基于BIM的绿色建筑室内空气质量改善研究

■郭荣军刘敬东王玺文

(1.2.3.沈阳建筑大学设计艺术学院，辽宁沈阳 110168)

基于BIM的绿色建筑室内空气质量改善研究

■郭荣军1刘敬东2王玺文3

(1.2.3.沈阳建筑大学设计艺术学院，辽宁沈阳 110168)

由于建筑的装修、家具等行业使用越来越多的化学药品和不合格产品，造成室内空气质量下降。据北京某儿童医院医生统计，室内环境的污染造成的儿童白血病发病率的增长，在调查中发现患者中近90%的家庭在近期装修过。由此看来，室内空气质量已逐渐成为建筑室内环境的主要矛盾，在绿色建筑发展过程中成为一个热点话题，同时也是世界关注的焦点之一。

1 绿色建筑与室内空气环境

1.1 绿色建筑的发展

绿色建筑的发展主要是在设计、建造、使用、维护等全过程中有效的运用技术手段，从而达到“四节一环保一管理”的指标。由此看来我们必须全方位的关注绿色建筑，其中建筑的内部环境作为建筑的一部分，之所以强调室内环境,是因为现在的主流思想是在内外部环境之间争取一个平衡的关系,而建筑用户对其室内居住环境的安全、舒适以及健康,表现出更高的需求，这也在《绿色建筑评价标准》中有所表示。

1.2 室内空气质量及其影响因素

室内空气质量指室内空气中各种成分的含量，建筑物内部空气质量的好坏反映了人们对环境要求的健康程度，然而室内空气污染程度指各种气体成分的含量的多少，用来指示环境健康和适宜居住的重要指标，甚至可以反应出一地的空气状况。

通常影响室内空气质量的因素包括室内温湿度、入室新风量、有害气体的产生与排出、室内气流与室外风速和室内物品对空气的释放型污染等方面；另外房子空调利用频率高、开窗通风少等同样造成有害物质超标。如图（1）所示室内空气污染因素在建筑物室内环境中的污染过程

2 建筑信息模型（BIM）

2.1 BIM模型一体化

目前在国内设计院所、单位在方案设计阶段中几乎都在使用传统的二维设计，确实提高不少工作效率,但是本质上和手绘没有大的区别，这类软件创建的只是建筑几何模型,建筑构件也只是通过简单的几何体的组成,无法包含详细的属性、参数等。而BIM的三维模型不是简单的将数字信息进行集成,它是将数字信息应用于设计、建造、管理的可视化、数字化、协同性和共享化方法。通过Revit、ArchiCAD等三维系•和软件结合，以往需要耗费很长时间用来解析模型的，现在可以通过软件简单迅速的完成。其中，设计师针对项目的设计、建造以及运营过程中所达到的可视化成果，方便有效的与业主方进行沟通、讨论与决策，并给予科学定量分析。

2.2 BIM的动态管理

BIM不是一个割裂的孤独的3D模型，在模型上还可融入4D控制系统。即在建筑物的施工完成后，根据施工的组织设计模拟实际施工现场进行动态监测，从而确定合理的施工方案来指导施工，避免现场问题，提高工作效率，充分保障了绿色建筑设计过程中的科学性和合理性。

3 BIM在绿色建筑空气质量问题中的研究方法

3.1 建设阶段——设计分析与施工优化

（1）温湿度指标控制。通过BIM完成的建筑物模型，导入分析软件Ecotect中并载入当地气象资料对整个建筑物及其室内做出模拟研究，分析周围物体温度、室内温度、平均辐射和空气相对湿度情况等。通过适当调整材料与设备，既达到室内舒适度，也在一定程度上减少室内灰尘和抑制细菌滋生。

（2）建筑通风换气。绿色建筑评价技术细则中表示：在绿色建筑评价技术细则中表示：为满足人的健康要求，建筑物内会设置新风换气系统，引入室外新鲜空气，排出室内有害气体都是有利于降低室内空气污染的有效措施。然而绿色建筑的设计上特别强调自然通风，既缩短空调设备的运行时间，又有助于降低空调能耗。这就要求对所在地及相对的风向条件做详细了解，得出正确的建筑通风系统的设计，然而通过BIM可视化模拟当地风向及风速，设计过程中可以通过调整门窗得方向与开窗的大小来处理通风口位置和尺寸，以及改变通风口布局等来改善室内流场的分布情况，如形成的“穿堂风”，引导室内气流组织有效的通风换气，使混浊气体快速排出。

