基于綠色BIM理念的多層工業(yè)化工建筑節(jié)能設(shè)計

張穎

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑行業(yè)也取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但是由于建筑項目的粗放型管理，建筑項目建設(shè)的能耗高、污染大，部分企業(yè)盲目追求經(jīng)濟(jì)利益的同時，疏于對周圍環(huán)境的保護(hù)，對環(huán)境造成了破壞。近年來，整個社會追求高質(zhì)量發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展理念，對建筑行業(yè)的技術(shù)和管理提出更高標(biāo)準(zhǔn)的要求[1～4]。當(dāng)前，BIM技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑項目管理，結(jié)合BIM技術(shù)可以實現(xiàn)建筑管理的高效運行，確保綠色智能建筑項目的實施。本文主要研究BIM技術(shù)在綠色智能化項目中工業(yè)化工建筑設(shè)計環(huán)節(jié)的應(yīng)用[5]。

1 BIM技術(shù)在工業(yè)化工建筑設(shè)計過程中的應(yīng)用及優(yōu)勢

1.1 實現(xiàn)建筑設(shè)計中三維可視化及有效的協(xié)同作業(yè)

BIM技術(shù)不同于傳統(tǒng)CAD的二維平面繪圖模式，而是通過三維可視化視圖模式，對建筑不同構(gòu)件及組成要素進(jìn)行信息化設(shè)計，從而進(jìn)行建筑整體模型化的構(gòu)建。傳統(tǒng)繪制圖面時協(xié)同作業(yè)困難，各專業(yè)繪制各自的圖紙，無法進(jìn)行實時的修改跟進(jìn)，需要花費較多時間進(jìn)行各專業(yè)間的圖紙校對和審核，尤其在工業(yè)化工建筑中工藝管道管廊與水暖等管道相互交錯，時有碰撞發(fā)生。使用BIM技術(shù)可有效地協(xié)同作業(yè)，可通過建設(shè)局域服務(wù)器，制作中心文件及工作集，通過釋放權(quán)限等措施，實現(xiàn)各專業(yè)間的協(xié)同作業(yè)，使各專業(yè)間的更改能夠快速上傳中心文件并反饋給其他專業(yè)，避免無效工作。在設(shè)計階段，應(yīng)用BIM技術(shù)可以通過各種不同角度觀察建筑內(nèi)部和外部的視覺效果，還可以對建筑周圍的環(huán)境情況進(jìn)行深度模擬，例如在建筑周邊模擬化工工藝管廊、橋架等與周邊建筑及其他設(shè)施的關(guān)系，從而能夠使建筑設(shè)計與建筑周圍的環(huán)境更好地相互融合。尤其在地形崎嶇的場地中，可利用BIM協(xié)同軟件Civil3D，相比常用的手工算法，能夠提前測算土方量，進(jìn)行土方平衡，合理調(diào)配土方，選擇施工機(jī)械和人員排班，保障施工進(jìn)度，減少不必要的浪費。因此，BIM通過各個軟件間的協(xié)同工作，能夠模擬場地、環(huán)境等，為建筑前期設(shè)計提供諸多便利，并有效節(jié)省成本、人力及時間。

1.2 能夠進(jìn)行自動變更管理

在傳統(tǒng)工業(yè)化工建筑設(shè)計中，設(shè)計師繪制的每一張建筑圖紙都是獨立的設(shè)計文件。設(shè)計師在完成建筑主平面設(shè)計圖紙的同時，還負(fù)責(zé)建筑立面、剖面及節(jié)點大樣等部位的設(shè)計和圖紙的繪制。傳統(tǒng)CAD修正不具備實時修改圖紙的功能，需將所有相關(guān)圖文及數(shù)據(jù)逐一進(jìn)行修正，耗費大量人力、時間，且容易產(chǎn)生人為錯誤。使用BIM建模，在修正數(shù)據(jù)時，BIM三維模型也會同步進(jìn)行修改，所有設(shè)計構(gòu)件都有相關(guān)性，可同步修改二維圖面，且同步修正所有用戶的模型，導(dǎo)出施工圖，可由計算機(jī)進(jìn)行估算判定數(shù)量，大幅降低計算錯誤發(fā)生的概率。在建筑信息模型建成后，可通過Revit軟件直接生成工程量清單表，用于指導(dǎo)施工前準(zhǔn)備工作及造價預(yù)算工作。

