绿色建筑全生命周期BIM功能探究

陈佳挺 刘妍

(厦门工学院 福建厦门 361000)

0 引言

城市化发展离不开建筑，快速的城市扩张也带来了建筑数量的增加，建筑作为一种高能耗的活动伴随着诸多挑战。据统计，目前我国建筑业使用能耗占全国总能耗30%，同时存在能耗高、效率低、高污染问题。政府投入大量的资金推行生态发展和绿色环保，就是为了有效遏制建筑业的高能耗，创造绿色生态的可持续环境。绿色建筑倡导建筑寿命周期内，最大限度地实现节能、节地、节水、节材、保护环境和减少污染，为人们提供健康、舒适和高效的使用空间，其设计理念符合我国的国情。随着社会对全球生态环境的关注，绿色建筑理念逐步进入人们的视野，建筑的响应从能源控制方面扩展到审视建筑全生命周期对生态环境的影响，BIM的出现提供了一种全新的建筑设计方式。

1 BIM概述

BIM(Building Information Modeling)，即建筑信息化模型，它的核心是信息，以三维信息技术为基础，通过数字化模型，表达建设项目的建筑实体与功能特性。一个完整的建筑信息模型，能够将建筑不同阶段与建筑项目相关信息数据都集成到一起，从而准确地对建筑进行描述。

BIM技术可用于分析包括影响绿色条件的采光、能源效率和可持续性材料等建筑性能的方方面面; 可分析、实现最低的能耗，并借助通风、采光、气流组织以及视觉对人心理感受的控制等，实现节能环保[1]; 采用BIM理念，还可在项目方案完成的同时计算日照、模拟风环境，为建筑设计的“绿色探索”注入高科技含量, 让建筑成为真正的“绿色建筑”。

2 传统建筑设计方法的局限性

2.1 难以适应现在建筑需求

由于经济、技术条件的制约，在过去相当长的一段时间里，我国主要的建筑类型多为中小型建筑，工程规模和技术难度相对来说不会太大，但是随着社会需求的增长，建筑的体量、技术复杂程度等都在增加，呈现出建筑规模大，专业工种多、技术图纸繁多的现象，不同专业甚至同专业的图纸在平面、立面、剖面、节点大样上不一致、图纸对不上，都是很常见。

2.2 各专业设计不同步

传统的设计流程，各专业、各设计阶段的信息都是分离开，工程图纸修改很频繁，如果工程的某一部位进行了图纸修改，而其它专业技术人员疏忽没有同步跟上，那么，就很容易在后期出现很大的矛盾，到了技术交底或者施工环节才能发现问题，造成时间、人力、资源的浪费。这都是源于设计信息之间缺乏共享和有效的自动关联之缘故。

2.3 可视性差

传统的设计图纸，属于二维信息的范畴，可视性非常差，工程设计的失误往往不易被察觉，只能靠设计人员以及审图人员去把控。如果大型而复杂的工程，设计过程中出现了遗漏、错误，这样就会对完成进度、质量、安全目标的实现造成困扰，从而导致后续阶段绿色性能优化难于实现，绿色建筑只能停留在理念上。

2.4 绿色建筑设计效果不理想

绿色建筑很重要的就是对建筑的节能效果进行分析，包括日照分析、能源测评和可持续性材料等方面进行分析，而目前建筑师多是参考已有生态建筑的设计案例和技术手法，没有在设计初期对项目进行绿色建筑性能分析，只是在项目运营期运用定性与定量的分析方法，对项目进行绿色建筑评价，进而判断建筑是否节能、经济、绿色。这样设计出的建筑，往往不能真正达到绿色建筑的标准[2]。

