BIM技術在綠色建筑設計中的運用

楊楷豐（太原市熱力設計有限公司，山西 太原 030001）

BIM技術的出現把建筑設計帶入了三維時代，因為其可以展示豐富的信息，從而在建筑設計、施工過程以及施工管理方面都可以得到優化[1]，進而確保設計、建造、經營管理等多個環節均保持一致。目前隨著人們環保意識的不斷提升，綠色建筑理念也在悄然興起，其主張在建筑設計中充分利用自然資源，如陽光、風力等，同時也重視建筑內部和建筑外部的連通[2]。如今BIM技術和綠色建筑的設計都處于蓬勃發展時期，因而將此二者加以結合有一定的現實意義。

1 綠色建筑概念

“綠色建筑”這一概念最早出現是在2006年所發布的《綠色建筑評價標準》，其給出的定義是：在建筑生命周期之內，最大程度上實現資源和能源的節約，從而對環境實現保護[3]，與此同時也要確保使用空間的健康、適用以及高效性，屬于環境友好型建筑工程。目前該理念已經得到了政府、公眾各個層面的普遍認可。人們對于綠色建筑的普遍認同是，其并不是建筑藝術流派，而是建筑工程相關主體在社會、文化和經濟等背景下，以實現自然和社會的和諧發展為目標的建筑理念。

2 BIM技術在綠色建筑設計中的應用優勢

2.1 BIM技術覆蓋綠色建筑全生命周期

BIM 技術和綠色建筑都對建筑工程的全生命周期予以關注。由于BIM 技術有著較為廣泛的覆蓋范圍，除了建筑工程的最終拆除之外都有涉及。但結合目前建筑行業的發展現狀，BIM技術在未來也將會考慮建筑拆除的相關問題，從而使其與綠色建筑一樣覆蓋全生命周期[4]。綠色建筑和BIM技術結合起來之后，就可以在同一平臺數據上使不同專業技術人員共同完成設計，并且做好數據整合。在通常情況下，BIM 模型建立后也可以在施工階段得到應用，從而給工程量的統計和計算提供便利。與此同時，也可以模擬施工過程，對施工方案進行組織管理。

同時BIM 模型也可在建筑運營管理中得到應用，這樣管理人員就可以對于自身所維護的建筑有著更為直觀且全面的了解，并且信息也不容易在傳遞過程中丟失[5]。除此之外，由于BIM將建筑的全部信息涵蓋進去，BIM 技術也可以實現性能分析、綠色分析以及空間論證等多方面功能。

2.2 BIM技術在綠色建筑設計中具有模擬性

在綠色建筑工程的設計過程中，BIM技術可以仿真和模擬綠色建筑設計階段的各個板塊參數，這樣就可以從整體上優化和完善設計方案，同時還能夠將方案設計中的優勢和不足都體現出來。除此之外，BIM技術也可以計算綠色建筑工程的結構和材料，在獲取這些信息之后，就可以得到一份直觀且信息較為完善的圖紙。尤其是在采光和通風參數模擬實驗方面的應用優勢較為明顯。如果是在建筑工程設計之初就將這些內容都計劃完畢，那么在后續施工過程中也將節約很多流程，對成本控制和工期的保證而言都是非常有利的，從而使綠色建筑的智能性、環保性優勢得以體現。

2.3 BIM技術使綠色建筑設計具有可優化型

BIM技術在綠色建筑設計的應用過程中，可以經由對模型的利用使設計、參數、規則以及建筑信息等多方面的信息匯集起來，對項目方案進行整體性評價，同時也具有制定特殊項目方案的能力。舉例來說，屋頂、裙樓、幕墻的設計優化，異形結構的設計優化等。因而在BIM 技術體系當中，其優勢并不僅僅體現在3D 建模方面，還體現在可以直接對照時間、成本。這樣一來，BIM技術可以在完成施工模型設計的基礎上，體現模型生成過程和數據統計相關內容，并且做好材料選擇、方案計劃，為施工可行性提供翔實的報告。

綜上所述從綠色建筑設計方面來看，BIM技術的優勢也非常明顯，例如在施工過程中，可以細致分析建筑工程的采光數據，同時結合建筑工程環保材料和綠色能源的使用進一步計算出建筑工程的采光以及節能效果。除此之外BIM 技術還可以模擬通風環境，將建筑工程和當地的自然環境進行融合分析，從而判斷人們對建筑工程的心理預期。這樣看來，BIM技術可以兼顧時間、空間的結構，也可樣讓使用者的安全性和舒適性得到保障，從而在設計階段得以規避很多使用當中可能會出現的問題。除此之外，BIM技術在建筑設計過程中，不僅可以提供大量的信息數據，也可以實現模擬分析，在此基礎上可以直接預覽設計效果，并且對施工行為提供準確的支持，所以BIM 技術在綠色工程設計中的作用是極為明顯的。

3 BIM在綠色建筑設計中的應用框架

在BIM技術下的綠色建筑設計當中，需要運用BIM技術的優勢，解決綠色建筑設計中的困難環節，從BIM技術的角度提出解決方案。綠色建筑的生命周期分為四個部分，分別是決策、設計、施工和后續運營階段。BIM技術在綠色建筑設計過程中，需要體現的是在建筑工程前期分析階段和設計階段，運用BIM 模型完成模型搭建，并且對建筑性能進行模擬分析。

綠色建筑項目的流程和BIM技術實施的流程整合過程中，需要對不同階段的BIM 功能進行分類，目前BIM技術的功能主要包括有前期分析、模型生成以及虛擬現實等多個方面，而綠色建筑設計又包括概念設計、方案設計、初步設計以及施工圖設計這四個階段。如圖1所示，為BIM功能在不同階段的整合情況。

