BIM技术在绿色建筑设计中的改造应用——以成都某老旧小区为例

吴涛

（西南交通大学）

1 引言

随着国家的高速发展，绿色低碳的发展理念已经成为人们日益关注的焦点，其中建筑行业耗能占全社会耗能的49%。2016年，《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》中提出在规划建设中要贯彻“适用、经济、绿色、美观”的建筑方针。

建筑信息建模（BIM）技术是一个共享的知识资源，为建筑物从概念到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程。合理规范使用BIM 技术，能够有效提升绿色建筑的使用周期，对于我国实现绿色建筑发展规划和“碳达峰，碳中和”双碳政策目标，具有重要意义。本文通过分析绿色建筑和BIM技术的相关内涵，考虑两者结合的适宜性，并利用BIM 技术对某住宅楼中的优化问题给出了相应意见。

2 绿色建筑与BIM技术

2.1 绿色建筑的简述

因为各国经济水平和所处的地理位置的不同，对绿色建筑的定义也有差异。英国皇家测量师学会认为：有效利用资源、减少污染物排放、提高室内空气及周边环境质量的建筑即为绿色建筑。而我国2019年颁布的《绿色建筑评价标准》中将绿色建筑定义为：在全寿命期内，节约资源、保护环境、减少污染，为人们提供健康、适用、高效的使用空间，最大限度地实现人与自然和谐共生的高质量建筑[1]。在住房和城乡建设部发布的《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》中明确提出到2025 年，城镇新建建筑全面执行绿色建筑标准。

绿色建筑应在尽可能保护自然资源的基础上进行修建与管理。同时，从对绿色建筑的评价标准中可以得到。

①绿色建筑应在建筑物全生命周期内，倡导节约自然资源，减少对自然资源的破坏，能够从建筑材料的最初选择和加工到最终建筑物运营和拆卸的整个完整全周期过程。

②绿色建筑应当把“四节一环保”作为基本条件，合理利用自然资源，提高资源转换率，以较少破坏环境为代价提供较高的环境质量，为人们提供良好的生活环境。

③绿色建筑应提供健康、宜居、全龄友好的使用空间，在周围环境舒适安逸的情况下实现绿色发展的高质量目标。

2.2 BIM技术的简介

BIM 的概念最早可以追溯到20 世纪70 年代。目前，BIM 定义来自于美国建筑科学研究所发布的国家建筑信息建模标准，即：BIM 是出于可视化、工程分析、冲突分析、规范标准检查、预算及其他多种目的而建立一个设施电子化模型的行动[2]。由于使用者的使用主体的角度不同，主要可以划分为三个类型：

①从建筑信息实体论的角度来说，BIM 是能够打通建筑全生命周期的管理性平台，包含了整个建筑工程全寿命生命周期的完整信息，可以供每一位建设人员提供信息。

②从建筑信息技术论的角度来说，BIM 是建筑物参数化、数字化后的消息集，成为建筑项目各方交流的纽带，不同的参与方能够借助BIM 对消息进行处理，以此提高工作效率。

③从建筑信息过程论的角度来说，BIM 是协调建筑各个不同的参与方的信息平台，不同的建设工程参与方可以在BIM 中获取和修改信息，能够同时实现协同工作。

3 BIM与绿色建筑设计的适用性

BIM 技术可以提供分析和管理工具，在实践层面实现绿色建筑的可持续性发展目标，在推动绿色建筑发展和创新方面具有巨大潜力。主要表现有：

1）建筑与环境的关系

使用BIM 技术，可以通过节能模拟、虚拟施工、碰撞检测，将建筑物提前进行各种模拟和技术处理，保证设计工作满足节能环保的基本要求，增强建筑物的节能率。

2）节约成本与提高效率

BIM 模型整合了建筑工程的所有信息，能够使工程技术人员对建筑各种信息正确理解和提出解决方法，实现建筑物规划、设计、运营、拆改等方面的全寿命周期的便捷性。

4 BIM在绿色建筑设计中的实际应用

利用BIM 设计软件Ecotect，以成都某住宅楼为例，分析了住宅楼的最佳朝向方位和对几种被动式技术的综合使用。通过软件模拟分析，结合当地地理环境和气候资源，提出了合理的改造方法，营造舒适的室内环境（见图1）。

图1 绿色建筑节能设计应用思路

4.1 建筑简介

选取建筑项目是成都市某3 层老旧住宅，修建时间为2001 年，建筑面积约为400㎡。运用BIM 中的Ecotect 软件对建筑的光、热等气候环境进行模拟，并根据模拟结果找出适合项目的建筑改造策略，从而营造令人舒适的室内环境，提高建筑物的居住感（见图2）。

图2 建筑改造设计3D图

4.2 建筑朝向分析

建筑物的最佳朝向对建筑物的热舒适和节能具有重要意义。我们对于建筑物的朝向选择，通常认为建筑物坐北朝南是最佳选择。然而在如今的城市规划与建筑设计中，必须严格经过各种详细的计算，才能够确定最终的建筑物朝向。我国国土疆域辽阔，每个地区的具体气候不同。每个地区的建筑物朝向都会有不同情况。本文利用Ecotect软件，通过导入成都地区的气象数据，通过对热辐射信息的综合处理，将6月～9月和12月～2月分别设置为一年中最热月份和最冷月份，然后以此计算出建筑物相对最佳朝向。如图3所示。成都地区建筑物的最佳方位：192.3度。

4.3 建筑被动式策略分析

人体的热舒适性是人对环境表示满意的意识状态，舒适的感觉是生理和心理上的。热舒适性与4个环境因素和2 个人体参数有关，分别为环境空气温度、空气湿度、空气流速、平均辐射温度和人体新陈代谢率及人体衣服量[3]。而焓湿图是建筑设计的重要分析工具，是表示空气各种参数之间关系的线型图形，可以将与人体热舒适性的诸多相关因素结合起来，通过软件自动计算，在焓湿图中形成一个人体的最佳热舒适度的区域。使用Ecotect 天气工具的焓湿度图分析方法，可以准确地提供几种被动策略来改善热舒适范围。被动式策略包括太阳能原理、蒸发冷却技术、屋顶蓄水降温等。图4灰亮色部分表示的成都地区的湿球温度。图5 显示的是：采用几种不同的被动式策略后，一年中人体感知在热舒适区域的时间月份。

图4 湿球温度分析

图5 几种被动式策略分析

通过以上研究表明，对于这个老旧住宅建筑的改造策略，可以通过对建筑物最佳朝向分析以及夜间通风技术、双层腔体技术等被动式策略，能够大幅降低建筑能耗，提高人们在其中居住体验感，从而达到绿色建筑的设计标准。

5 结语

BIM 技术已经越来越被更多人熟知，在将来会有更多的人使用BIM技术来解决绿色建筑设计中的各种问题。BIM技术为绿色建筑设计提供一个共享资源的知识库，能够解决噪声、光能给居民日常生活中带来的困扰，降低对自然资源的消耗，从而提供一个健康、舒适、高效的生活空间。