3 BIM技术在绿色建筑中的应用

3.1 规划阶段

BIM的产生，为改善绿色建筑设计中的不足带来了新的契机，为绿色建筑的设计提供了一种全新的技术支持平台。在项目前期规划阶段，采用BIM技术与GIS结合，快速调用场地周边城市地理环境信息，生成三维地形基础数据，进行场地环境分析，对气象数据、地形、功能布局、日照分析、能耗控制、噪声等进行准确的定位，加上设计师的设计理念，生成适应于场地环境的建筑形体及规划布局。通过可视化的形式，以虚拟现实或者三维动画多媒体的方式，直观可视地表达出方案意图，协助设计团队理解规划意图，直观对比分析方案的优劣，并为非专业人员参与决策提供支持。

3.2 设计阶段

(1)将前期阶段的BIM模型进行深化设计，各专业在同一工作平台上进行方案设计，同专业或者不同专业的设计调整，其他专业会收到调整部位的监视信息，提醒做相应修改。比如，建筑结构与设备管线的碰撞冲突，如图1所示，建筑结构标高、位置不一致，都会自动检查，提醒冲突错误，从而避免专业图纸矛盾的情况。

图1 碰撞检查 高区消防管与梁碰撞

(2)当设计师完成方案平面的时候，平面、立面、剖面、大样图也都会同时完成，智能化程度非常高，使设计变得非常方便快捷。不同于以往CAD的图层归类，BIM中revit软件用的是族的概念，每个族都有很详细的信息量参数，比如墙体的厚度、所用的材料、砌筑高度、墙体类别等，在设计人员把族设置在相应的位置后，其关联性就形成了。以墙体为例，设置好相关参数、布置好墙体后，若修改其中某一段墙体的位置，与之相连接的其它他相邻段的墙体会自动调整，对墙体的注释，只需一个命令，会自动注释墙体的厚度、材料、砌筑高度、类别等参数，节省了大量时间。

(3)与概念设计阶段的信息，主要集中在外部环境和规划布局不同，深化阶段的信息主要集中在建筑内部的各种构造和管道综合，而这也是BIM技术强大的关键所在。在这阶段可以对建筑进行精确的能耗分析、照明分析、室内通风、层高推敲、结构优化等，依据BIM反馈的生态数据进行建筑方法设计的调整，最终选出满足设计目标的最优方案。比如，对建筑的室外通风进行模拟，中间连廊风速突然放大，可达3.5m/s，严重影响人的正常活动，对方案进行调整，在连廊处加一扇窗之后发现中间连廊风速降低，整体风速均低于0.5m/s，连廊处窗出口风速也仅为1m/s左右，如图2所示。

图2 优化前后室外通风对比

3.3 施工阶段

利用BIM可视化的优势，进行三维施工方案讨论，让施工人员充分理解节能方案，减少施工过程中的沟通时间，节约施工时间，按既定方案施工，使施工成果与设计目标一致。对节能设计施工的重点难点部位进行分析，减少复杂节点在施工中带来的施工技术风险，保证绿色建筑的施工质量，同时降低施工过程停工、窝工、返工的风险。

3.4 运营阶段

建筑建成后交付使用，后期的运营维护以及建筑能耗指标是非常关键。与以往后期维护运营单靠二维竣工图不同，BIM技术后续的生命周期运营维护为这方面问题提供了强大的技术支持[3]。项目交付使用后，建设单位收获的是准确的BIM 三维文件，在三维文件里可以监测建筑物的节能指标。若某些节点发生损坏导致能耗指标不正常，管理人员可以利用三维文件内的导航地图到达建筑物的任何部位，对建筑物的任一构件进行查看，比如外墙保温板的设计资料、施工资料、设备材料供应商和产地、质量、品牌型号等资料，使建筑及时得到维护和保修，从而保证建筑节能效果，同时指导后期建筑的能耗运营方案。

4 结语

BIM技术的深入研究与使用，极大地提升了绿色建筑设计的科学化以及可持续性，有效地提升了设计人员的工作效率，其强大的信息管理能力为各种相关的模拟计算和模拟提供了坚实的技术基础，从技术角度突破了建筑业长期存在的弊病，为绿色建筑的落地实施提供了技术保障，对绿色建筑的普及，极具推广意义。