基于BIM的智能建造技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用

王娟娟

(山東華宇工學(xué)院,山東 德州 253000)

BIM提供了一種集成方法,通過數(shù)字建模、數(shù)據(jù)共享及協(xié)同工作,將設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營各階段連接在一起,是一種具有數(shù)字化、可視化等特征的全新技術(shù)工具,可有效改進(jìn)施工現(xiàn)場信息管理的不足。BIM特征如表1所示。智能建造技術(shù)包括自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)及人工智能技術(shù),可提高建筑施工效率及質(zhì)量。而BIM可用來設(shè)計(jì)這些系統(tǒng)的最佳布局,確保其與建筑整體設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)一致[1],優(yōu)化建筑外觀、絕緣性、采光性,減少能源消耗。

表1 BIM的特征Tab.1 Characteristics of BIM

智能建造主要包括數(shù)字化建模與設(shè)計(jì)、自動(dòng)化與機(jī)器人技術(shù)、傳感器與物聯(lián)網(wǎng)、虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等,利用現(xiàn)代技術(shù)和數(shù)字工具,將建筑項(xiàng)目管理和執(zhí)行提升到一個(gè)更高的水平,從而提高效率,降低成本,提供安全的工作環(huán)境[2]。智能建造以建筑信息模型為主,是一種三維數(shù)字模型,包括建筑幾何信息、屬性信息及關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。本研究以數(shù)字化建模與設(shè)計(jì)中的BIM模型為對(duì)象,討論智能建造在綠色建筑中的應(yīng)用。

1 基于BIM的智能建造技術(shù)構(gòu)建綠色建筑信息管理模型

基于智能建造技術(shù)構(gòu)建了一個(gè)綠色建筑施工現(xiàn)場信息管理系統(tǒng),采用C/S和B/S兩種模式,邏輯框架可分為信息收集層、基于BIM的數(shù)據(jù)處理層及應(yīng)用層,如圖1所示。

圖1 綠色建筑施工現(xiàn)場信息管理框架Fig.1 Framework of information management of green building construction site

2 基于BIM的智能建造技術(shù)在綠色建筑工程中的評(píng)價(jià)

BIM模型已經(jīng)從輔助工具演變?yōu)閿?shù)據(jù)及信息處理的核心,利用BIM信息模型的模擬、可視化及參數(shù)化能力,可在平臺(tái)上以兼容的文件格式高效進(jìn)行綠色建筑評(píng)估[3],降低文件傳輸量,節(jié)省成本,減少人力需求,解決評(píng)估周期過長的問題。可使用各種模擬軟件工具來模擬分析結(jié)果,將這些結(jié)果與綠色建筑工程評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較,確保評(píng)分透明,不受主觀判斷的影響,減少了手工審核工作量,提升了準(zhǔn)確性。表2是具體的指標(biāo)體系。

表2 指標(biāo)體系Tab.2 Indicator system

2.1 計(jì)算機(jī)BIM技術(shù)改進(jìn)方法

基于熵權(quán)方法,考慮綠色建筑評(píng)價(jià)體系指標(biāo)的可變性,對(duì)其進(jìn)行改進(jìn),得到了更加完善的計(jì)算指標(biāo)權(quán)重模型。若待評(píng)價(jià)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)矩陣為X=(xij)n×m,則如式(1)所示。計(jì)算步驟及公式如表3所示。

表3 基于熵權(quán)法的計(jì)算步驟及公式Tab.3 Calculation steps and formulas based on entropy weight method

(1)

2.2 基于熵權(quán)法的客觀權(quán)重確定

熵權(quán)法通過計(jì)算與每個(gè)指標(biāo)相關(guān)的價(jià)值系數(shù)來確定指標(biāo)權(quán)重,熵權(quán)較大,表明具有更大的重要性,可反映該指標(biāo)的權(quán)重。基于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的準(zhǔn)確性及可適用性需求,邀請(qǐng)8名專家對(duì)智能施工技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用進(jìn)行分析,評(píng)估結(jié)果見表4。

