BIM技術在綠色智能建筑設計中的應用研究

范文慧 鄭州市鄭東新區建設開發投資有限公司工程師

綠色智能建筑作為建筑領域貫徹和落實綠色發展理念的重要體現，是推動我國實現碳達峰、碳中和目標的重要發展方向。相較于綠色建筑而言，綠色智能建筑更多地融入了人在建筑空間內活動時的個性化體驗，通過智能化的設計來改善建筑物與人的關系，使人與建筑更好地融合。對于設計師來說，在初步掌握綠色建筑設計技術的基礎上，如何快速把握和適應綠色智能建筑設計的要求，是在建設設計實踐中需要重點思考和探索的問題。而建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術作為一種功能強、效果好的建筑設計技術，是設計師進行綠色智能建筑設計嘗試和創新的重要工具與手段。

1 BIM 技術與綠色智能建筑概述

BIM 技術和綠色智能建筑均屬于建筑領域的新內容。設計師要科學把握這兩項內容的基本概念，才能更好地結合綠色智能建筑設計的需要，進行BIM 技術的科學、靈活運用[1]。

1.1 BIM 技術概述

BIM 技術是由美國Autodesk 公司于2002 年提出的一種適用于建筑學、工程學以及土木工程領域的實踐性應用技術。該技術通過參數模型整合出項目的各種相關信息，并在項目策劃、建設、運行和維護的全生命周期中進行共享和傳遞，使工程技術人員可以對各種建筑信息做出正確的理解和科學的處理，為設計團隊及建筑運營單位等主體提供工作協同的方案與技術基礎。

作為一種數據化工具，BIM 技術的特點可以歸納為可視化、信息完備性以及信息交互性。其中，可視化是指BIM 技術具有三維立體設計的功能，可以為設計師等人員提供可視化較強的技術支持，使建筑設計的立體感更強。信息完備性是指BIM 技術既可以提供抽象的建筑信息，將建筑各部門間的關系以形象化的方式表現出來，又可以提供具體的建筑信息，使設計方案涉及的具體信息能夠以具體的量化數據呈現。信息交互性是指BIM 技術以軟件作為技術平臺發揮作用，通過軟件既可以進行獨立的建筑設計，又可以將設計的相關信息以及設計的圖紙等以網絡的方式實現信息共享、交流、討論、優化，實現設計師之間、設計師與施工人員之間、設計師與業主之間信息的實時交互。正是因為BIM 技術具有上述特點，所以越來越多的設計師傾向于將其引入綠色智能建筑設計實踐中。

1.2 綠色智能建筑概述

綠色智能建筑是綠色建筑與智能建筑相結合的新型建筑類型。所謂的綠色建筑是指在盡可能地為人們的日常生產生活提供健康環境的同時，最大限度地減少建筑建設和使用活動給生態環境造成的破壞與污染，進而形成人與自然和諧共生的建筑現象[2]。而智能建筑則是結合當前先進的科學技術和社會需求，將建筑的系統、結構、服務以及管理進行組合，從而形成一種方便快捷、節能高效的建筑使用方式和體驗效果。從現實的角度看，綠色建筑解決的是建筑與人、建筑與自然的關系，而智能建筑解決的是建筑與人的關系。

目前雖然并沒有對綠色智能建筑進行明確的概念界定，但根據定義，將綠色智能建筑理解為在保證建筑符合節能環保特點的同時，使建筑具備一定智能化操控能力，進而實現建筑內操作的簡單化和便捷化[3]。

2 綠色智能建筑的設計理念和要求

綠色智能建筑雖然是近年來才提出的新型設計和建設內容，其在設計方面也更多地保持了綠色建筑的相關要求和方式，但是在實際的建筑設計方面也有一定的新思想、新方法以及新標準[4]。因此，下面分別從建筑設計的理念和要求兩個方面對綠色智能建筑的設計情況進行介紹。