1.3 具備高級分析能力

BIM技術(shù)相較于采用傳統(tǒng)二維CAD技術(shù)繪制的建筑設(shè)計圖，還具備對現(xiàn)有建筑信息模型設(shè)計進(jìn)行高度化數(shù)據(jù)分析和進(jìn)行多維度綜合模擬的能力。BIM具備整體數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析模擬功能，能夠在模型中根據(jù)設(shè)計師要求提供大量的設(shè)計數(shù)據(jù)分析信息，對建筑模型的各專業(yè)內(nèi)容以及建筑相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)中的參數(shù)進(jìn)行細(xì)致分析，同時應(yīng)用BIM設(shè)計技術(shù)還能根據(jù)傳統(tǒng)建筑的整體設(shè)計過程圖紙，對整體空間視覺效果數(shù)據(jù)加以分析模擬，使傳統(tǒng)建筑工程設(shè)計師能夠更加直觀深入地了解傳統(tǒng)建筑設(shè)計工作過程及其中的不足之處，并對此加以改進(jìn)。通過BIM軟件整合模型，設(shè)計師還可以對模型進(jìn)行碰撞檢查，并根據(jù)碰撞檢查進(jìn)行各專業(yè)間的協(xié)調(diào)，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，提出合理的解決方案，優(yōu)化土建或安裝設(shè)計，大大減少因設(shè)計問題帶來的施工延誤，BIM的這種提前處理問題能力，提高了生產(chǎn)效率，縮短了施工周期[6]。

2 基于綠色BIM理念的多層工業(yè)化工建筑節(jié)能設(shè)計要點

2.1 模擬環(huán)境

建筑設(shè)計管理工作和整體建筑施工管理操作中，需要按照建筑周邊環(huán)境和化工工藝等相關(guān)要素信息確定具體建筑物的方位，還需要重點做好整體建筑布局規(guī)劃設(shè)計和整體廠區(qū)建筑與化工工藝布置等工作，在透徹分析具體建筑物及周邊環(huán)境要素信息量的基礎(chǔ)上，對建筑風(fēng)向要素分布處理情況和具體建筑的方位處理情況等要素進(jìn)行跟蹤分析，有污染的工業(yè)化工建筑絕不能放在居民區(qū)的上風(fēng)向，且要遠(yuǎn)離生活區(qū)，以此方式提高小區(qū)居民日常生活中的環(huán)境服務(wù)質(zhì)量。在企業(yè)進(jìn)行室外通風(fēng)環(huán)境模擬工程設(shè)計階段，應(yīng)該充分使用模擬流體力學(xué)模擬電腦以及模擬壓力分析儀等技術(shù)工具來正確執(zhí)行模擬操作，掌握大型建筑工程項目通風(fēng)工程周圍自然風(fēng)壓差值的數(shù)值，研究周圍環(huán)境自然通風(fēng)的基本條件情況相關(guān)信息。使用BIM節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計操作，自動模擬室外節(jié)能環(huán)境情況，設(shè)計操作過程中可以借助一系列設(shè)計數(shù)據(jù)以及信息，對方案內(nèi)容加以系統(tǒng)優(yōu)化和綜合調(diào)整，達(dá)成真正意義上的綠色節(jié)能建筑系統(tǒng)構(gòu)建。

