基于BIM的綠色建筑環(huán)境性能評(píng)價(jià)與分析

趙欣欣， 王群

(1.延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院 農(nóng)林與建筑工程系，陜西 延安 716000；2.西安歐亞學(xué)院 人居環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710065)

0 引言

近些年，隨著環(huán)境污染和能源短缺等問題越來越嚴(yán)峻，各國均日益重視可持續(xù)發(fā)展，在此大環(huán)境下，綠色建筑越來越受到人們的推崇[1-2]。而BIM作為建筑信息化的重要集成技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)工程全壽命周期內(nèi)的信息共享[3]。BIM技術(shù)可在建筑環(huán)境的能源消耗、環(huán)境節(jié)能等方面進(jìn)行模擬、檢查和分析[4]，從而為建筑工程在全壽命周期內(nèi)提供科學(xué)決策，為方案優(yōu)化提供思路和依據(jù)，提高綠色建筑的環(huán)保性能[5]。本文將BIM技術(shù)引用于綠色建筑的性能評(píng)價(jià)中，構(gòu)建了以能源消耗和資源利用等指標(biāo)的性能評(píng)價(jià)體系，并結(jié)合某綠色建筑實(shí)際工程項(xiàng)目，驗(yàn)證了該評(píng)價(jià)方法的實(shí)用性和可行性。

1 環(huán)境性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

目前國內(nèi)外被廣泛認(rèn)可和相對(duì)完善的建筑評(píng)價(jià)體系有HKBEAM、EEWH、GOBAS、DGNB、SBTool、CASBEE、BREEAM、LEED等[6-9]，經(jīng)過對(duì)比分析可知，不同的評(píng)價(jià)體系制定的出發(fā)點(diǎn)和背景差異較大，其適用性相對(duì)較窄。此外，沒有充分考慮性能、產(chǎn)品、構(gòu)建等諸多信息，而這正是BIM的優(yōu)勢(shì)。因此，本文通過歸納整理，將綠色建筑評(píng)價(jià)體系劃分為室內(nèi)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、能源利用和資源消耗4個(gè)一級(jí)指標(biāo)，而每個(gè)一級(jí)指標(biāo)又被細(xì)化為3-4個(gè)二級(jí)指標(biāo)，具體如圖1所示。

圖1 綠色建筑環(huán)境性能評(píng)價(jià)體系

2 環(huán)境性能評(píng)價(jià)模型

Fuzzy-sets[10-11]最早由美國科學(xué)院查德教授提出，其主要用來評(píng)價(jià)不確定性。具體評(píng)價(jià)步驟如下。

(2)建立隸屬度矩陣R[13]如式(1)。

(1)

(3)建立模糊綜合評(píng)估模型[14]如式(2)。

(2)

在進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)，專家可以對(duì)難以量化的指標(biāo)進(jìn)行打分。指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 各指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 算例分析

3.1 項(xiàng)目概況

某住宅樓共11層，總建筑面積為6 512.66 m2，住宅建筑總高度為34.12 m。利用節(jié)能產(chǎn)品集成應(yīng)用及主被動(dòng)節(jié)能等方式實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。本文基于Autodesk公司開發(fā)的Ecotect Analysis軟件建立三維模型，具體如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目3D網(wǎng)格模型

3.2 信息的提取

基于Ecotect Analysis中模塊可提取信息評(píng)價(jià)評(píng)判指標(biāo)并用于隸屬度判別。

(1)日照時(shí)間分析

根據(jù)建筑物所在的區(qū)域，實(shí)時(shí)計(jì)算大寒日日照的軌跡可知，11:20-16:30時(shí)間段內(nèi)沒有建筑區(qū)遮擋，日照時(shí)間符合規(guī)范要求。

(2)室內(nèi)聲環(huán)境

建筑材料、房間布局、周邊環(huán)境等因素均會(huì)影響室內(nèi)聲環(huán)境，本文基于賽賓公式[15-16]求得計(jì)算混響時(shí)間為0.61 s。

(3)室內(nèi)自然采光

基于Ecotect Analysis軟件中的光環(huán)境分析模塊對(duì)該建筑進(jìn)行室內(nèi)自然采光分析，采光的模式為大寒日全陰天的最不利條件，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，室內(nèi)自然采光系數(shù)滿足規(guī)范要求。

(4)室內(nèi)熱環(huán)境

基于Ecotect Analysis軟件中的熱工分析模塊進(jìn)行計(jì)算，對(duì)所有房間溫度在19-25 ℃段內(nèi)的時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，平均舒適溫度百分比為36.1%。

(5)可循環(huán)材料使用

本建筑作為綠色建筑，在修建時(shí)采用了較多的可循環(huán)材料，建筑材料使用明細(xì)表如表2所示，循環(huán)材料占所有材料的比重為18.02%。

表2 建筑材料使用明細(xì)表

3.3 環(huán)境性能評(píng)價(jià)等級(jí)的確定

(1)判斷矩陣

通過對(duì)該住宅建筑進(jìn)行分析，邀請(qǐng)了各專業(yè)專家對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行了打分，具體結(jié)果如表3-表7所示。

表3 室內(nèi)環(huán)境判斷矩陣

表4 生態(tài)環(huán)境判斷矩陣

表5 能源利用判斷矩陣

表6 資源消耗判斷矩陣

(2)隸屬度矩陣構(gòu)建

根據(jù)表1中各評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可用于量化指標(biāo)評(píng)價(jià)分析內(nèi)容如表8所示。

表8 指標(biāo)評(píng)價(jià)分析內(nèi)容

模糊關(guān)系矩陣如下。

(3)模糊綜合評(píng)估

對(duì)單因素進(jìn)行評(píng)估如下。

B1=WB1×RB1=(0.292 3 0.036 7 0.671 0 0 0)

B2=WB2×RB2=(0.100 7 0.831 8 0.040 1 0.027 3 0)

B3=WB3×RB3=(0.340 1 0.455 9 0.158 6 0.037 3 0.008 0)

B4=WB4×RB4=(0.648 3 0.351 7 0 0 0)

綜合評(píng)估如下。

B=W×R=(0.288，0.487，0.194，0.026，0.004)

D=B×K=82.0

根據(jù)綜合評(píng)估可知該住宅環(huán)境性能評(píng)價(jià)得分為82.0，處于綠色和深綠色之間，因此可知該建筑環(huán)境性能較好。

4 總結(jié)

本文對(duì)比分析了目前國內(nèi)外綠色建筑環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合BIM應(yīng)用價(jià)值和綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，把BIM技術(shù)應(yīng)用至綠色建筑環(huán)境性能評(píng)價(jià)體系中，構(gòu)建了核心為室內(nèi)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、能源利用和資源消耗的綠色建筑環(huán)境性能評(píng)價(jià)體系。基于BIM模型提取量化指標(biāo)分析的相關(guān)數(shù)據(jù)，由于評(píng)價(jià)體系中包含諸多量化難度較高的模糊問題，本文基于多決策、多方案和多準(zhǔn)則的測(cè)度理論，利用模糊層次分析法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。最后依托某綠色住宅建筑，驗(yàn)證了本文提出的評(píng)價(jià)體系的適用性和可行性，探索了綠色建筑環(huán)境性能評(píng)價(jià)的新方法，為完善了綠色建筑環(huán)境性能評(píng)價(jià)體系提供參考和依據(jù)。