2.1 綠色智能建筑的設計理念

綠色智能建筑在環保節約和智能化操控方面的特點，使得其在實際的設計規劃和空間結構布局方面面臨著更新的理念指導[5]。綜合來看，綠色智能建筑設計的理念主要有節能、環保以及智能3 個方面。其中，節能是指綠色智能建筑的設計要根據地區的氣候和環境狀況，將相關節能降耗的措施融入建筑設計和施工方案中，使建筑物在能耗方面達到最低化；環保是指在綠色智能建筑的設計、選擇與施工等全生命周期內充分考慮資源的可再生、可降解以及可回收利用等情況，將使用能耗低、污染少的材料作為綠色智能建筑設計的重要考慮內容；智能是指綠色智能建筑的設計應當充分考慮人在建筑空間內活動時操作的便捷化和高效化，盡可能地降低人在建筑物空間的操作頻率，進一步提高建筑的智能化水平[6]。

2.2 綠色智能建筑的設計要求

目前，雖然并沒有明確的綠色智能建筑設計要求，但是可以參照綠色建筑的設計要求，對其進行延伸和確定[7]。例如，《綠色建筑評價標準》中提出了綠色建筑的評價標準，即健康舒適、安全耐久、生活便利、環境宜居、資源節約以及提高創新。據此，可以將綠色智能建筑的設計要求概括為智能化、健康化、舒適化、實用化、便捷化、節約化與創新化。對于設計師而言，綠色智能建筑設計更多是從建筑的外圍護結構、建筑節材以及室內環境等幾個方面，按照上述標準進行局部性和整體性設計，使建筑在遵循節約、環保原則的同時，也能夠實現最大程度的智能化[8]。此外，綠色智能建筑的設計也要注重可持續性，既要確保設計的內容能夠符合當前人們的空間體驗需求，也能夠為將來的空間利用方式調整提供相應的空間和余地，使空間設計具有相應的拓展性和延續性。

3 BIM 技術在綠色智能建筑設計中的應用

近年來，圍繞BIM 技術在綠色建筑設計中應用的研究比較多，為其在綠色智能建筑設計中應用的研究提供了相應的理論與實踐參考。具體到綠色智能建筑設計實踐中，BIM 技術的應用主要體現在場地設計、體型設計、布局設計以及設計方案模擬4 個方面。

3.1 在場地設計中的應用

場地設計是對綠色智能建筑施工場地進行的整體性設計，是綠色智能建筑項目設計的基礎性和關鍵性內容[9]。設計師主要借助BIM技術構建相應的建筑場地模型，用于模擬演示其空間和位置。一方面，設計師需要深入到場地現場，通過各種測量儀器采集場地的各項指標數據，以形成能夠反映建筑場地現實情況的數據集合。另一方面，設計師匯總整理現場測量獲取的數據，并將整理后的數據作為場地設計參數輸入BIM 軟件中，軟件會根據導入的參數自動創建相應的場地模型，為設計師提供可視化的場地三維效果圖。此外，設計師可以通過三維場地圖把握場地的整體情況，了解諸如高程數據和坡度數據等相關數據信息，并將其作為場地設計的重要信息參考。同時，設計師還會根據建筑所處的地理位置和氣候環境等狀況，提前對建筑的朝向、排污管道鋪設等進行場地內設計，使場地與所處的自然環境達到和諧統一，盡可能多地減少建筑施工和使用對周邊生態環境造成的破壞[10]。

3.2 在形體造型設計中的應用

綠色智能建筑除了要講究內部的實用性以外，還要講究外觀的可視化效果。隨著人們建筑審美觀念的改變，建筑形體造型設計的重要性也越來越凸顯。在綠色智能建筑形體造型設計中，BIM 技術主要為設計師提供了各種造型設計方案的可視化效果，使設計師可以根據效果確定相應的形體造型。例如，設計師可以通過BIM 技術構建綠色智能建筑模型，并借助模型的可視化特性，對模型的構造進行局部或者整體優化，使建筑在形體造型方面更加符合人與自然和諧的理念。此外，設計師可以借助BIM 技術參數化處理各類數字信息，并將這些參數導入各類性能的模擬分析軟件中，依據建筑的采光、通風、耗能以及降噪等情況進行生態化的模擬分析，最終根據分析結果確定形體造型設計的可行性和效果[11]。

