浅析绿色建筑节能设计中BIM技术的运用——以杭州奥体中心体育游泳馆为例

陈一鸣 大连财经学院工商管理学院

1 引言

我国工程建设项目设计团队主要由建筑、设备、结构、电气等专业人员组成，可也因专业不同，如何让设计信息交流和处理顺畅是个问题，特别是绿色建筑，图纸化的建筑设计根本无法满足，如果把BIM技术运用到绿色建筑设计中，则建筑设计会变得直观可视，设计信息交流与处理变得容易操作。本文通过分析对BIM技术在绿色建筑中的运用，为工程建设项目提供信息化、数字化的理论依据，加快工程建设由粗放型、资源消耗型的生产方式向节能环保的集成化和工业化方向发展。

2 BIM技术概述

BIM是建筑信息模型简称，又称可视化3D模型，它包括模型信息、构件性能和功能要求，是在一个独立建筑模型中导入建筑项目全寿命周期内的信息，还包括对建设过程、施工进度、运营阶段等相关信息进行整合。绿色建筑是目前整体建筑行业可持续发展的体现，因它节能、节水、节地、节材，有利于环境保护的特点。也因绿色建筑的优势巨大，大多数国家已经大力提倡，并在推动经济发展及能耗下降上已有一定成效。

3 在绿建节能设计中运用BIM技术的意义

与传统的设计方法相比，在绿色建筑节能设计中运用BIM技术是具有很大的价值和意义。

3.1 设计方案直观可视

BIM技术是由可视的3D模型代替平面的设计图纸，让设计变得直观立体，容易产生代入感，利于设计师的创造、创新，又因BIM技术是3D关联设计，一处改变，则处处自动更新，这让设计的整体进程加快。

3.2 设计人员综合协调

在BIM模型中建筑图纸不仅是图纸，更是说明各方面建筑信息。为了提高整体设计决策的效率与质量，避免因信息传递阻滞或沟通不及时而造成设计延迟与错误，它将参与建筑活动中的各专业人员通过BIM模型在每个环节紧密联系，并利用同步调整的协同方式进行整合设计[1]。

3.3 设计反馈准确及时

BIM软件是模型、表格和数字的关联软件（如Revit软件，能提供建筑工程数据实时自动计算、组合、拆分和查询，能及时反馈准确的建筑设计模拟评估结果，无需委托专业人员进行数据分析，且BIM软件操作简单易懂，这对设计师在工程建设初期阶段能提供很好的技术支持。

4 BIM技术在绿建节能设计中的运用

4.1 节能、能源利用分析

绿色建筑的特性是节能和合理的能源利用。利用BIM技术的3D模型，直接导入能耗分析软件，进行建筑能耗分析，生成模型数据，模拟项目运行能耗情况，进一步优化围护结构设计方案，调整相关参数设定，有效实现节能控制[2]。为降低照明能耗，可以通过BIM技术进行分析，以最大限度利用自然光。为降低能源能耗，可以通过BIM技术对太阳辐射的强度和分布进行分析，提高太阳能的利用效率，同时还根据项目所在地的气候条件，分析优化室外绿植的种类与配置，科学合理安排种植各种特性的植物[3]。

4.2 室内外环境分析

室内环境的重要组成部分是风、光、声三个方面，BIM技术能对这三方面内容进行精确分析。在室内自然通风方面，利用BIM技术分析空气污染物分布状况，优化开窗位置、数量、大小和方式，改善室内自然通风效果。在室内照明方面，BIM技术通过分析照度、显色指数、眩光等指标和因素，优化室内照明布置。在室内噪声方面，BIM技术可以预测室内噪声值，判断室内噪声是否达到预定标准[4]。室外环境也可利用BIM技术，进行相同设计完成客观分析。

4.3 运营管理

BIM技术的核心是参数化3D模型，集项目相关专业信息，在模型中数字化、参数化和可视化地呈现项目实体建筑和各项功能，让建设施工全寿命周期信息始终保持统一，实时提供建筑数据，满足绿色建筑在运营管理时对建设项目信息的需求。

