BIM技術在綠色建筑結構設計中的應用與研究

摘 要：在綠色建筑結構設計過程中引入BIM技術，有助于節約能源并提升能源利用率，高效利用綠色建筑材料，優化室內環境質量，還可實時共享和傳遞設計數據，基于技術優勢保證建筑結構設計更加準確與合理。本文主要通過介紹BIM技術的概述，結合具體的項目案例，分析BIM技術在綠色建筑結構設計中的應用要點，以期為相關設計人員提供一定參考。

關鍵詞：BIM技術；綠色建筑；結構設計；應用

1 前言

為響應國家的節能減排號召，建筑領域越來越關注發展綠色建筑，而綠色建筑設計比普通建筑設計有更高標準和要求，為有效滿足相關要求，需要合理創新建筑結構設計方法。在綠色建筑結構設計期間引入BIM技術，可通過構建可視化3D模型合理優化設計方案，支持多專業協同設計，有效提升設計效率及質量，并高效實現綠色建筑設計目標。所以，有關設計人員要對BIM技術加深認識，關注結合綠色建筑實際情況，積極地在結構設計期間應用BIM技術，保證建筑結構設計方案更具可操作性、合理性。

2 BIM技術的概述

BIM技術是一種在工程設計、管理、施工等工作中廣泛應用的輔助工具，該技術可對相關數據及信息展開深層次分析，并考慮項目具體情況，仿真建立建筑信息模型。建筑項目整個推進過程中均可引入BIM技術，利用技術優勢促進信息高效傳送與共享，支持多部門協同作業，高效制定技術方案，保證方案能夠順利實施[1]。BIM技術具有可視化、信息共享、可協作等特征。目前各大規模的設計企業都廣泛應用BIM技術，如表1所示。

目前，在大型建筑結構設計企業中，基于BIM技術展開結構設計時間在5年以上的企業數量約占到41%，應用BIM技術時間在3～5年的企業數量約占到43%；而在中小型規模的建筑結構設計企業當中，應用BIM技術時間在5年以上的占比約13%r43aUZOF653h+O7sVGfYCg==，技術應用時間在3～5年的占比約45%。相應調查數據符合BIM技術在建筑設計領域的推廣周期，也就是該技術最初推廣期間主要應用在大規模且技術相對領先的建筑設計企業，在技術價值得到認可之后才逐漸在建筑設計領域不斷加大推廣力度，有效推進建筑結構設計行業進步和發展。另外，根據調查顯示，發現目前大部分中小規模的建筑結構設計企業在應用BIM技術期間，大多只展開了規模縮放試驗，或開始逐步普及BIM概念，只有少部分大規模建筑結構設計企業會在大型項目整體設計或者局部設計環節應用BIM技術。

3工程概況

某綠色建筑項目建筑總面積是28113 m2，其中地下面積5611 m2，地上面積22502 m2，該項目總高度是86.75 m。在該建筑項目設計環節，著重通過BIM技術進行綠色建筑分析、設計內部裝飾、構建三維模型、可視化展示、幕墻設計等，即使設計方案得到深化，又有效保障設計質量，切實提升設計效率，防止后期施工過程中有大量返工問題，可促進項目有序、順利地實施，在此基礎上減少項目造價成本。

4BIM技術在綠色建筑結構設計中的應用

4.1做好準備工作

4.1.1合理選擇軟件

要在該綠色建筑結構設計過程中合理應用BIM技術，充分發揮技術優勢，需要先合理選擇軟件系統。設計人員要充分考慮該綠色建筑對BIM結構設計所提出的具體要求，并在此基礎上合理選定BIM軟件，比如Revit Architecture、EnergyPlus、魯班算量系列軟件Lubansoft、廣聯達模型檢查產品GMC、Ecotect Analysis等。另外，要求設計人員在充分掌握該綠色建筑的結構分析模擬、能耗分析以及機電設備應用等要求的基礎上，合理確定接口形式，主要包括SDNF、IFC、DXF、CIS/2等，以更便捷地對BIM參數進行轉換處理，充分達到項目深化設計要求。

4.1.2建立構件庫

要在綠色建筑結構設計期間合理應用BIM技術，還需要基于項目實際情況科學建立構件庫，具體是要先劃分建筑結構構件類別，結合結構設計要求合理選定結構構件，之后編碼，并將構件數據和信息輸入到數據庫當中，以更智能化、數字化地管理構件庫。