■图1 室内空气污染过程

■图2 室内空气环境动态监控流程图

（3）设备的改善优化。由于建筑内部的系统设备与建筑物本身有着一定的关联性和特殊性，所以必须强化设备控制有害气体的产生与排出。在BIM模型基础上根据房间布置，添加空调系统信息，再输入空调系统和设备参数，根据送风口和回风口的具体位置仿真模拟。这样一定程度上降低了空调的运行能耗，也保证了室内空气的清洁。

（4）日照分析与环保材料的选择。从绿色建筑的角度看，建筑物受光面上的开窗的位置、大小、类型都影响了室内环境，包括使用的材料以及家具装饰等。例如在炎热的夏日，为防止太阳直射和减少过多热量进入室内，引起家具与材料的放量异常，通过Revit的建筑模型利用分析软件Ecotect Analysis分析建筑物外墙及室内受光面的时间和受辐射程度，那么就于绿色建筑来讲设置合理尺寸、形式的阳光反射遮阳板是必不可少的。当然这个例子还应综合考虑建筑能耗，室内舒适度等多方面因素，并从中找到一个适当的平衡点。此外不同地区、不同环境需要选用不同的生态环保材料或是污染小的建筑材料，例如目前使用的材料主要包括空气净化功能的纳米复相涂覆材料、产生负离子功能的材料，以及稀土激活保健抗菌材料、湿温度调节材料等等。

3.2 运维阶段——动态监测系统

动态管理化主要表现在施工完成后，通过BIM运维监控平台的空气质量监测技术对建筑物的室内空气质量进行动态化的监测并适时调控，包括建筑物室内空气污染物的浓度监测、跟踪监测、检测信息反馈以及警报和控制系统、控制室内空气污染程度，从而保护人体健康，如图2所示室内空气环境动态监控流程图。

在主要功能房间实现自动检测，由于建筑物所处环境和室内人员的变化，导致室内温湿度有所变化，二氧化碳以及空气污染物的含量也会增加，先利用计算机参数化的设定上、下限数值，通过传感器对室内空气环境中的二氧化碳浓度和空气中所含污染物的浓度进行数据采集，由传感器输出的模拟信号到数字信号的转换，将所采集到的有关信息指数传输到BIM监控平台，进行数据的存储、统计以及分析，并与设定的参数值进行比较，例如二氧化碳浓度和空气中所含污染物的浓度超标或不在设定的范围时能实现实时自动报警提示给相关工作管理人员，调控人员检测通风设备的工作状态，以及室内空气污染监控系统的关联程度，实现系统的自动通风和温湿度的调节。

由于建筑物所处不同的地域环境，在切实施工优化过程中需要根据不同的信息进行适时调节，从而提升建筑物整体环境质量。

4 结语

目前借助BIM技术对建筑室内空气质量的改善,从单纯的设计阶段扩展到建筑全生命周期,贯穿于设计、施工、运营、维护等全过程,具备更广泛的意义,大幅提升了综合效率。然而从深层次上挖掘人-建筑-环境之间的关系，真正实现绿色建筑要求，还需要不断探索。相信不久的将来，综合利用BIM进行绿色建筑设计的技术会越来越完善，实现一个既符合生活物质功能需求，又符合健康要求的和谐人居的室内环境。

（责任编辑：贺 辉）

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BIM-based Green Building indoor Air Quality Improvement Research

Guo Rongjun1& Liu Jingdong2& Wang Xiwen3

本文分析了建筑设计与装修行业的发展现状，并从绿色建筑的理念出发分析了影响室内空气质量问题的因素。进而对BIM的概念和优势进行阐述，提出了基于BIM技术在绿色建筑空气质量问题中的研究方法，即在项目建设阶段对建筑室内的环境进行的改善与优化，以及在运营阶段通过BIM监控平台对建筑物的室内空气质量情况进行动态化监测管理。由此验证BIM技术在绿色建筑全过程中有效的改善建筑室内空气质量的可行性，以引领我国建筑设计行业健康有利的发展。

建筑信息模型（BIM）；绿色建筑；室内空气质量

This paper analyzes the development of architectural design and decoration industries, and starting from the concept of green building analyzes the factors that affect indoor air quality problems. Further elaborated the concept and advantages of BIM, BIM technology proposed improvement and optimization methods in green building based on air quality issues, namely the construction phase of the project for construction of the indoor environment, as well as during the operational phase of the building by BIM monitoring platform indoor air quality material dynamic monitoring and management. Thus verify the feasibility of BIM technology in the entire process of green building effective improvement of indoor air quality in order to lead a healthy development of China's favorable architectural design industries.

Building Information Modeling (BIM ); Green Building ; Indoor Air Quality

TS664.01；TU-023

A

1006-8260(2014)05-0062-02