BIM技術(shù)在綠色廠房改造中的應用分析*

陳卓逸 褚作勇

（安徽理工大學土木建筑學院，安徽 淮南 232001）

我國現(xiàn)在整體上已進入了工業(yè)化中期的后半階段，這就意味著將面臨大量工業(yè)廠房閑置以及更新和換代。但由于我國的舊工業(yè)廠房改造發(fā)展較晚，暫未形成完整的建筑理論體系，在改造過程中，經(jīng)濟價值的考慮往往高于歷史價值的考慮，不少具有地方特色的建筑面臨著拆除的風險。工業(yè)建筑的歷史與文藝氣息的融合是一座城市的藝術(shù)名片，所以在城市發(fā)展過程中，廠房改造問題不容忽視，應把握好經(jīng)濟發(fā)展和歷史文化的平衡。近年隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推進，BIM技術(shù)逐漸被應用于城市建筑設計的過程中。基于BIM技術(shù)對舊工業(yè)廠房進行改造，了解舊工業(yè)廠房的建筑結(jié)構(gòu)，功能組團特點以及目前的生存現(xiàn)狀，利用建筑師的創(chuàng)新思維，為廢棄的工業(yè)廠房探索出一條適合重生的道路。

1 BIM建筑信息參數(shù)化

對于傳統(tǒng)的二維平面繪圖來說，若產(chǎn)生設計修改，則需單獨更新各類圖紙信息，工程量大、耗時多、易出錯。而BIM技術(shù)的建筑信息化模式可以很好地解決上述問題，實現(xiàn)圖紙間同一構(gòu)件的關(guān)聯(lián)，同時形成更加準確的表達。使用傳統(tǒng)二維圖紙的另一個不足之處就是容易導致設計與實際的偏差，如施工過程中時常出現(xiàn)建筑與周邊環(huán)境的沖突、建筑結(jié)構(gòu)與管線的碰撞等一系列問題，這樣往往會導致整個工程延期、資源浪費等現(xiàn)象。而BIM 技術(shù)將二維平面與三維可視化相結(jié)合，在施工前期就可以發(fā)現(xiàn)設計中的缺陷，并提前解決矛盾點，從而提高了建筑施工的效率。

2 BIM在綠色建筑中的應用

BIM技術(shù)可以運用于整個建筑生命周期，包括三維設計、三維分析、數(shù)字化施工與管理、數(shù)字化運維與改建等。在設計過程中，通過建立三維模型，分析建筑采光、照明、保溫、隔熱等一系列綠色能耗問題，使得建筑師更加快速地發(fā)現(xiàn)整體布局中的不足，從而加快優(yōu)化和改進[1]。在建筑設計過程中，將綠色節(jié)能理念貫穿其中，堅持環(huán)保，符合當代社會可持續(xù)發(fā)展的需求，減少建筑材料污染、光污染、聲污染等。

2.1 舊工業(yè)廠房的改造價值

廢舊工廠在改造上有許多可直接利用的資源，例如以下幾點[2]：

（1）市政設施較完善。由于廠房作為城市工業(yè)生產(chǎn)空間，擁有著建設和市政基礎設施的便利連接。對工業(yè)廠房進行改造時，可以充分地利用原有的給水、排水、電力等基礎線路。

（2）路網(wǎng)發(fā)達。園區(qū)內(nèi)部會有大型的運輸車輛，一般道路較寬，并且路網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)達，在改造設計時便于利用。

（3）建筑空間跨度大，凈高大。這種大空間為改造為公共活動空間提供了場地條件，使得內(nèi)部空間的重置具有一定的改造靈活性和便利性。可以極大程度上保留原有結(jié)構(gòu)，同時室內(nèi)空間又進行重新整合分割，可以組合形成不同的使用空間。

（4）建筑荷載承受能力大。工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)由于存放大量的重型機器，承載力一般較大，墻體厚實，堅固耐用。

