基于BIM 的綠色建筑外墻節(jié)能保溫施工技術(shù)*

李金爽

(中鐵十二局集團建筑安裝工程有限公司 太原 030000)

外墻作為建筑的外界隔離,不僅承擔著應(yīng)對外部環(huán)境的作用,同時也是能量交換的重要通道。因此,在保溫技術(shù)的應(yīng)用中,如何在不影響建筑美觀和功能的前提下,降低能源的消耗,成為了亟待解決的問題。而基于BIM 的施工技術(shù),為實現(xiàn)外墻節(jié)能保溫提供了全新的途徑。通過BIM 平臺,建筑師、工程師和施工人員可以在設(shè)計、施工和運營階段實現(xiàn)更高水平的信息共享與協(xié)同工作,從而確保外墻保溫施工的高效性和精準性。

1 工程概況

筆者以某棚改住宅項目的三期14樓13層為例,該項目位于城市的市中心地段,作為棚改住宅的重要一環(huán),承載著改善居民居住環(huán)境的使命。項目總高度為39.8 m,共有13層,屬于二類建筑。外墻的表面積達到14.4萬m2,這意味著外墻的節(jié)能性將直接影響整個建筑的能源利用效率。為了滿足節(jié)能環(huán)保的要求,降低熱量流失,提高能源利用率,管理人員決定采用外保溫設(shè)計方案,將外墻保溫作為關(guān)鍵策略之一。

2 建筑模型的集成設(shè)計

在棚改住宅項目實施的過程中,建筑模型的集成設(shè)計發(fā)揮了重要作用。通過BIM 平臺,不僅可以將建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)和外墻保溫層設(shè)計集成為一個整體,還能夠?qū)崿F(xiàn)不同專業(yè)之間的協(xié)同工作,確保最佳的節(jié)能保溫效果。集成設(shè)計首先包括建筑設(shè)計的準確呈現(xiàn),包括平面布局、立面圖和建筑構(gòu)件信息等。其次,結(jié)構(gòu)設(shè)計也需要整合,包括結(jié)構(gòu)布局、荷載分析和梁柱尺寸等。最關(guān)鍵的是外墻保溫層的設(shè)計,需要考慮保溫材料的性能、保溫層厚度等因素。

通過建筑模型的集成設(shè)計,不同專業(yè)之間的信息可以得到有效的傳遞和共享,避免了傳統(tǒng)施工中信息孤島的問題。設(shè)計人員可以在統(tǒng)一的數(shù)字模型中查看并協(xié)調(diào)各專業(yè)的設(shè)計,從而避免了設(shè)計沖突和誤差。此外,BIM 技術(shù)還可以進行熱性能分析,模擬不同保溫材料的性能,從而選擇最適合項目需求的保溫材料,以實現(xiàn)外墻節(jié)能保溫的目標。

3 熱橋分析與優(yōu)化

在棚改住宅項目設(shè)計中,熱橋問題是影響建筑節(jié)能性能的關(guān)鍵因素。熱橋是指建筑外墻中的部分區(qū)域,其導(dǎo)熱性能較高,容易加快熱量的傳導(dǎo),從而導(dǎo)致熱量流失和能源浪費。為了克服這一問題,項目采用了基于BIM 的熱橋分析與優(yōu)化技術(shù),以提高外墻節(jié)能保溫效果。

熱橋分析的第一步是利用BIM 模型對建筑外墻進行熱橋識別。通過在模型中標注可能存在的熱橋區(qū)域,如梁柱節(jié)點、窗框、樓板連接處等,可以明確需要關(guān)注的區(qū)域。接著,利用熱傳導(dǎo)計算方法,分析這些區(qū)域的熱橋效應(yīng),計算熱橋?qū)φw建筑熱性能的影響程度,這可以通過模擬軟件進行計算,得出熱橋產(chǎn)生的熱量流失量。

在完成熱橋分析后,需要進行優(yōu)化設(shè)計,以減少熱橋效應(yīng)。通過調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)、改變材料、增加保溫層厚度等方式,可以降低熱橋區(qū)域的導(dǎo)熱性能,從而減少熱量傳導(dǎo)。優(yōu)化設(shè)計需要考慮不同因素的綜合影響,如結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、建筑外觀的美觀性等。在這過程中,BIM 模型可以起到協(xié)助設(shè)計和預(yù)測效果的作用,比如模擬不同優(yōu)化方案的熱性能。例如,可以計算不同熱橋區(qū)域的導(dǎo)熱損失,分析其對整體建筑能耗的影響。此外,可以在BIM 模型中標注出優(yōu)化后的設(shè)計方案,比較其熱性能改善的效果。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 不同熱橋區(qū)域的數(shù)據(jù)比較

4 材料選擇與仿真

在某棚改住宅項目的三期14樓13層施工中,為了實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的外墻保溫效果,相關(guān)人員在材料選擇和仿真方面進行了深入的研究和應(yīng)用。

