基于BIM技术的绿色建筑设计研究

2015-10-19董梁陈红宇

建筑设计管理 2015年9期

关键词：软件绿色建筑

董梁，陈红宇

（1.镇江新区城乡建设局，江苏镇江212132；2.江苏圌山旅游文化发展有限公司，江苏镇江212132）

基于BIM技术的绿色建筑设计研究

董梁1，陈红宇2

（1.镇江新区城乡建设局，江苏镇江212132；2.江苏圌山旅游文化发展有限公司，江苏镇江212132）

随着绿色建筑的不断普及，如何改变“传统设计+绿色建筑咨询”的模式并提高绿色建筑的设计效率和质量成为制约绿色建筑快速健康发展的一个瓶颈。本文通过对BIM技术软件的应用研究，从设计优化、模拟实验和建筑性能分析等方面对BIM技术软件的优越性进行了阐述，在设计阶段达到节材、节能、节水的目的，并对运营阶段室内环境的改善起到了很大作用，为未来绿色建筑设计的发展提供了参考。

BIM；绿色建筑；设计优化

0 引言

2013年，两部委《绿色建筑行动方案》的出台将绿色建筑的推广及建设提上了一个新台阶，绿色建筑的建设也由鼓励向强制过渡，按照目标要求，“十二五”期间，全国要完成新建绿色建筑10亿m2，到2015年末，20%的城镇新建建筑达到绿色建筑标准要求。这就意味着绿色建筑的建设量将会大幅增加，以江苏省为例，2008年，江苏省第一个绿色建筑无锡万达广场C、D区住宅获得一星级绿色建筑设计标识，2014年新增绿色建筑232个，新增面积2312.73万m2，截止2014年底，江苏省共有绿色建筑566个，建筑面积达6055.64万m2。相对于非绿色建筑，绿色建筑设计人员需要更多地创建和分析建筑模型，比如能耗分析、日照分析、室外风环境模拟等，面对如此巨大的绿色建筑增量，如何提高设计的效率和质量成为亟待解决的问题，BIM技术的出现无疑成为解决此类问题的有效途径之一。

1 国内外研究现状

美国是首批应用BIM的国家之一，自2002年起，BIM技术迅速发展，美国总务管理局（GSA）推行了3D-4D-BIM计划，协助和支持超过35个项目中应用3D、4D和BIM技术，并积极探讨项目全寿命周期BIM技术的应用、如空间规划验证、人流模拟、安全模拟、能耗模拟和可持续发展模拟等。自2007年起，要求所有重要项目必须应用BIM进行空间规划验证。另外，美国陆军工程兵（USACE）在2006年发展了一个为期15年的BIM发展大纲，美国国家建筑科学研究院下属的美国国家BIM标准项目委员会（theNationalBuilding InformationModelStandardProjectCommittee-United States，NBIMS-US）也在2007年12月发布了美国国家BIM标准的第一部分，主要包括信息交换和开发过程等方面的内容，明确了BIM过程和工具的各方定义、相互之间数据交换的编码，使不同部门可以开发充分协商一致，更好地实现协同[1]。2012年5月，NBIMS-US发布国家BIM标准的第二版，也被称为是第一份基于共识的BIM标准。在绿色建筑的BIM应用方面，根据麦克劳希尔建筑公司在2010年的调研报告显示，在绿色建筑中应用BIM的受访者当中有78%表示在三年内会利用BIM软件，49%的绿色建筑的BIM从业人员在50%以上的项目中使用BIM，相比之下，只有28%的非绿色建筑的BIM公司在50%以上的项目使用BIM，因为绿色建筑BIM从业人员需要更多地创建和分析建筑模型。

我国工程建设行业从2003年开始引进BIM技术，根据《中国商业地产BIM应用研究报告2010》和《中国工程建设BIM应用研究报告2011》显示，关于BIM的知晓程度从2010年的60%提升至2011年的87%，2011年，共有39%的单位表

示已经使用了BIM相关软件，而其中以设计单位居多。2010年，清华大学通过研究，参考NBIMS，结合调研提出了中国建筑信息模型标准框架（ChineseBuildingInformationModelingStandard，简称CBIMS），并且创造性地将该标准框架分为面向IT的技术标准与面向用户的实施标准，2012年1月，住建部《关于印发2012年工程建设标准规范制订修订计划的通知》宣告了中国BIM标准制定工作的正式启动。在产业界，前期主要是设计院、施工单位、咨询单位等对BIM进行一些尝试。最近几年，随着业主对BIM的认知度也在不断提升，BIM已经是企业参与大型项目的门槛，目前，大中型设计企业基本上拥有了专门的BIM团队，有一定的BIM实施经验。在绿色建筑的BIM应用方面，随着绿色建筑和BIM系统的普及，越来越多的绿色建筑项目采用BIM系统，例如国家海洋博物馆等，但是大部分绿色建筑项目BIM的应用还停留在设计和施工阶段，运营维护阶段尚处于探索研究中。