4.4 建筑材料节约利用分析

绿色建筑评价标准的一个很重要内容，是对项目所使用建筑材料提出相关要求。绿色建筑评价标准要求，建设工程项目施工现场500km以内所能提供的建筑材料量占建筑材料总量60%以上；在保证建筑物安全和不污染环境情况下，尽可能使用可再生环保材料，量要占建筑材料总量10%以上[5]。传统设计时，这些数据的统计十分繁杂，费时费力并且容易出现误差。BIM技术的数据信息统计功能十分强大，可以快速精确计算出建设工程项目用材量的相关数据，调整、控制各类建材用量和配置，可以非常容易地解决此类问题，让设计达到绿建评价目标。

5 以杭州奥体中心体育游泳馆为例分析BIM技术在绿建节能设计中的应用

5.1 案例简介

杭州奥体中心体育游泳馆坐落杭州钱塘江南岸，奥体中心北侧，22.79公顷的占地面积，396950m2的建筑总面积。该游泳馆是杭州市大型城市公共设施之一。它将为2022年杭州市举办第19届亚洲运动会提供集体育、休闲、商业、娱乐为一体的现代化体育游泳馆[6]。

该体育游泳馆是由北京市建筑设计研究院有限公司借助BIM技术进行整合与创新的设计，利用BIM技术上的精髓使上部网壳围护结构的构造、空间结构、内外幕墙、雨水污水系统、采光通风系统、线路管道系统、防水防漏系统等进行虚拟化组建，并进行了3D校核和调整后建成的[7]。

5.2 BIM技术在该项目节能设计中的运用分析

5.2.1 环境影响防治设计

（1）废气污染防治。项目主要废气是厨房灶台产生的油烟废气，在屋顶安装静电油烟处理器和离心式排风机，厨房油烟废气经集烟罩收集，通过垂直管道输送到油烟处理器净化处理后，再由排风机排出。

（2）废水污染防治。实行雨污分流，厨房废水经隔油净化处理后与其他污水排入当地市政污水管网系统；并选用加装防振降噪装置的变频水泵。

（3）固体废弃物污染防治。项目建成运营后，垃圾将实行分类投放、收集，袋装密闭，专人负责在规定时间内清运处理。

（4）光污染防治。幕墙玻璃选用低反射镀膜玻璃，外墙装饰板材采用涂层铝锰镁板，外墙面无高反射材料，无光污染。

5.2.2 节能设计

（1）电气节能设计。机电整合节能变频设计，是该项目BIM技术设计中的又一个亮点。因该游泳馆造型复杂，则附着的机电管线会更复杂。但建筑设计团队仍通过BIM模型强大的可视功能，将建筑构件通过建模推敲，对是否出现碰撞进行检查检测，排除了平面设计图纸难以发现的管线综合、空间管线以及雨水系统等诸多问题。

照明灯具均为LED灯，LED灯是发光二极管，通过镇流器把交流变为直流，这提高发光效率，降低能耗，同时对电气照明及其它用电设备采用自控自调来降低能耗。

（2）外墙节能设计。实体外墙为涂层铝锰镁板幕墙，因铝锰镁板舒适、轻型、耐久、经济、环保，为提倡绿色建筑建设发挥重大功能作用[8]。公共区外墙是低反射膜玻璃幕墙，主体则是混凝土结构和上部屋盖钢网壳组成，均采用热惰性好的材料来阻断热桥。

5.3 总结

BIM技术在杭州奥体中心体育游泳馆的运用，特别是在环境保护和节能设计中有很重要的体现。BIM技术让建筑各方参与者在面对日益复杂的建筑工程时，能提出了最有效最可行的设计方案，以便一切工作最终达到井然有序的状态，让未来体育建筑，变成智能化和可控化的绿色建筑。