圖1 BIM技術在綠色建筑設計中的應用框架

4 BIM技術在綠色建筑設計中的運用

本文以某綠色建筑項目為例，從采光和通風兩個方面闡述BIM技術在綠色建筑設計中的應用。

4.1 項目概況

本項目的構成主要有辦公、接待、研發和會議等用房，建筑總面積為31600m2，共有兩棟樓，其中場地南側的為科研樓，呈L形；B座辦公樓拆除后重建停車樓，呈一字型，建設于場地北側。科研綜合樓的結構為地上10層，地下1層，樓體高度為45m，結構為框架剪力墻結構。項目預期建設一個舒適、低碳的綠色辦公建筑，從而提高室內舒適度，且對當前雜亂無章的停車情況進行改善，擴大停車容量。在設計過程中需要貫穿綠色建筑設計理念，從而實現資源節約。建筑造型設計也需要和周圍環境保持和諧，外觀簡約樸素，在工程設計過程中融合可持續發展觀念，從而實現使用功能和建筑美感的統一。

4.2 采光分析

建筑物室內采光主要是在最大程度上利用自然采光，輔以人工照明，達到建筑物在采光方面的需要。建筑室內自然采光主要是通過建筑外窗完成的，而隨著光照進深的增加，光照也在不斷減弱，并且照度分布不均勻。為了解決室內深處自然采光無法觸及的問題，就需要增加窗戶的高度和寬度，但是這又會受到建筑層高的影響；在建筑室內的光照度無法達到建筑采光設計標準的情況下，就需要開啟人工照明來補充照度，一般情況下，燈具數量是由設計人員根據總功率計算而得出的。但是照明燈具不僅僅會通過數量影響室內照度，同時還有燈具布設方式也會影響室內光照度，因而進一步復雜了室內光照度的計算。

基于BIM 的自然采光模擬分析，首先需要對現有的自然采光效果進行評估，評價目前室內的空間采光是否能夠達到使用要求，并且針對目前采光中存在的不足，提供可行的優化方案，在設計上實現經濟合理性，并且適應工作的要求。本項目按照國家標準規定進行模擬，按照設計圖紙進行簡化和建模，并且按照可行性報告當中的相關參數進行模擬和分析，確定其是否達到我國的建筑采光設計標準。軟件工具采用Ecotexrt2010，該軟件可以實現交互式分析，分析光照的技術性能。本項目通過該軟件內置的光環境分析模塊，按照圖紙進行全尺寸建模，之后在模擬采光系數的過程中，盡量對模型進行簡化，對于采光影響程度較低的參數，如窗框、墻壁厚度均應考慮。

結合設計的實際情況，選擇如下條件：全陰天模型、無太陽支設、采光指數最為不利，時間為冬至日中午12點。首先對于建筑物主要使用空間的采光效果進行分析，確定其中滿足我國建筑采光設計標準的面積情況，以3層作為例子，對采光模擬分析過程進行總結。本建筑工程當中，3 層主要功能區域包括有辦公室、會議室等，3層的具體模擬分析如圖2和圖3所示。

圖2 三層平面圖

圖3 采光模擬分析圖

對于研發樓各個功能區域自然采光效果進行模擬之后得到下列結果：本建筑的外窗布置、樓層平面分布均達到了國家標準，辦公區域自然采光面積和公寓區采光達標面積也符合設計需要。

4.3 自然通風模擬

本項目的自然通風模擬是采用CFD來完成的，本分析軟件是應用Phoenics2013工具，對通風情況進行計算。

本項目處于所在城市的西側，該地區位于季風氣候區，夏季為東南風向，由于夏季溫度較高，因而自然通風需要對于夏季情況進行分析。在確定了本工程夏季迎風面、背風面的風壓分布情況之后，就不難發現，建筑迎風面和背風面的壓差并不大，大約為3Pa，因而滿足自然通風的需求。之后導入人員活動主要高度位置的空氣齡分布圖、風速分布圖，經過計算后結果證實，該層主要功能空間外窗可以起到良好的通風效果，室內空氣流動情況較好，大多數區域空氣齡均不高于30min，可確定大約每小時換氣2次，僅僅在建筑西側個別區域存在流通死角，其與部分自然通風情況較好，可適應綠色建筑評價標準的相關要求。本建筑內空氣流通速度均不高于1m/s，可以適應人員對舒適度的要求，不會對活動造成負面影響。

較好的室內通風情況可以提高室內舒適度，尤其是在夏季，室內人員對于熱舒適度的要求更高，在通風良好的情況下可以保證室內熱量的有效擴散。由于冬季不存在建筑自然通風和利用的問題，因而無須考慮冬季的通風情況。為了進一步提高建筑室內的通風效果，可以適當對建筑角度進行調整，使用其與夏季主導風向之間形成一定的角度，這樣就可以在熱壓、風壓的共同作用下完成通風。本項目自然通風分析如圖4 所示，結果證實，室內空氣齡均不大于30min，具有良好的自然通風能力。

圖4 結合BIM 技術的場地風環境模擬

5 結語

隨著社會的發展，人類和自然的關系日益緊張，全球變暖、能源危機問題不斷暴露，因而綠色建筑就成了建筑行業發展的大勢所趨。綠色建筑設計理念當中就體現出了環保性、節能性和可持續性，優勢較為明顯，其與我國可持續發展道路之間有著高度的同一性。BIM 技術的應用則可以進一步提高建筑工程設計的效率和質量，目前BIM 技術已經較多地應用于建筑工程設計當中，而在綠色建筑設計方面則還需要進一步探索，完善技術，積累經驗，才能為綠色建筑的設計起到更大的作用。