一項職業(yè)。

6.2.3 軟件兼容性差

現(xiàn)在的很多建筑軟件要在不同的操作平臺上重新編譯才可運行，有些軟件甚至需要重新開發(fā)，造成有許多功能的缺失，這讓用戶在運用和操作上帶來極大的不便。如何編制適應國內的需求，開發(fā)穩(wěn)定性，兼容性都比較好的軟件，是國內的軟件開發(fā)商面臨的重大課題[10]。

7 結束語

盡管建筑信息模型的理念已提出了十多年，但目前還是處于倡導階段，存在很多問題。不過BIM技術已經成為建筑生命周期中各環(huán)節(jié)運用的必然趨勢，且發(fā)展速度極快，這必將給建筑業(yè)帶來一場新的革命。當前我們只有梳理好各影響要素的關系，制定準確合理地施工設計，保證設計質量，保障資金、材料設備、勞動力三大資源地供給，合理安排工程程序，建立網(wǎng)絡技術信息交流與共享平臺，構建共享機制，并在政府、行業(yè)協(xié)會、建筑設計院、軟件公司、開發(fā)商等大力支持下，明確BIM技術能給工程建設行業(yè)及相關企業(yè)帶來更大商業(yè)價值，那么BIM技術時代的到來只是時間問題。