6 BIM技术在绿建节能设计中应用的前景及注意问题

6.1 BIM技术在当下绿建设计中运用

6.1.1 是推动当前建筑设计方法的重要动力

BIM技术使我们在当今的3D可视化模型基础上进行多维度深化，在传统原有基础上增加时间（4D）和成本（5D）的概念，使之成为一套虚拟化的全方位的建筑模型，对建筑施工中的进度、物料、人力和总成本等进行规划控制，扭转传统建筑管理中存在的种种弊端，使项目在BIM软件上建立一个各方合力参与、简单易懂的可视化、虚拟化建筑模型，让各个不同专业人员在施工的任意阶段都能对建设工程整体做出全方位了解，改变由于传统设计中过分强调专业知识而造成沟通不畅、描述混乱等问题，让大家在同一个BIM模型下进行沟通，容易对工程项目达成共识，保证项目顺利进行。因此，BIM技术大大改善了当期工程施工的传统观念，也是推动当前建筑设计方法不断创新的重要动力。

6.1.2 能大幅提高设计人员的工作效率

通过BIM技术建立的3D可视化模型，以及在3D基础上的虚拟化，可以提前对项目进行完整了解，且在施工初期容易发现设计中存在的种种不合理，使项目参与各方能及时商讨，形成一个最优方案。凭借BIM技术施工方可以大幅度的提升审查速度，确保项目实施，完善和提升方案的品质。

6.1.3 是解决特殊造型工程的有效途径

在建筑施工的过程中经常遇到很多特殊的造型工程，容易给施工造成很大难度，因此BIM技术的模拟与检查方法就显得尤为重要，这里包括常用的碰撞检测及施工模拟。通过模拟检查很容易就能发现设计与施工中存在的各种错、漏、碰、缺，减少设计环节变更，降低错误的发生，及早发现设计中存在的碰撞、冲突等各种不足，完善设计的品质，提升工作效率，而使用BIM技术进行施工模拟操作可以及时对施工方案作出调整，并对各项资源进行整合，改善肆意浪费现象，实现限额领料，额定下料，还能对施工现场进行模拟，设计出合理的现场布置，提高施工效率和安全性[9]。

6.2 BIM技术在绿建节能设计中亟待解决的问题

6.2.1 软件开发费用高

建立和维护BIM模型所使用的软件，目前大都是国外大型软件开发商，本地化程度低。而国内关于BIM的规范和标准还未出台，国内软件公司对BIM技术的解读和表达形式不尽相同，这制约了BIM技术的开发运用；此外，在全球范围内建筑行业信息化投入比例不够高，这很大程度遏制了建筑行业的生产效率，影响BIM软件的开发。

6.2.2 技术人员缺乏

因BIM技术运用处于提倡阶段，随着运用BIM技术的项目工程日渐增多，原有工程技术人员更加紧缺，使得越来越多企业培养员工学习BIM技术来跟进项目，BIM建模员便是其中一项职业。

6.2.3 软件兼容性差

现在的很多建筑软件要在不同的操作平台上重新编译才可运行，有些软件甚至需要重新开发，造成有许多功能的缺失，这让用户在运用和操作上带来极大的不便。如何编制适应国内的需求，开发稳定性，兼容性都比较好的软件，是国内的软件开发商面临的重大课题[10]。

7 结束语

尽管建筑信息模型的理念已提出了十多年，但目前还是处于倡导阶段，存在很多问题。不过BIM技术已经成为建筑生命周期中各环节运用的必然趋势，且发展速度极快，这必将给建筑业带来一场新的革命。当前我们只有梳理好各影响要素的关系，制定准确合理地施工设计，保证设计质量，保障资金、材料设备、劳动力三大资源地供给，合理安排工程程序，建立网络技术信息交流与共享平台，构建共享机制，并在政府、行业协会、建筑设计院、软件公司、开发商等大力支持下，明确BIM技术能给工程建设行业及相关企业带来更大商业价值，那么BIM技术时代的到来只是时间问题。