表4 指標(biāo)評(píng)分結(jié)果Tab.4 Results of indicator results

2.3 客觀權(quán)重結(jié)果計(jì)算

依據(jù)專家的打分結(jié)果,應(yīng)用軟件基于熵權(quán)法進(jìn)行編程,計(jì)算得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀權(quán)重,具體計(jì)算方法見表3,最終得到的指標(biāo)權(quán)重如表5所示。

在一級(jí)指標(biāo)中,運(yùn)維管理(B1)所占權(quán)重最大,是項(xiàng)目運(yùn)維階段的重點(diǎn),即工程項(xiàng)目的運(yùn)維管理,是基于BIM技術(shù)對(duì)項(xiàng)目設(shè)備、空間、能耗、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、消防應(yīng)急進(jìn)行管理。在二級(jí)指標(biāo)中,運(yùn)維平臺(tái)安全性(C22)所占權(quán)重排第一,表明運(yùn)維平臺(tái)安全性的重要性。消防應(yīng)急管理(C15)占有較高權(quán)重,反映了運(yùn)維管理(B1)在項(xiàng)目運(yùn)維階段BIM應(yīng)用評(píng)價(jià)中的重要性。BIM通過數(shù)字化建模提供了建筑設(shè)計(jì)及規(guī)劃的可視化工具,可提升建筑能源利用率,如優(yōu)化窗戶布局、選擇合適的絕緣材料。BIM允許多個(gè)團(tuán)隊(duì)成員在同一個(gè)數(shù)字平臺(tái)上協(xié)同工作,這有助于不同人員之間的信息共享及協(xié)調(diào),減少建筑設(shè)計(jì)及施工過程中的沖突,更好地控制資源及材料,避免浪費(fèi)。智能建造技術(shù)可用于建筑監(jiān)控及管理,提高能源使用率。通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)分析可實(shí)時(shí)監(jiān)測能源消耗,采取措施降低能源浪費(fèi)。

3 基于BIM的智能建造技術(shù)

3.1 空間規(guī)劃技術(shù)

在綠色建筑工程時(shí)空沖突分析方面,可利用BIM空間規(guī)劃技術(shù)對(duì)立交運(yùn)行進(jìn)行動(dòng)態(tài)安全管理[4]。碰撞檢測主要包括設(shè)備管道沖突與碰撞檢測、機(jī)械沖突與碰撞檢測,如塔吊選址、施工機(jī)械碰撞、施工機(jī)械與建筑結(jié)構(gòu)碰撞等施工安全分析。建筑碰撞檢測及過程優(yōu)化過程如下：輸入建筑模型,生成結(jié)構(gòu)模型和力學(xué)模型檢測報(bào)告,包括優(yōu)化設(shè)計(jì)方案及施工方案。

3.2 施工現(xiàn)場疏散技術(shù)

BIM技術(shù)可應(yīng)用于建筑的各個(gè)階段,特別是在施工階段可建立真實(shí)的施工現(xiàn)場環(huán)境,利用虛擬施工技術(shù)動(dòng)態(tài)展示整個(gè)施工過程,模擬施工人員疏散所需的模型環(huán)境。借助BIM生成三維環(huán)境仿真,驗(yàn)證疏散流程的可行性和科學(xué)性[4]。借助多維參數(shù)模型和智能仿真模型進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真,保證疏散信息的完整性。通過建筑疏散場景、設(shè)置疏散人員及障礙物,實(shí)現(xiàn)對(duì)疏散模擬結(jié)果的有效分析。

4 結(jié)束語

BIM在建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用有助于實(shí)現(xiàn)施工安全管理的信息化,提升其可見性、溝通性及協(xié)調(diào)性,有效預(yù)測施工風(fēng)險(xiǎn),保證管理溝通的信息暢通。將智能建造技術(shù)應(yīng)用于綠色建筑中,可更好地規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理綠色建筑項(xiàng)目,提升能源利用率,進(jìn)一步推動(dòng)綠色建筑的發(fā)展。