4.1 材料選擇

外墻保溫材料的選擇直接影響著保溫效果和施工質(zhì)量。在棚改住宅項目中,通過BIM 平臺進行材料選擇時,首先考慮了材料的導(dǎo)熱系數(shù)、吸濕性、耐久性等因素。具體而言,項目針對多種保溫材料進行了比較,如聚苯板、巖棉板和聚氨酯板等,分析它們在不同氣候條件下的性能表現(xiàn)。根據(jù)模擬結(jié)果和實驗數(shù)據(jù),最終選定了具有較低導(dǎo)熱系數(shù)和良好吸濕性的巖棉板作為外墻保溫材料(見表2)。

表2 不同保溫材料的性能對比

4.2 材料仿真

通過BIM 技術(shù),可以對選定的巖棉板材料進行材料性能仿真。利用建筑模擬軟件,可以模擬材料在不同溫度、濕度和壓力下的性能變化。項目團隊通過在BIM 模型中輸入巖棉板的材料參數(shù),如導(dǎo)熱系數(shù)、吸濕性等,進行材料性能仿真分析,這有助于預(yù)測巖棉板在實際使用中的保溫效果和耐久性,以指導(dǎo)實際施工中的材料應(yīng)用。

5 預(yù)制保溫板安裝

在某棚改住宅項目的三期14樓13層外墻節(jié)能保溫施工中,預(yù)制保溫板的安裝是一個關(guān)鍵步驟,旨在確保外墻保溫系統(tǒng)的高效性和可靠性。

首先,在項目開始之前,施工團隊會根據(jù)BIM 模型對預(yù)制保溫板進行詳細的規(guī)劃。每塊板材的尺寸、材質(zhì)、位置和連接方式都會在BIM 平臺上進行精確的定位和設(shè)定,這有助于避免施工過程中的誤差,確保每塊保溫板的安裝位置準確無誤。

其次,預(yù)制保溫板的安裝是一個分階段進行的過程。通常情況下,先會從外墻的某一起始位置開始安裝。施工人員根據(jù)BIM 模型上的指引,將第一塊預(yù)制保溫板固定在墻體上。在安裝過程中,需要確保板材的垂直度、水平度和平整度,以及板材之間連接緊密。

隨后,施工人員會根據(jù)預(yù)制保溫板的預(yù)排計劃,逐層進行板材的安裝。BIM 模型上標注的連接方式和位置會指導(dǎo)施工人員將每塊板材精確地固定在墻體上。在這過程中,要特別注意保溫板之間的縫隙,確保沒有空隙影響保溫效果。對于特殊部位,如窗、門、角部等,需要進行特殊處理。BIM 技術(shù)提供了詳細的連接方案,確保這些部位的保溫性能與整體保持一致,避免冷熱橋效應(yīng)。在整個預(yù)制保溫板安裝過程中,質(zhì)量檢驗是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。通過BIM 模型,可以對每塊板材的位置、連接和固定進行驗證。如果發(fā)現(xiàn)問題,可及時進行調(diào)整和修復(fù),確保施工質(zhì)量達到設(shè)計要求。

最后,在完成預(yù)制保溫板的安裝后,需要進行階段性的驗收。BIM 模型可用于審查已完成的工作,確保符合設(shè)計和質(zhì)量標準,這樣的嚴格控制和監(jiān)測,保證了預(yù)制保溫板在外墻節(jié)能保溫施工中的有效應(yīng)用。

6 幕墻系統(tǒng)集成

在某棚改住宅項目的三期14樓13層施工中,幕墻系統(tǒng)的集成設(shè)計和應(yīng)用是關(guān)鍵環(huán)節(jié),它不僅影響著建筑外觀和美感,還影響著外墻保溫效果和能源利用效率。

在綠色建筑中,幕墻系統(tǒng)具有重要作用,不僅要滿足建筑外觀的要求,還要與外墻保溫系統(tǒng)無縫集成,確保整體的節(jié)能性能。在BIM 模型中,首先將幕墻的設(shè)計和外墻保溫設(shè)計進行集成,確保二者之間的協(xié)調(diào)和一致性。同時,幕墻的材料和結(jié)構(gòu)也會在BIM 平臺上進行精確建模,以便在施工前進行全面的仿真和分析。

在實際施工中,BIM 模型將為幕墻系統(tǒng)的安裝提供準確的指導(dǎo)。施工人員可以通過BIM 模型,了解每塊幕墻板的尺寸、位置、連接方式等信息,從而確保幕墻的準確安裝。例如,在幕墻板的設(shè)計和制造階段,BIM 模型可以生成詳細的制造圖紙,以便工廠制作出符合規(guī)范的幕墻板。同時,BIM 模型還能在幕墻施工過程中提供實時的協(xié)同和協(xié)調(diào)。不同專業(yè)團隊可以在BIM 平臺上共同查看幕墻的設(shè)計和施工進度,及時發(fā)現(xiàn)并解決可能的沖突和問題,這有助于提高施工的效率和質(zhì)量。

