基于BIM 技術的綠色建筑性能方案優化研究

黃賞龍 關浩博

綠色建筑作為一種既高效又節能環保的建筑方式，實現了建筑與環境的和諧共生，減少了能源消耗和環境污染。然而在綠色建筑的實踐中，如何有效優化建筑性能，提高建筑的能效和環保性能，仍然是一個具有挑戰性的問題。在這樣的背景下，BIM 技術的出現為綠色建筑性能優化提供了新的解決方案。BIM 技術通過構建建筑信息模型，將建筑的全生命周期信息集成在一個平臺上，實現了信息的共享和協同。這使得設計師、工程師、施工人員和運維人員能夠更好地溝通和協作，從而提高建筑的設計質量、施工效率和運維水平。

1 BIM 技術概述

1.1 BIM技術的基本概念

BIM 是一種利用數字技術表達建筑物理和功能特性的方法，其基礎是建筑工程項目的各項相關信息數據。這些信息數據不僅包括建筑物的三維幾何形狀，還涵蓋建筑構件的材料、重量、價格、進度等非幾何形狀信息。通過數字信息仿真模擬，BIM 技術能夠構建一個真實、準確、全面的建筑信息模型，為建筑的設計、施工和運維提供有力支持。

1.2 BIM技術的核心特點與優勢

BIM 技術的核心特點與優勢在于，其可以將建筑項目的全生命周期從規劃設計到施工建造再到運營維護，整合在同一個高度集成的數字化平臺之上。這一特點使得BIM 技術成為現代建筑行業不可或缺的重要工具。BIM 擁有可視化的特點，這極大地提升了項目各方的溝通效率和理解深度。通過三維模型，BIM 技術能夠將建筑物的空間布局、結構細節、設備管線等復雜信息以直觀、生動的形式展現出來，設計師、工程師、施工人員等能夠更清晰地理解設計意圖和施工要求，從而提高了項目的執行效率。而且BIM 技術具有協調性的優勢，使得建筑項目中的各個參與方能夠在一個統一的平臺上進行協同工作。通過信息的共享和交互，BIM 技術能夠實時更新和調整項目數據，確保各方之間的信息一致性和準確性。這也極大地減少了因信息不一致而導致的沖突和誤差，提高了項目的整體質量。

1.3 BIM技術在綠色建筑領域的應用現狀

在當前建筑行業不斷發展的背景下，BIM 技術的應用也逐漸廣泛且深入，成為推動綠色建筑發展的關鍵力量。在設計階段，傳統的設計方式往往只能依靠設計師的經驗和直覺，BIM 技術則能夠通過模擬和分析提供信息支持和優化手段，為設計師提供更為精確和全面的數據支持。例如，利用BIM 技術的能耗模擬功能，設計師可以在設計初期就預測建筑物的能耗情況，從而有針對性地優化設計方案，提高建筑的能效。同時BIM 技術還可以模擬建筑物的自然采光、通風等性能，提高建筑的綠色性能。施工單位在施工階段，可通過BIM 技術模擬施工過程，提前發現潛在的問題和沖突，從而避免施工過程中的資源浪費和環境污染。

2 工程案例

柳州市觀山福邸東苑住宅小區建筑工程項目（簡稱觀山福邸東苑）位于柳州市城中區樓梯山西北側地塊，距離城中區約5 km，地理位置優越，周圍居住環境及生活配套日漸成熟。觀山福邸東苑位于鹿園路2號，學院路延長線東側，緊鄰馬鹿山森林公園，周邊配套設施包括馬鹿山中學、公園路小學總部、萬達廣場、柳州市人民醫院等。“觀山福邸東苑”占地71755.12 m2，總建筑面積220814.00 m2，其中計容積率建筑面積為143510 m2，住宅面積139835 m2，商業面積1950 m2，配套服務設施面積1725 m2，住宅總戶數1382 戶。綠地率高達30.00%，并根據地形布置幼兒園、商業設施、社區工作及公共服務用房、老年活動中心、青少年活動中心、居家服務用房等配套設施，充分展現了宜居宜業的生態新城風貌。

3 基于BIM 技術的綠色建筑性能優化措施

3.1 設計階段的優化措施

形體與空間優化。傳統的建筑設計過程中，設計師往往依賴于二維圖紙和手繪草圖來構思建筑形體與空間布局。然而，這種方式存在一定的局限性，難以直觀地展現建筑的整體效果和空間感受。觀山福邸東苑項目利用BIM 技術，通過三維建模的方式將建筑形體與空間以更加真實、直觀的形式呈現出來。設計師可在BIM 平臺上對建筑模型進行多角度、全方位的觀察和調整，從而實現對建筑形體與空間的優化。具體而言，BIM 技術可以幫助設計師在建筑形體上實現更加精準和合理的布局。通過模擬不同形態的建筑體，設計師可以分析出各種形態對建筑整體性能的影響，如采光、通風、熱工性能等[1]。

基于BIM 的節能設計。觀山福邸東苑項目在綠色節能方面通過BIM 技術進行數據分析和模擬，為節能提供了有力的支持。利用BIM 技術，設計師可以在設計階段對建筑能耗進行預測和分析。通過BIM 平臺的能耗模擬功能，設計師可以模擬建筑在不同氣候條件下的能耗情況，從而制訂出相應的節能策略。例如，設計師可以根據模擬結果調整建筑的保溫隔熱材料、優化建筑外窗的開啟方式、改進建筑的通風系統等，以降低建筑的能耗水平[2]。比如，觀山福邸東苑項目中通風系統以及防排煙系統的設置充分利用了自然通風和自然排煙的條件，降低了能源的消耗。