2.2 太陽輻射

太陽能低輻射能源是國家保障人民大眾健康生產(chǎn)、生活的重要環(huán)境能量排放來源之一。受地球物理特殊性質(zhì)的影響，各地的太陽射線輻射分布狀況不一致。建筑設(shè)計中，從打造綠色環(huán)保節(jié)能建筑角度考慮，需通過借助建筑相關(guān)設(shè)計軟件實時進(jìn)行建筑太陽能熱輻射使用情況跟蹤分析，并及時處理其中容易出現(xiàn)的節(jié)能問題。太陽能的輻射對整個建筑體而言，是一種全年性的輻射，為此，必須充分利用太陽能進(jìn)行光、熱、電的伏板開發(fā)設(shè)計與生產(chǎn)安裝，將豐富的太陽能資源收集存儲起來，同時，還可為位于建筑體結(jié)構(gòu)中的小型大功率光伏設(shè)備提供電能。這對工業(yè)化工建筑體而言，既能有效降低建筑內(nèi)部的實際溫度，又能通過太陽能為建筑及在建筑中生活工作人員的工業(yè)生產(chǎn)、生活服務(wù)提供大量電能。

2.3 對于建筑資源進(jìn)行充分的規(guī)劃

在建筑行業(yè)發(fā)展的過程中，越來越追求綠色可持續(xù)發(fā)展，利用BIM技術(shù)能夠滿足建筑行業(yè)的需求。BIM技術(shù)能夠在最大程度上將建筑資源進(jìn)行充分利用和分配，發(fā)揮節(jié)能環(huán)保的價值。借助BIM技術(shù)，通過三維建模，對建筑工程中的耗能部分進(jìn)行分析和整理，并進(jìn)行公式計算，同時參考國家的相關(guān)規(guī)定，對建筑工程中的耗能部分進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)整和分析，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。例如在建筑工程中，對空調(diào)系統(tǒng)以及水電暖通系統(tǒng)進(jìn)行安裝時，可以對安裝和調(diào)試進(jìn)行分析，減少空調(diào)的耗能。利用太陽能、風(fēng)能等收集綠色環(huán)保、可再生的資源，進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計。利用BIM技術(shù)，對這些設(shè)備安裝過程進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)調(diào)整，確保建筑工程的節(jié)能環(huán)保，并將建筑資源進(jìn)行充分利用。在利用BIM技術(shù)的過程中，能夠最大程度保證數(shù)據(jù)的真實性和可實施性，迅速得到精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，減少人工資源的使用。

2.4 建設(shè)項目設(shè)計模擬

通過在建筑前期設(shè)計階段使用BIM技術(shù)，不僅可以提高設(shè)計效率和精度，完成各種高難度結(jié)構(gòu)設(shè)計和化工工藝設(shè)計，還能通過仿真模型更好地對建筑的結(jié)構(gòu)造型、整體布局等進(jìn)行提升優(yōu)化。同時，還可以對智能建筑的使用工程進(jìn)行仿真模擬，設(shè)計人員根據(jù)建筑模型使用功能測試結(jié)果進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，例如對建筑物的通風(fēng)、場地噪音、光照時長等方面進(jìn)行模擬預(yù)演，及時發(fā)現(xiàn)建筑設(shè)計中存在的問題和隱患，輔助設(shè)計人員及時進(jìn)行設(shè)計方案優(yōu)化，確保綠色智能建筑設(shè)計的合理性和實用性。

2.5 圍護(hù)節(jié)能設(shè)計

建筑頂部的節(jié)能造型大致可以細(xì)分為高平頂、坡頂平頂以及各種流線型平頂，屋頂頂部節(jié)能熱工設(shè)計主要包括平頂?shù)难b飾材料、顏色、坡度、方向以及保溫層的節(jié)能設(shè)計，這樣便可在夏季起到溫度隔離的效果，冬季也能有效緩解室內(nèi)溫度流失。建筑外墻是建筑的主要組成部分，節(jié)能建筑要避免室內(nèi)熱舒適和高溫環(huán)境以及室內(nèi)外冷熱環(huán)境的影響。設(shè)計中常用的外墻材料主要有防水黏土外墻實心磚、加氣加水混凝土外墻砌塊、集中隔熱墻等各種節(jié)能復(fù)合建筑墻體。窗戶在建筑中至關(guān)重要，具備通風(fēng)、保溫、采光以及隔熱等功能，能夠決定整個建筑能源消耗量，滿足用戶對建筑功能的各種要求。此外窗戶的墻比對建筑節(jié)能也十分重要，窗戶的墻比越大，建筑采暖和中央空調(diào)的使用能耗越大，因此，必須嚴(yán)格限制建筑窗戶的墻比與面積的對比。新的BIM設(shè)計技術(shù)對多層建筑物及圍護(hù)結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行隔熱節(jié)能施工設(shè)計時，可以通過設(shè)置相關(guān)的建筑墻體、屋頂各層裝飾材料的整體導(dǎo)熱阻力系數(shù)、比熱等，確定最佳的節(jié)能施工設(shè)計方案[7，8]。