此外,幕墻系統(tǒng)的密封性和保溫性能也在BIM 模型中得到了保障。通過模擬不同氣候條件下的熱傳導(dǎo)和滲漏情況,可以預(yù)測幕墻在不同環(huán)境下的性能表現(xiàn),這有助于選擇合適的密封材料和設(shè)計細節(jié),提高外墻保溫系統(tǒng)的性能。

7 智能監(jiān)測系統(tǒng)

在某棚改住宅項目的三期14樓13層施工中,智能監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用起到了關(guān)鍵作用,它能夠?qū)崟r監(jiān)測外墻的溫度、濕度和能耗等參數(shù),確保外墻保溫系統(tǒng)的性能和效果。

為了實現(xiàn)對外墻保溫系統(tǒng)性能的實時監(jiān)測,項目引入了智能傳感器和監(jiān)測系統(tǒng),這些傳感器被集成到BIM 模型中,與建筑信息緊密關(guān)聯(lián)起來。在外墻保溫施工完成后,傳感器將安裝在不同位置,包括幕墻板、保溫層和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵部位,這些傳感器可以實時地監(jiān)測外墻的溫度、濕度、能耗等數(shù)據(jù),形成一套完整的智能監(jiān)測系統(tǒng)。

通過BIM 模型,監(jiān)測系統(tǒng)可以提供詳細的數(shù)據(jù)報告,反映外墻保溫系統(tǒng)的性能情況。例如,監(jiān)測數(shù)據(jù)可以顯示外墻的溫度分布,幫助識別可能的冷熱點,從而調(diào)整保溫材料的布局和密封設(shè)計。同時,監(jiān)測數(shù)據(jù)還可以分析外墻的濕度情況,避免濕氣滲透導(dǎo)致保溫材料性能下降。

此外,智能監(jiān)測系統(tǒng)還可以與建筑的能源管理系統(tǒng)集成,實現(xiàn)對能耗的監(jiān)測和分析。通過實時監(jiān)測外墻的溫度變化,可以了解外墻保溫對能耗的影響。在不同季節(jié)和氣候條件下,可以比較外墻保溫前后的能耗情況,評估保溫效果的實際效果(見表3)。

表3 智能監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用情況

8 施工過程模擬

在某棚改住宅項目的三期14樓13層施工中,施工過程模擬可以通過數(shù)字化建模和虛擬仿真,為施工過程提供可視化的預(yù)測和規(guī)劃工具。

首先,項目團隊建立了完整的BIM 模型,包括建筑的各個方面如結(jié)構(gòu)、幕墻、保溫層等。模型中包含了材料、尺寸、構(gòu)造等詳細信息,為施工過程模擬提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在施工規(guī)劃階段,團隊使用BIM 模型制定了詳細的施工計劃。例如,在預(yù)制保溫板安裝階段,團隊確定了不同步驟的時間安排、資源需求等。隨后,利用虛擬仿真軟件,團隊進行了施工過程模擬。對于預(yù)制保溫板安裝,模擬了板材的粘貼過程,包括膠粘劑的涂抹、板材的定位和安裝等。通過軟件中的三維模型,團隊可以觀察不同步驟的變化和交互作用。在模擬過程中,團隊進行了多次的分析和優(yōu)化。團隊通過模擬數(shù)據(jù),預(yù)測了可能的問題,如板材安裝時的角度偏差、膠粘劑涂抹的均勻性等。基于這些預(yù)測,團隊調(diào)整了施工方法和參數(shù),以優(yōu)化施工效果。

項目團隊利用模擬軟件生成了可視化的展示,通過動畫、圖表等形式展示了整個預(yù)制保溫板安裝過程,這為項目團隊提供了直觀的視覺參考,幫助相關(guān)人員更好地理解施工步驟和可能的挑戰(zhàn)。綜合數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果,團隊可以得出結(jié)論,指導(dǎo)實際施工過程。

9 結(jié)語

綜上所述,基于BIM 的綠色建筑外墻節(jié)能保溫施工技術(shù)在實際應(yīng)用中展現(xiàn)出了巨大的潛力和優(yōu)勢,通過將各專業(yè)領(lǐng)域的信息整合于一體,實現(xiàn)了全過程的數(shù)字化管理,為節(jié)能環(huán)保提供了有力支持。隨著科技不斷發(fā)展,BIM 技術(shù)在綠色建筑領(lǐng)域的應(yīng)用將會不斷深化和完善,為實現(xiàn)更加可持續(xù)的建筑環(huán)境做出更大貢獻。在未來,基于BIM 的綠色建筑外墻節(jié)能保溫施工技術(shù)將成為建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要推動力量,為人類創(chuàng)造更加宜居的生活空間。