BIM 在可再生能源利用中的應用。項目通過BIM 技術與可再生能源技術相結合，共同推動建筑的可持續發展。例如，在太陽能利用方面，BIM 技術可以幫助設計師精確地計算建筑屋面的太陽輻射量，從而確定最佳的太陽能板安裝位置和角度。同時，通過BIM 技術的模擬分析，設計師還可以預測太陽能系統的發電量和運行效率，為系統的優化提供依據。在風能利用方面，BIM 技術可以模擬建筑周圍的風環境，分析風對建筑的影響。設計師可以根據模擬結果調整建筑的形體和布局，以改善建筑的通風性能，提高室內環境的舒適度。例如，本項目通過勘查和收集資料獲取地表水資源情況、地下水資源情況、土壤熱能資源情況、污水資源情況、太陽能資源情況，個別數據如表1、表2 所示。

表1 柳州市歷年水資源總量表

表2 柳州市各干渠基本情況

3.2 施工階段的優化措施

利用BIM 模擬與優化施工方案。觀山福邸東苑項目中BIM 技術為施工方案的可視化模擬提供了有力支持。通過BIM 模型，施工團隊可以在施工前對施工方案進行三維模擬，直觀地展現施工過程的各個環節，對施工進度進行精確控制。通過BIM 模型，可清晰地了解每個施工階段的進度情況，包括已完成的工程量、未完成的工程量以及預計完成時間等，有助于施工團隊及時調整施工計劃，確保項目按期完成。而且BIM 技術實現了施工過程中的協同管理，不同專業的施工團隊可以共享BIM 模型，實現信息的實時傳遞和共享。這有助于加強團隊之間的溝通和協作，減少因信息不暢導致的施工錯誤和延誤。更重要的是，基于BIM 技術的模擬分析可及時對施工方案進行優化調整，通過對施工過程中的力學分析、碰撞檢測等，可發現并解決潛在的施工問題。同時，還可對施工方案進行經濟性分析，選擇成本更低、效益更高的施工方案[3]。

基于BIM 的建筑材料與資源優化管理。觀山福邸東苑項目在建筑材料的選購管理等方面也可通過BIM 技術獲得收益。通過BIM 模型，可精確計算項目所需的各類建筑材料數量，有助于減少材料浪費，降低施工成本。同時，還可根據施工進度及時調整材料采購計劃，確保材料供應的及時性和準確性。而且通過BIM 平臺可實現材料采購智能化管理，實時掌握材料的庫存情況、使用情況以及采購需求等信息。這有助于制訂合理的采購計劃，避免材料短缺或過剩的情況發生。同時，還可對供應商進行智能篩選，選擇質量可靠、價格合理的供應商。現場施工通過BIM 技術可準確清晰地了解各類材料的存放位置、使用狀態等信息。這不僅有助于施工團隊快速找到所需材料提高施工效率，還可對材料進行了分類管理，確保材料的安全和有序。

基于BIM 技術的資源管理還可實現資源的優化配置。通過BIM 模型，可分析項目中各類資源的使用情況，包括人力資源、機械設備等。根據分析結果合理調配資源，確保資源的充分利用和高效運轉，降低項目成本，提高項目效益[4]。

3.3 運維階段的優化措施

基于BIM 的建筑性能監測與分析。觀山福邸東苑項目通過BIM 技術能夠集成建筑內各類系統的實時數據，包括能源使用、環境參數、設備狀態等，從而實現對建筑性能的實時監測。通過BIM 模型，運維團隊可直觀地了解建筑的運行狀態，及時發現異常情況，并采取相應的措施進行處理。同時可以幫助運維團隊深入了解建筑的性能特點，發現性能瓶頸和優化潛力。通過對歷史數據的挖掘和分析，預測建筑未來的性能趨勢，為運維決策提供有力支持。此外，還可根據分析結果對建筑系統進行優化調整，以提高建筑的整體性能。還能通過BIM 模型精確計算建筑的能耗情況，并找出能耗高的區域和設備[5]。運維團隊可根據這些信息制訂節能措施，如調整設備運行參數、優化照明系統等，從而降低建筑的能耗成本。

利用BIM 進行運維管理的優化。BIM 技術可以提供詳細的空間信息，包括房間大小、布局、使用功能等。運維團隊可以利用這些信息對建筑空間進行合理規劃和管理，提高空間的利用率。例如，通過對閑置空間的識別和分析，可將其改造為其他功能區域，從而提高建筑的整體效益。還可記錄建筑內各類設施的位置、規格、生產廠家等信息，為本項目日后設施的維護和管理提供便利。運維團隊可通過BIM 模型快速定位故障設備，了解其詳細信息和維護歷史，從而快速制訂維修方案。

此外，還可利用BIM 技術對設施進行預防性維護，延長設備的使用壽命。同時，BIM 技術還能進行安全管理，通過BIM 模型模擬火災、地震等緊急情況下的疏散路線和逃生方案，為制訂應急響應方案提供有力支持[6]。基于以上情況，還可利用BIM 技術對建筑的安全隱患進行排查和整改，提高建筑的安全性。因此BIM 技術的運維決策支持系統可幫助運維團隊制訂科學、合理的運維策略。通過對建筑性能數據的分析，可預測未來的運維需求和成本，為預算制訂提供依據[7]。

4 結語

BIM 技術以其強大的信息集成與可視化能力，為綠色建筑的設計、施工及運維提供了全新的解決方案。不僅是建筑行業技術革新的重要方向，也是推動綠色建筑發展的重要力量。未來，隨著技術的不斷進步和應用場景的拓展，BIM 技術將在綠色建筑領域發揮更加重要的作用，為構建綠色、低碳以及可持續的建筑環境貢獻更多力量。