2.6 協(xié)同設(shè)計

BIM技術(shù)的應(yīng)用，利用它的可視化模型平臺，對已經(jīng)設(shè)計完成的圖紙進(jìn)行二維掃描，找出錯誤的位置，使其更加優(yōu)化和完善。除此之外，相關(guān)的設(shè)計人員可以在虛擬的三維設(shè)計空間發(fā)現(xiàn)每個專業(yè)構(gòu)件之間的聯(lián)系，并且對它們的關(guān)系進(jìn)行分析和研究，一旦發(fā)現(xiàn)碰撞沖突，可以及時解決，減少變更的次數(shù)，提高設(shè)計能力和工作效率，使得多專業(yè)的協(xié)同工作得到共同發(fā)展。BIM技術(shù)的運用，使得建筑性能分析得到了普及。運用這種模型，可以從不同的視角，利用三維模型數(shù)據(jù)、價格信息、材料數(shù)據(jù)和其他各種數(shù)據(jù)信息的支持對項目綠色評估進(jìn)行多角度分析。其中有室外風(fēng)環(huán)境模擬、廠區(qū)熱環(huán)境模擬、自然采光模擬、室內(nèi)自然通風(fēng)模擬等。設(shè)計的各個階段都可以融入?yún)?shù)化的設(shè)計方法，并以此為依據(jù)建立邏輯模型，對復(fù)雜的幾何模型進(jìn)行定義和操作，為多專業(yè)的協(xié)同發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。在對高性能造型和結(jié)構(gòu)復(fù)雜體系進(jìn)行定義的過程當(dāng)中，參數(shù)化設(shè)計有著十分重要的作用。通過利用數(shù)字化設(shè)計平臺，可以使得三維空間與建筑平面以幾何的角度進(jìn)行定義和呈現(xiàn)。基于BIM技術(shù)下建筑工程設(shè)計施工一體化的應(yīng)用，可以對化工工藝、機(jī)電、鋼結(jié)構(gòu)等進(jìn)行深化設(shè)計，進(jìn)而得到更加精確的數(shù)據(jù)信息，再利用統(tǒng)一的可視化平臺，對于細(xì)節(jié)部分進(jìn)行溝通和交流，在深化設(shè)計時對施工的設(shè)計盲點進(jìn)行分析和研究。比如，在對化工工藝管廊進(jìn)行深化設(shè)計的過程中，運用BIM模型可以大大節(jié)省模型的制作時間，不但可以使得它的質(zhì)量得到提高，還能使得構(gòu)件更加的精細(xì)化，有著準(zhǔn)確、便捷、高效的特點。

綜上所述，BIM技術(shù)在工業(yè)化工建筑中的應(yīng)用完全順應(yīng)了這個時代快速發(fā)展的趨勢，優(yōu)勢得到廣泛的贊譽。因此，在未來的發(fā)展中，加強(qiáng)BIM技術(shù)的推廣是必然的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)技術(shù)將逐漸被淘汰，BIM技術(shù)是每一個技術(shù)人員必備的技能，也希望未來建筑人才能夠繼續(xù)學(xué)習(xí)BIM技術(shù)，并在工作中加強(qiáng)實踐，將BIM技術(shù)應(yīng)用到建筑行業(yè)的各個階段，提高我國綠色建筑節(jié)能管理的實施水平。