BIM技术在绿色建筑中的应用

BIM技术主要是指通过BIM应用软件，创建一个完备的建筑信息模型，能够将建筑工程项目在全生命周期中各个不同阶段的工程信息、过程和资源集成在一个模型中，方便建筑师在工程的各个阶段对建筑设计方案进行量化评估。建筑信息化模型能够真实反映出建筑物所具有的各项信息，为工程设计和施工提供相互协调、内部一致的数据信息，使建筑模型达到设计施工的一体化，各专业协同工作，在确保工期的前提下，最大限度的降低建筑施工的工程生产成本，实现绿色、节能、环保的根本目的。

1　绿色建筑的特点

绿色建筑主要是指在建筑的整个生命周期内，通过合理的布局设计、现代化的设计施工方法以及有效的资源整合，最大限度地实现能源的有效利用，降低环境污染，具体包括节能、节地、节水、节材等，保护环境以及减少建筑垃圾的产生，为人们提供更加健康、舒适和高效的使用空间，与大自然生态环境和谐共生的建筑物。绿色建筑的主要特点是能耗低、建筑施工高效、经济、环保、集成与优化，是建筑领域可持续发展的技术保障，是人类与自然之间的资源共享重要手段。

绿色建筑不同于一般建筑，设计中需要贯彻落实可持续发展的设计理念，因此无论是室内结构，还是室外结构，都要有非常严谨和科学的设计，最大限度地降低合成材料的使用，充分利用自然资源，例如光照、通风，节省能源，为人类提供一个更加贴近大自然的生活环境。绿色建筑设计强调的是人、建筑以及自然环境的和谐统一，巧妙地结合自然环境以及人工手段，在营造良好、健康的居住环境的同时，尽可能地控制和减少建筑物对生态环境的使用和破坏，充分体现向大自然的索取和回报之间的平衡。

2　BIM技术介绍

建筑是一个庞大复杂的系统，包括建筑功能系统、维护结构系统，建筑设备系统，建筑设计则是这些复杂系统功能相互协调、统一的基础，建筑师在设计过程中需要综合考虑各项因素，传统建筑设计过程中常重点关注建筑本身的结构、空间和功能因素，但是对于建筑维护结构、设备系统等影响建筑环境性能的因素关注较少。尤其是随着绿色节能建筑施工管理的不断发展，传统建筑设计已经无法满足绿色建筑发展的需要，因此需要探究新的建筑设计方法。

建筑信息化模型（Building Information Modeling，BIM）可以利用三位数字技术，通过数字仿真对建筑项目进行真实的信息表述，包括建筑物实体设施的物件化几何组件（如梁、柱、版、墙、楼梯、门、窗等）所组成的拟真三维模型。且此模型除包含了几何对象外，还包含几何组件间的空间关系、对象的数量与属性数据（如颜色、材质等），从而能够有效显示建筑工程的整个生命周期，并且形成强大而且可靠的建筑信息数据库。对于建筑师来说可以通过计算机对建筑模型进行操作，利用更加直观的方式对建筑方案进行设计才创新。BIM技术的核心是信息，包括建筑信息的输入、获取以及交换，可以说BIM技术是绿色建筑设计中的一个全新的理念和方法。在计算机和互联网平台对建筑进行多维视角的表现，在虚拟现实世界去分析建筑构建是否合理，光照是否充分、空调安装是否到位等。BIM技术可以模拟建筑施工的各个环节，帮助设计师深入分析建筑物的每个细节，确保每一个环节都做到科学、合理、节能、环保。BIM技术如图1所示。

图1　BIM技术分类

3　BIM技术在绿色建筑中的应用

建立绿色建筑整体的结构模型，从而有效地观察建筑的结构状态，全面制定相关建筑工程的各种参数信息，便于得到最佳的绿色建筑设计方案。BIM技术能够有效应用于建筑整个生命周期，为每一个阶段制定内容标准。从项目规划设计、招标采购、施工过程、竣工阶段以及运维阶段，都可以通过BIM技术对项目进行数据信息的完善和发展。例如，在建筑项目规划设计阶段，设计师可以借助BIM技术进行参数设计、建筑构件的关联性设计，提升建筑的细致程度。例如，在建筑物的水电管路设计方面，可以通过BIM技术进行总体布局设计，设计师通过虚拟三数字维模型对建筑的水管、电线以及暖气线路进行空间布置和设计，有效防止绿色建筑工程施工过程中由于线路设计方面的失误导致的不必要损失。BIM技术操作示意图如图2所示。

图2　BIM技术操作示意图

BIM技术按照建筑不同元素可以划分为5个等级，分别为100、200、300、400、500，由此来划定BIM模型的使用范围。不同等级的BIM模型使用范围见表1。

表1　BIM模型使用范围

绿色建筑生命周期主要分为决策阶段、设计阶段、施工阶段以及运营管理阶段，BIM技术针对绿色建筑不同阶段的工作要点，提出了针对性的解决方案。下文对BIM技术在绿色建筑中的应用进行详细分析。

