BIM技术在绿色建筑设计中的应用研究

王晓虹

(中核新能核工业工程有限责任公司,山西 太原 030012)

近年来,随着可持续理念的发展,与自然和谐共生的绿色建筑理念也随之产生。绿色建筑是建立在充分认识自然、尊重并顺应自然的基础上,以解决建筑业能耗大、排污多等问题为主的新型建筑理念。然而,绿色建筑多要求满足采用自然光和自然通风等要求,结构设计等困难可能较大,现有的技术手段已存在障碍。而BIM作为一个高度集成的三维信息化数据的集合,给解决绿色建筑相关问题带来了曙光,并在很大程度上满足了绿色建筑项目设计中的需求。

1 绿色建筑设计基本原理

1.1 绿色建筑特点及设计目标

相比于传统建筑,绿色建筑注重采用先进的绿色技术,充分利用自然资源,光照、风向等,因地制宜,就地取材,在建筑整个生命周期中,节约资源,降低能耗,减少污染和保护环境。因此,绿色建筑的点就是注重建筑项目周围的生态系统和环保可持续性,满足低能耗、低污染和省资源(节地、节水、节材)等。然而,也正因如此,绿色建筑是一种开放性布局的建筑模式,没有明确的建筑规则和模式。

绿色建筑的设计目标包含观念目标和评价目标。其中,观念目标是符合社会、文化、心理需求以及经济、环境、生态等多元素的综合目标,评价目标是当前绿色建筑作为设计依据的目标[1]。

1.2 绿色建筑设计原则

绿色建筑的设计原则主要有以下几个：①考虑自然性及地域性原则。指了解场地相关的自然地理、生态气候、人文环境等要素基础上,尽量保留或利用原本的地形、地貌、水系和植被等,并结合相关设计标准和技术导则等,进行绿色建筑的设计；②高效节能原则。一方面,进行科学合理的布局,充分利用自然可再生能源如光能、风能、地热能等,同时使用高效的建筑设备和节能材料等,以减少能源的消耗；另一方面,尽量采用可再生循环材料,以减少垃圾,保护环境；③注重经济和健康性原则。绿色建筑设计虽然要充分考虑节能、减排和环保性,但也要是主动式技术和被动式技术相结合的、具有可操作性的、有经济效益的最优方案,以使项目综合效益最大化。

1.3 绿色建筑设计现状

目前,我国绿色建筑设计一般遵循如下设计策略：①环境综合调研分析。即要遵循绿色建筑设计原则中的自然性及地域性原则,进行调研分析,把与周围环境相融合的设计理念充分落到实处,为设计师采用被动适宜的绿色建筑技术打下好的基础；②节能与能源利用。主要包括进行建筑能耗模拟分析优化建筑设计、太阳能利用、风能的利用、控制建筑体形系数以及建筑围护结构节能等,其中,太阳能利用和风能的利用更注重采用被动式太阳能与风能；适当合理地增加建筑层数可以减小建筑体型系数,增加筑越节能；采用节能墙体、高效节能窗等有助于建筑围护结构节能；③节水与水资源利用。安装建筑节水器具,采用节水型供水系统,建筑循环水系统,雨水回收利用系统等,来节约水资源；④节材与材料利用。采用节能环保型材料、可循环再利用材料等；⑤节地与室内、室外环境。一方面,充分与场地地形相结合,随坡就势,充分利用地下空间,节约土地；另一方面,进行建筑的室内自然通风、采光等模拟,并根据结果进行建筑设计的优化与完善。

2 BIM技术相关标准及特点

BIM技术首先是一项3D数字化技术,其次其创建、收集该设施所有相关的信息,并建立信息化模型,然后其应用于设施全生命周期,以为项目决策提供基础和共享信息的资源。

2.1 BIM技术相关标准

在建筑全生命周期中会产生大量不同种类的信息,BIM技术的核心理念是建筑设计共享信息模型,提高工作效率。为此,需要统一BIM技术相关信息标准,具体如下[1]；①分类编码标准。现在我国采用的分类编码标准是JG/T151-2003《建筑产品分类和编码》和GB/50500-2014《建设工程清单计价规范》,其中,前者用于建筑专业分类,后者用于成本预算的工程量清单计价；②数据模型标准。数据模型标准是交换和共享信息所采用的格式的标准,我国采用IFC标准的平台部分作为数据模型的标准；③过程标准。过程标准是一种模型标准,主要包含IDM标准、MVD标准以及IFD标准。