2.2 BIM技術(shù)在綠色廠房上的應用思路

廢棄廠房在場地規(guī)劃和建筑結(jié)構(gòu)改造上，原本場地空間條件與設計目標和需求之間產(chǎn)生沖突。此時則需要運用BIM技術(shù)進行前期分析。在綠色廠房改造過程中，引入BIM技術(shù)應用，對項目的場地、建筑單體、內(nèi)部空間、管道線路等基本情況建立可視化三維模型，更加直觀有效地進行建筑優(yōu)化設計。利用參數(shù)化信息模型，可以形成多專業(yè)協(xié)調(diào)配合的模式，采用三維施工模擬、管線碰撞檢測，提前發(fā)現(xiàn)建筑施工時的沖突問題并進行解決，使得建筑施工過程更加效率和科學。并且對于廠房原有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響較小，減少了建筑能耗，同時也優(yōu)化了廠房的空間布局。

根據(jù)廠房現(xiàn)存的圖紙和現(xiàn)場調(diào)研獲取的建筑數(shù)據(jù)，構(gòu)建族文件并建立初步的建筑信息模型。將已完善好的建筑信息模型置入斯維爾綠色建筑軟件中，得出建筑的室外風環(huán)境模擬報告、各部分圍護構(gòu)件的熱工性能以及其他節(jié)能分析數(shù)據(jù)的具體報告，結(jié)合綠色建筑設計規(guī)范找出廠房初步設計中存在的不達標情況，通過BIM軟件對模型進行設計修改，進而推敲出更加符合綠色建筑標準的可行性的方案，實現(xiàn)廢舊廠房轉(zhuǎn)向綠色廠房的項目改造。

3 案例分析

本案例位于安徽省淮南市田家庵區(qū)的安徽省造紙廠內(nèi)，場地西側(cè)為發(fā)電廠，東側(cè)為水廠路，北側(cè)為沿淮路，南側(cè)為電廠路（圖1），根據(jù)調(diào)研安徽造紙廠可以發(fā)現(xiàn)，廢棄的工業(yè)廠房仍有許多可利用的空間與場地，但是因年久失修，導致資源及用地的荒廢。我國正處于人口過多、人口用地緊張的形勢下，如果能夠充分地對廢棄建筑用地再利用，將能夠緩解這一緊張形勢，所以本次模擬選取其中一棟廢棄廠房作為主要改造對象。

圖1 項目位置

3.1 建筑單體現(xiàn)狀分析

從建筑結(jié)構(gòu)上看，廠房辦公空間主要為磚混結(jié)構(gòu)，尺度適中，不同的房間通過外廊連接為三層建筑，用于工作的車間主體為鋼結(jié)構(gòu)排架，有三層通高的空間，柱跨6m 左右，設置了局部的下沉空間用來放置機器，至今室內(nèi)保留有用來傳送的繩索。從建筑外觀上看，廠區(qū)內(nèi)部的建筑大多以“灰”“紅”色調(diào)為主，裸露的紅色磚墻，灰色的外墻抹灰，形成了廠區(qū)的整體風格。廠房工作間開窗較大，辦公空間開窗較小，同時二層擁有陽臺以及休息平臺。建筑外立面沒有復雜的裝飾以及多余的線條，墻體厚實，符合淮南當?shù)貧夂蛱攸c。

目前廠區(qū)的工作功能單元處于荒廢狀態(tài)，但是辦公區(qū)仍有管理人員在使用。同時廠區(qū)內(nèi)部仍可以看見一些退休員工以及員工家屬在廠區(qū)進行活動。通過調(diào)研可知，廠區(qū)的首要人群為管理人員，其次就是員工及其家屬，而這些人群的年齡普遍偏大，所以在后期的改造過程中，功能體塊上的設計應考慮到這部分人群的可參與度問題。

3.2 室外風環(huán)境模擬分析

合理的空間布局，對于改善建筑的室外風環(huán)境具有重要的影響，促進空間空氣循環(huán)，符合我國的綠色低碳發(fā)展需要。通過數(shù)值模擬分析來評估不同的建筑平面布局對于室外風環(huán)境的影響，經(jīng)優(yōu)化后推出合理的建筑平面布局。《綠色建筑評價標準》中提到，夏季需要充分利用自然通風以此促進良好的室內(nèi)風環(huán)境，要求50%以上可開啟外窗室內(nèi)外表面的風壓差大于0.5Pa。冬季時，除迎風第一排建筑外，建筑迎風面與背風面表面風壓差不超過5Pa，避免由于建筑迎風面與背風面表面風壓差過大，使得冷風通過門窗縫隙滲透過多，進而造成室內(nèi)熱負荷增多而不節(jié)能，因此建筑迎風面與背風面表面風壓差的控制需要體現(xiàn)在對應的門窗表面風壓上。標準要求：迎背風面窗平均風壓差（絕對值）≤5Pa。經(jīng)過實驗分析，該樓的夏季和冬季的室外風環(huán)境指標均達到標準值以上。