3.1　绿色建筑规划阶段

绿色建筑规划阶段，传统的规划设计方法在精确施工方面表现不足，无法满足施工预算的控制要求，以致于在后期施工过程中出现大量的资源流失和资金浪费，造成巨大的能源消耗和成本消耗。通过BIM技术可以有效地进行绿色建筑方案的精确设计，通过仿真模型模拟建筑施工各个环节，从而进行科学合理的安排施工，提升工作效率，有效地节约资源，避免造成不必要的浪费。

一些绿色建筑评价指标，例如人均居住用地指标、建筑楼层、高度、外轮廓尺寸、建筑位置等，都将是绿色建筑规划阶段的重要考量因素，对规划的任何建筑物都应记录这些参数，其中一些数据也是绿色建筑评价和设计阶段详细分析需要使用的数据。BIM技术的导入将传统系统整合的设计检讨方式、管理与更新施工规划数据、图资维护的一致行等作业模式，其中自动撷取所产生的数据文件，建立动态模型化的建筑数据库，以利于信息公开透明及分享，且强化接口关联化信息的整合，减少因接口冲突与沟通上的误差，并缩短图说及文件管理的时效性，并能确保建筑设计与营建工程过程中相关信息的一致性。尤其在远距离合作的项目，BIM可视化呈现出的效果，更使项目工程人员能充分了解设计内容及设计原意，进而有效地控制设计及认知上的误差，提升整体设计及施工团队的工作效率，并降低设计及施工的成本。

对于新开始BIM技术应用的项目或者公司，首先需要解决的问题是基于BIM技术的工作流程问题。BIM技术流程制定的基本目标是让公司或者项目相关参与方知道在什么时间做什么事情，做到什么程度。基于BIM技术的流程制定需要在建筑公司现有流程的基础上梳理，流程的梳理需依据目标展开相应的实施活动，活动应该包括主要事件、事件的前提和假设、实施流程、工作程序、相关角色在本事件上的职责及事件完成的交付物和标准等。

3.2　绿色建筑设计阶段

BIM技术在建筑设计阶段的实施和应用是实现绿色节能目的的一个重要环节，该阶段涉及建筑、结构、水、暖、电多个专业，因此BIM技术应用也涵盖在这些领域当中。绿色建筑本身信息模型是其他相关设计软件分析的基础，也是BIM技术的核心，所有性能化设计计算包括日照分析、节能设计、能效测评、自然通风设计、给排水计算分析、暖通空调设计计算、绿色建筑评价等都与建筑本身信息模型数据紧密相关，建筑施工图设计也由此产生，因此建筑本身信息模型设计需要有所突破。在具体设计过程中，对于建筑物的日照分析，可以提升建筑队自然光线的利用率。这就需要通过BIM技术对建筑区域日照分析，确定出建筑日照窗位置日照时间，是否满足绿色节能建筑的要求。绿色建筑日照分析软件Sun2014版独有的单体日照工程，可以通过把已建好的建筑节能模型拷贝到日照分析的总图模型中，按照户型输出户型、房间、日照窗的日照时间。绿色建筑采光计算采用绿建采光分析Dali2014版软件，模型沿用日照分析单体模型加总图模型，极大地简化了建立分析模型的时间以及成本。计算标准采用《建筑采光设计标准》GB/T 50033-2013，软件自动识别房间功能并对应相应采光标准，输出采光计算报告。通过采光计算报告可见绿色建筑房屋类型、房间采光系数均满足《建筑采光设计标准》GB/T 50033-2013中对房间采光系数的要求。

BIM技术对照楼层采光分析图及采光评价，确定出绿色建筑采光系数较高范围及其分布，选择天然光采光效果良好的设计方案。绿色建筑通风环境模拟采用绿建建筑通风Vent模拟，模型沿用日照分析建立的总图模型，避免了绿色建筑设计过程中重复建模的工作量。该软件基于CFD原理的流场模拟分析，自动划分网格，疏密智能适应。

4　结语

综上所述，在未来发展的过程中，需要应对全球气候变化、资源能源短缺、生态环境恶化等一系列严苛的挑战，BIM技术与绿色节能建筑无疑将成为未来建筑设计的主流趋势。现代建筑设计理念遵循碳循环的概念，以低碳为导向，坚持可持续发展道路，发展循环经济，建设低碳生态城市，推广普及低碳绿色建筑。BIM是一们持续发展并且对建筑领域带来不断变化的新技术，为实现绿色节能建筑提供了重要的技术平台和实现手段。通过BIM技术的合理优化和资源配置，以及政府部门的大力支持，必将推动绿色节能建筑在我国建筑领域成为常态。

参考文献

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收稿日期：2018-07-11 

作者简介：杨宝春（1970-），男，湖北孝感人，供职于中国市政工程中南设计研究总院有限公司，研究方向：市政结构。