由于綠色建筑結構設計期間涉及不同的構件，而且這些構件在差異化結構體系當中并不具備通用性，所以要求設計人員先充分了解建筑結構體系，掌握不同結構有哪些差異，在此基礎上遵循通用性、標準性等原則選擇建筑構件，保證所選構件符合綠色建筑結構設計標準與需求。之后，要結合計算機識別技術，合理歸納建筑構件的尺寸、定位等幾何信息以及荷載、材質、做法說明等非幾何信息，并對不同信息分別編碼。構件在完成編碼同步向系統上傳編碼信息之后，需要設計人員根據實際情況確定構件庫應用權限。

在綠色建筑結構設計期間，還需常應用可循環材質構件，這類構件在建筑結構材料當中的重量占比要超過10%，對此，需要設計人員結合BIM Revit軟件功能，對可循環材料的體積還有面積等參數進行精準化提取，之后對相關信息進行全面統計，個性化地建立構件庫。在針對綠色建筑結構建立的BIM模型中，構件庫屬于前端記錄信息，相關信息主要來自建筑圖元屬性，要求設計人員在充分了解可循環利用材質及其具體應用明細的基礎上，對有關數據實現實時壓縮處理，或者可針對這類材料專門列出圖元類型信息，還要進行格式以及字段等設置，所涉及的材料主要有銅、石膏制品、木材、玻璃幕墻以及門窗玻璃等，這些材料會應用在門窗、天花板、墻體以及腳手架等部位。

4.1.3創設協同設計平臺

在綠色建筑結構設計過程中引入BIM技術，可支持多專業協同設計，為促進各專業人員加強合作，要預先創設協同設計平臺，在相應平臺當中方便不同專業的人員加強溝通和交流，及時共享和傳遞綠色建筑結構設計內容，并根據不同專業的需求，對設計信息和構件庫內容實現及時修改和動態更新。BIM技術應用期間還具有檢測沖突作用，在多專業協同設計過程中，能夠及時發現設計方案當中的缺失、碰撞、遺漏以及錯誤等問題，同步予以糾正，進一步提升設計效率，保障設計質量。

4.2建立3D參數化模型

在該綠色建筑結構設計期間，設計人員主要選擇Autodesk Revit Architecturer軟件構建項目3D參數化模型。在模型建立中，首先，結合樣板文件、建筑結構設計方案等優化確定結構標高；其次，參考GB/T 51301-2018《建筑信息模型設計交付標準》有關要求和內容，圍繞基礎結構以及主體結構設置3D模型，其中主要涵蓋了樓梯、板、梁、柱、基礎以及剪力墻等構件；最后，將所設計的建筑結構3D模型和其他專業模型相鏈接，構建綜合模型。

通過建立3D可視化模型，設計人員能夠更清晰地掌握不同構件的相互關聯，了解各構件信息，其中既有幾何形狀信息，也有邏輯、材料等非幾何信息。在模型鏈接之后，形成綜合Revit三維模型，設計人員可基于相關模型進行漫游演示，由此檢查結構構件和相關設備有無矛盾和碰撞，若發現有問題則會自動化生成報告，方便設計人員快速確定問題點位，在此基礎上實現深化設計，合理改進建筑結構空間和布局。

4.3建筑朝向設計

在建筑結構設計環節引入BIM技術，設計人員可通過技術優勢模擬建立綠色建筑環境和地形等模型，根據之前所了解的信息優化確定最佳建筑朝向，合理優化原生態環境。在實際設計環節，設計人員可使用BIM軟件當中的氣象分析工具Weather Tool，以圖像化的形式展示當地氣象信息，并以可視化方式對氣象參數進行深入分析，也可在焓濕圖當中顯示相關數據，以迅速掌握項目所在區域的地熱舒適區，根據不同朝向確定區域全年太陽輻射情況，在了解當地過冷期以及過熱期所對應的太陽輻射熱量等信息的基礎上，經精準計算，確定最佳的建筑朝向[2]。