2 基于BIM技术的绿色设计

2.1 基于BIM技术的设计优化

BIM技术虽然并非是因绿色建筑而兴起的，但是不可否认，BIM技术的应用为绿色建筑的发展和变革带来了全新的局面。据统计数据显示，建设项目前期设计对整个项目投资的影响在80%以上，其中，结构成本分别占到普通住宅和普通公建建安成本的70%和50%以上，因此，利用BIM技术的先天优势对建筑进行设计优化显得格外重要[2]。首先，BIM模型可以通过三维模式立体直观地展示出来，提升各专业间的沟通效率，能有效避免传统设计中可能会出现的错漏等问题，而图纸错误和设计变更的减少，相应的就带来了工程返工、材料浪费等情况的出现；其次，可以通过BIM技术对地基基础、结构体系、结构构件和外立面进行优化设计，达到节材效果；第三，BIM技术的应用有效解决了大型公建项目管线碰撞问题，因为BIM软件在这方面具有得天独厚的优势，例如BIM软件可以集成管线的各项信息数据，可以检测管线之间以及管线与土建之间的碰撞问题，可以对管线标高进行精确定位，直观的反映楼层净高，还可以以漫游的形式进行管线的预览，从而达到管线优化设计的目的。设计优化的过程，最大限度的达到了绿色建筑节材的目的。

2.2 基于BIM技术的模拟实验分析

对于绿色建筑的模拟实验分析主要包括日照分析、室外风环境模拟分析，室内自然通风模拟分析、采光模拟分析和室外噪声模拟分析等，目前市面上比较常用的模拟软件有用于日照分析的Sunlight，用于室外风环境分析和室内通风模拟的AirPak、FLUENT、ANSYS，用于室内自然采光分析Radiance，用于室外噪声模拟的RAYNOISE、SoundPLAN、Cadna/A等。这些软件各有各自的独特模型，彼此之间相互独立，采用每一个软件大多数都要进行重新建模，并且采购成本相对较高。考虑到单机版的BIM软件目前也无法实现BIM的共享协同价值，未来BIM的发展模式是利用“互联网+”思维发展创建具有协同功能的BIM软件平台，将软件的数据接口打通，实现模型数据共享。

2.3 基于BIM技术的建筑性能分析

建筑能耗分析是绿色建筑设计过程中重要的一环，也直接关系到绿色建筑的实际效果，目前国内比较常用的分析软件包括DOE.2、EnergyPlus、DeST和PKPM等，其中以中国建筑科学研究院的PKPM软件最为常用，首先，由于建设项目所处的现实环境复杂多变，每个项目的功能各不相同，而这些软件在形式、功能、操作、系统模型假设和适用对象上均不尽相同，使用单位在软件的选取上存在一定困难；其次，这些软件存在一定的缺点，比如分析结果的准确性与现实数据相差较大，即使对同等条件下的同一栋建筑采用不同的分析软件，其分别得到的结果也存在很大差异；第三，几乎所有的软件都存在一定的局限性，例如大部分软件没有嵌入节能设计标准，即使嵌入节能设计标准的PKPM软件也存在一定的局限性，如果建筑外形是曲面的，PKPM也只能通过直线连接的方式来得到，分析模型不够精确[3-5]。

目前包括Revit和BentlyArchitecture在内的绝大多数BIM相关软件都具备将其模型数据导出为Gbxml格式文件的功能，这些数据可以共享并为各种分析软件使用，这为接下来在分析模拟软件中进行的计算提供了非常便利的途径。无论是模拟实验分析还是能耗分析均可以通过这种方式进行，而基于BIM技术的能耗分析主要是通过

BIM技术软件与能耗分析软件（例如EcotectAna-lysis或GreenBuildingStudio）进行数据交换，将建筑信息模型的数据信息导入，并设定相关参数和属性，来完成进一步的设计。

模拟实验分析和建筑性能分析主要达到了在设计阶段节能的目的，同时，在绿色建筑建成运行过程中，通风、采光等措施的合理利用，对室内环境的改善具有很好的作用。另外，通过与节水率计算相关软件进行数据共享，也可以达到节水的目的。

3 结语

绿色建筑设计主要包括节地、节能、节水、节材四个方面的主要内容，运用BIM技术软件的特有优势，通过对建筑结构体系和结构构件的优化设计、对管线走向和标高的精确定位，达到在设计阶段节约材料的目的，同时，利用在BIM软件建立的建筑信息模型，通过相关软件接口的设定，一次建模，数据共享，协同工作，完成模拟实验和能耗分析，达到节能和节水的目的，并一定程度上改善室内环境质量。

［1］何清华，钱丽丽，段运峰，李永奎.BIM在国内外应用的现状及障碍研究［J］.工程管理学报，2012（01）.

［2］郭珑珑.基于BIM技术的绿色建筑集成设计优化研究［D］.南京：南京林业大学，2014.

［3］张金乾.基于BIM绿色建筑解决方案［J］.中国建设信息，2012（20）.

［4］李慧敏，杨磊，王健男.基于BIM技术的被动式建筑设计探讨［J］.建筑节能，2013（01）.

［5］首灵丽.基于BIM技术的建筑能耗模拟分析与传统建筑能耗分析对比研究［D］.重庆：重庆大学，2013.