3.3 在建筑布局設計中的應用

綠色智能建筑的布局主要包括建筑物布局和室內空間布局兩個方面。針對建筑物空間設計的抽象性特點，BIM 技術為設計師提供了相關的模型，設計師可以通過模型對抽象的空間進行劃分和局部設計，最終以可視化的模型畫面檢查設計的實際效果。在建筑物布局方面，設計師可以借助BIM 技術構建的建筑物模型調整建筑物的朝向與高度等參數，使建筑物在采光、樓間距、通風等方面的效果達到最佳。同時，設計師會借助模型對建筑物占有的土地面積進行較為精準的測算，從而確定最佳的建筑物結構布局。在建筑物室內空間布局方面，設計師可以借助BIM 技術構造相應的室內設計模型，通過模型對室內的采光與通風等通道進行布局和設計，使室內空間的整體舒適度得到保證。以采光布局為例，設計師可以參照《建筑采光設計標準》（GB 50033—2013）模擬推測室內需要借助人工照明方式進行采光的情況，進而確定最佳的自然采光位置，使室內空間能夠更大程度上獲取自然采光，減少電力耗能。

3.4 在建筑設計效果模擬中的應用

由于缺乏成熟的綠色智能建筑設計經驗，設計師往往需要在設計過程中進行多次摸索，才能確定最佳方案。與傳統的設計方式相比，BIM 技術為設計師提供了更為直接的設計效果記錄和轉化途徑，其不需要將自己的設計想法用文字轉述出來，而是直接使用技術軟件將想法轉變為設計方案中的具體內容，這種所想即所見、所見即所想的設計方式更加契合綠色智能建筑設計的需要。在綠色智能建筑設計中，通過利用BIM 技術，設計師既可通過調整局部性參數來把握設計中的某一部分內容改變對整體設計效果的影響，又可通過同時調整多種變量參數來獲得相對豐富的設計效果，并根據效果對比確定最佳的設計方案。

此外，在綠色智能建筑設計中，設計師不僅可以通過軟件的可視化功能查看建筑設計的舒適性、科學性情況，還可以從智能化的角度對建筑進行實用性方面的分析，進而根據智能化操作的情況和需要，進一步優化改良方案，使其更好地契合綠色智能建筑設計所要求的節能、環保和智能需求。同時，設計師也可以借助BIM 技術仿真模擬建筑物周邊的風力影響和場地的噪聲等情況，以此來確定綠色智能建筑在后期使用過程中可能遇到的環境問題，將問題在前期設計環節就加以優化解決。

除了在綠色智能建筑設計方案優化方面有應用以外，設計師在向施工人員、業主以及其他設計師展示建筑設計方案時，也可以借助BIM 技術動態展示其整體和局部效果，使自己的建筑設計方案更好地為他人所理解、采用或者參考。

4 結語

近年來，隨著建筑行業節能環保要求的持續提高，人們在建筑物舒適性和體驗性等方面的關注度也普遍提高，開展綠色智能建筑建設逐漸成為建筑行業發展的新方向。與傳統建筑類型以及綠色建筑相比，綠色智能建筑更加注重建筑的節能性、環保性以及智能性，要求在建筑設計環節盡可能多地從人與建筑、人與自然之間的關系出發，打造出和諧、舒適、自然且環保的建筑物建設與使用方案。面臨這些新要求和新趨勢，越來越多的設計師開始關注和使用BIM 技術，將其引入場地設計、體型設計、布局設計以及設計方案模擬等綠色智能建筑設計的相關環節中，發揮了積極的作用。如果想要實現BIM 技術在綠色智能建筑設計方面的廣泛應用，則需要設計師在平時的綠色智能建筑設計實踐中多加應用和創新，進一步發揮技術在設計方面的積極作用。