4.4高程設計

在該綠色建筑結構設計期間，為使擬建項目和周邊環境具有一致性，設計人員要先利用BIM技術對現場自然地理條件進行深入分析，之后設置項目場地絕對標高，進而在系統當中導入三維等高線參數，格式選擇DGN，也可選擇DWG，隨后通過文件導入形式建立數字高程模型。設計人員可基于所建立的模型，通過BIM軟件當中的Civil3D地形曲面特征，按照系統提示優化設置高程最值、分組數量以及分析條件等信息，之后系統將自動化生成項目高程差和相應的動態變化數值，以支持設計人員優化制定布局方案。

4.5采光及可視度設計

在該綠色建筑結構設計期間，設計人員可通過Ecotect Analysis軟件將模型文件信息導出，在此基礎上，設計項目地理位置信息還有所用材料材質等，同步生成包含熱輻射圖以及日軌圖等在內的天空模型。同時，設計人員要在綜合考慮項目周邊遮擋物布局情況下，更直觀地呈現冬季和夏季太陽輻射情況和角度變化情況等，明確哪些區域是太陽不能照射到的，同步確定全年不同區域內可被陽光照射以及不可被陽光照射的極限參數。

另外，BIM軟件當中還具有仿真模擬光環境的功能，設計人員可基于此功能對項目室內對室外的可視情況還有可視面積等進行綜合分析，之后圍繞建筑室內自然光采光系數以及等照度等自動化輸出分布云圖，基于此優化設計窗口比例、尺寸、燈具性能參數等開窗信息，保證建筑空間當中照度分布更加均勻，盡量減少人工照明能源應用量，達到綠色設計要求[3]。

4.6風向設計

該項目在設計過程中，還要基于通風分類標準及相關要求，對項目通風情況展開分析，同時可通過Weather Tool等工具對項目不同季節的主導方向展開分析，確定最佳朝向，充分利用穿堂風，并有效提升建筑空間熱舒適度。在建筑結構設計期間，為優化通風對流條件，需要設計人員系統化分析建筑前方迎風面既有建筑的尺寸和形體會對項目背風面漩渦區間所產生的影響，快速找出會對項目通風產生不利影響的風向入射角，之后結合通風氣流方向優化設計建筑間距，選擇合適的風向入射角，在此基礎上改善項目自然通風效果[4]。在該設計環節，由于外部場地環境比較復雜，設計人員可著重通過BIM當中的CFD仿真工具對自然風的流速極值點位、氣流方向以及氣流面密度等進行模擬，在保證居民活動區域內的風速在5 m/s以下的基礎上優化評估建筑造型，保證項目附近沒有明顯的渦流，同時室外風速不會對居民室外活動產生較大影響。

4.7間距設計

Ecotect具有陰影范圍功能，設計人員可基于此功能對項目陰影變化情況和規律還有不同分區特征等進行分析，掌握項目在一天中不同時間段內具體的陰影變化情況，結合相關參數設計建筑間距，從而在項目設計中高效實現節地目標[5]。

4.8道路設計

設計人員要結合項目相關信息和參數對項目用地情況展開深入研究，同時根據所構建的BIM模型，系統化分析項目整體布局以及附近的道路情況等，合理確定項目各道路出入口點位。像在該項目當中，主次干道以平行方式分布，就可在兩道路對向部位各自設進/出口，以構建環狀交通環境。

5結論

在綠色建筑結構設計過程中應用BIM技術，可支持多專業協同設計，深度優化設計方案，促進建筑結構設計質量和效率提升。為充分發揮BIM技術優勢，需要設計人員深化了解BIM技術特點、優勢和軟件應用方法等，并遵循綠色環保原則，全程貫穿低碳理念，因地制宜地構建綠色建筑結構三維可視化模型，對項目現場情況進行模擬仿真，既能提升設計效率及質量，又能達到綠色建筑設計要求。

參考文獻

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[3]羅珊珊，侯彬彬，高慧琳，等.基于參數化BIM建筑設計的特點及其應用分析[J].中華建設，2023（5）：143-145.

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[5]陳鋒.BIM技術在大型公共建筑中的應用研究[J].建筑與預算，2022（12）：1-3.

作者簡介：馮文翔（1991.11-），男，壯族，廣東德慶人，本科，結構設計中級，研究方向：混凝土結構設計、鋼結構設計、地基處理設計、基坑支護設計等。