2.2 BIM技术的特点

BIM技术的主要特点有操作可视化、信息完备性、信息协调性以及信息互用性等。其中,BIM技术的操作可视化特点不仅能将抽象的信息用可视化表达出来,对建筑进行能耗模拟、管廊碰撞检查、施工仿真模拟等,还可以表现出建筑建设过程及各种相互关系,以提高生产效率；而BIM技术信息完备性、信息协调性以及信息互用性不仅包含了设施的全部信息,使得BIM模型能够具有良好的基础条件,还在数据之间创建实时的关联性,在各个构件实体之间,实现关联性显示和智能互动,而且BIM技术提供了良好的信息共享环境,应用BIM可以实现信息的互用性,在建设项目不同阶段免去对数据的重复地输入,提高了效率。

3 BIM技术在绿色建筑设计中的应用

3.1 BIM技术在绿色建筑设计中的应用优势

现阶段,绿色建筑在我国发展迅猛,但相对于国外的发展的还不成熟,还存在诸如对绿色建筑设计理念的认识薄弱、全生命期内绿色建筑信息缺失等问题,不仅导致绿色建筑没有从根本上解决技术与建筑的冲突,对设计形成指导性的作用,还导致绿色建筑在全生命期内信息的缺失,设计信息得不到实现。

研究发现,利用BIM技术可以优化绿色建筑设计,解其设计中的问题。首先,BIM技术可以实现性能分析方案对比。一方面,BIM模型可以存入大量的设计信息,性能模拟时可以不用重新建模,从而大大降低性能模拟分析的时间；一方面,在方案对比时,通过对场地环境、气候等的分析和模拟,利用BIM建立体量模型,对不同建筑体量进行能耗的模拟,对最优方案进行深化,以实现绿色建筑的设计目的。其次,BIM技术可以实现协同设计。通过共享的BIM模型,注重各个专业的系统内部关联,促进绿色建筑项目设计中各专业的参与和及时的沟通,提高对绿色建筑的认识,以达到更好的绿色建筑项目的产生。第三,BIM技术可实现全生命期建筑模型信息完整传递。BIM模型承载着绿色建筑设计的数据、施工要求的材料等,保证了建筑全生命期信息的完整性和准确性,从而进行科学节能的运营管理[2]。

3.2 BIM技术在绿色建筑设计中的应用策略

基于BIM的绿色建筑设计方法,可以参照传统的设计流程,并使绿色建筑设计理念加入每个设计环节。具体的,可以通过如下方法进行；①建立绿色建筑设计团队。即在传统的建筑设计专业团队的基础上,增设景观、环境绿建咨询等专业人员,同时,指定专门的人为BIM经理,带领BIM建模、分析咨询等人员进行绿建项目整体工作内容的编制；②制定BIM技术在绿色建筑设计中的应用工作流程。第一步为场地设计,即概念设计阶段,主要进行场地气候条件分析、场地环境分析、场地分析等；第二步为方案的对比,即方案设计阶段,主要工作为体量、形体的形成,物理环境体量下分析,以及建筑体量的能耗分析等；第三步为建筑细化优化,即初步设计阶段,主要进行性能模拟优化设计,多专业协同优化设计等；第四步为设计形成,即施工图设计阶段,主要工作为管线综合碰撞检查,综合能耗模拟等。

4 结语

当今,为了实现可持续发展,绿色建筑的理念应运而生。而BIM作为一个高度集成的三维信息化数据的集合,将BIM技术与绿色建筑有机结合,是解决绿色建筑在传统设计中存在的问题的有效途径。因此,未来做绿色建筑设计时,应注重BIM技术在绿色建筑设计中的应用,并指导实际工作。

[1]王轩.基于BIM技术的绿色建筑材料管理体系探讨[J].江西建材,2015(18):274,279．

[2]刘宇,祝捷,张大听,等.基于BIM的绿色建筑设计方法研究[J].绿色建筑,2016(06):9-20．