3.3 圍護結(jié)構(gòu)熱功能分析

如今的建筑節(jié)能中最主要的節(jié)能分析就是對于圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能分析[4]。原有廠房的外立面為紅磚裸露，屋頂部分殘缺，保溫功能有待完善。分別對外墻、屋頂?shù)仍黾油獗毓に嚕x取熱工性能較好的外窗，同時對于建筑進行外部遮陽構(gòu)造。通過斯維爾軟件對于建筑模型進行熱工性能分析，如表1所示。由于建筑圍護結(jié)構(gòu)中的每一個因素都會對建筑節(jié)能產(chǎn)生影響，而目前建筑的全年能耗和經(jīng)濟性主要取決于圍護結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)，如窗墻比、傳熱系數(shù)等。所以本次模擬選取外窗作為主要影響因素，用于分析被動式節(jié)能措施給建筑帶來的影響，選取窗墻比以及外窗導熱系數(shù)作為主要調(diào)整數(shù)據(jù)，進行優(yōu)化測試。在不同的天氣或者氣候條件下，人們對于開窗的需求是不同的。淮南市年日照百分率為43%，日照充足天數(shù)180d，日照不足天數(shù)114d。冬季由于沒有供暖，氣候偏寒冷，所以控制好窗墻比，對于建筑節(jié)能尤其重要。經(jīng)過多次窗墻比實驗分析，最終得出符合《公共建筑節(jié)能標準》的窗墻比，如表2所示。

表1 圍護結(jié)構(gòu)熱工性能表

表2 窗墻比

3.4 建筑結(jié)構(gòu)與材料分析

建筑功能置換后，所需的建筑荷載也發(fā)生改變，局部生產(chǎn)空間的墻體需要拆除，對原有建筑結(jié)構(gòu)進行加固。依據(jù)國家《混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范》（GB 50367）等要求，結(jié)合綠色建筑設計理念，新結(jié)構(gòu)采用裝配式預制構(gòu)件進行現(xiàn)場拼接，主要材料原有建筑結(jié)構(gòu)加固方法采用植筋技術(shù)，填充墻體采用加氣混凝土砌塊等，其輕質(zhì)隔墻，減輕建筑承重，滿足保溫隔熱等設計要求。

4 結(jié)語

為了促進資源利用率，降低能源消耗，提升建筑材料的二次利用，通過功能置換將廠房進行改造和空間升級，將BIM 技術(shù)與綠色建筑設計標準結(jié)合，使老舊、廢棄的廠房更新為可提供居民活動空間的綠色公共建筑。通過綠色創(chuàng)新化改造，將廢棄廠房改造成具有歷史記憶、實際使用價值的公共空間，緩和了城市用地緊張問題，同時也能帶動廠區(qū)周邊業(yè)態(tài)的經(jīng)濟增長，更好地推動城市的可持續(xù)發(fā)展。對此廠房改造設計可以遵循以下幾點原則：①常見的工業(yè)建筑一般可改造為開放的公共建筑類型，如社區(qū)服務中心，城市展館、創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園、文化創(chuàng)意中心等；②盡量保留原有廠房建筑結(jié)構(gòu)和基本的建筑外形，使得其歷史價值得以保留；③在對舊工業(yè)建筑進行改造時需要對其原有建筑結(jié)構(gòu)進行評佑，改造后的建筑結(jié)構(gòu)需要經(jīng)過安全性檢測，確保項目在后期投入使用時的安全性、可靠性；④如原有工業(yè)建筑通常未設保溫層，氣密性和保溫較差的，應結(jié)合當?shù)氐淖匀粴夂驅(qū)ζ浣Y(jié)構(gòu)層進行升級，自身圍護結(jié)構(gòu)較差的，應加強維護；⑤舊工業(yè)廠房的建筑立面開窗大多較小，不能夠滿足后期使用時的采光及通風，后期改造過程中應加強采光通風設計；⑥舒適性是建筑改造的第一要求，對原有廠房的溫度、濕度、采光、通風等進行調(diào)節(jié)，降低后期建筑使用時的空調(diào)能耗。