BIM在綠色建筑中的應用探析

孫薇莉

（大連市建筑設計研究院有限公司，遼寧大連 116021）

0 引言

綠色建筑倡導從建造到拆除全壽命周期內建筑各項性能更加優良更加環保，其可持續發展在建筑業中的踐行，是建筑業發展追求的方向。目前綠色建筑在發達國家如美國、英國、德國、法國、瑞典、日本等國家已取得了很大的進展，我國也非常重視綠色建筑的發展，其發展勢頭越來越強勁。建筑信息模型BIM作為一種技術理念，自2002年被引入工程建設行業以來已有十余年發展歷程，引爆了第二次建筑設計革命，它共享知識資源分享建筑各方面信息，為建筑從概念到拆除全生命周期中的所有決策提供可靠依據。怎樣將綠色建筑的發展需求和BIM這一技術手段相結合，讓它們相互促進共同發展是值得思考的問題。

1 綠色建筑簡述

人類發展至今，能源和資源供應緊缺，環境惡化的壓力日益凸顯，人類下一步如何發展？可持續發展為人類指明了方向。綠色建筑是可持續發展觀念在建筑業中的體現，綠色建筑通俗地理解就是“四節一環保”即“節能、節地、節水、節材、環境保護”，《綠色建筑評價標準》GB/T 50738-2006將綠色建筑的定義為： “在建筑的全壽命周期內，最大限度地節約資源（節能、節地、節水、節材）、保護環境和減少污染，為人們提供健康、舒適和高效的適用空間，與自然和諧共生的建筑。”從綠色建筑的定義可以明顯地感覺到人們對建筑全壽命周期性能的重視程度，要求建筑全壽命周期性能更節省資源、能源和更環保。

由于綠色建筑在節能上的巨大優勢，很多國家已開始對其進行大力推廣，并取得經濟發展和能耗持續下降的突出成就。在西方發達國家，綠色建筑已經有幾十年的成功發展史。英國對綠色建筑的研究和工程實踐一直都處于世界的前列，并已在可持續建筑領域取得了較大的進展。德國的綠色生態建筑發展也十分迅速，其研發的新型節能材料及技術近來在國外專業媒體和博覽會上頻頻露面，引起了廣泛關注。美國的綠色建筑起步早且發展快，美國綠色建筑協會頒布的綠色建筑行業標準成為世界上綠色建筑評定的標尺。加拿大的“綠色建筑挑戰”(Green Building Challenge)行動，采用新技術、新材料、新工藝，實行綜合優化設計，使建筑在滿足使用需要的基礎上所消耗的資源、能源最少[1]。綠色建筑在法國、瑞典、日本也取得了很大的進展。

相對于西方發達國家，我國綠色建筑起步較晚，但我國對發展綠色建筑非常重視。綠色建筑在我國的發展將迎來春天，《十二五綠色建筑和綠色生態城區發展規劃》要求：“‘十二五’期間要完成綠色建筑10億m2，到2015年要有20%城市新建建筑達到綠色建筑標準。選擇100個城市新建區域(規劃新區、經濟技術開發區、高新技術產業開發區、生態工業示范園區等)按照綠色生態城區標準規劃、建設和運行。”

2 BIM簡述

建筑信息模型BIM(Building Information Modeling)是以建筑工程項目各項相關信息數據作為模型的基礎進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實性能。美國國家BIM標準(NBIMS)對BIM的定義有三大部分：BIM是一個設施(建設項目)物理和功能特性的數字表達；BIM是一個共享的知識資源，是一個分享有關這個設施的信息，為該設施從概念到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據的過程；在項目的不同階段，不同利益相關方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責的協同作業。

BIM具有五大特性：可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性，正是這五大特性使得BIM自從 2002年被引入工程建設行業以來的十余年里，逐漸在全球范圍內得到業界的廣泛認可，被譽為建筑業變革的革命性力量。近年來BIM在美國、歐洲、日本、韓國、新加坡的發展和應用已達到一定的水平。BIM在國內建筑業形成了一股熱潮，除了前期軟件廠商的大聲呼吁外，政府相關單位、各行業協會與專家、設計單位、施工企業、科研院校等也開始重視推廣BIM，成立了BIM工作室、BIM團隊來逐步推進BIM應用。

3 BIM在綠色建筑中的應用

3.1 室外環境分析

室外環境主要包括風環境、日照、熱環境、聲環境，這四方面的內容對建筑的性能有著非常重要的影響，《綠色建筑評價標準》對這四方面的內容均作了相應的要求。

高層建筑和超高層建筑的出現使得再生風和環境二次風環境問題逐漸凸顯出來，不僅如此，室內空氣質量的好壞以及室內自然通風效果的優劣，也與室外風環境密切相關，因此改善室外風環境，降低其空氣齡，合理控制室外風速、風壓的意義十分重要。日照與人類生存有著密切的關系，特別是在嚴寒的冬季，人們希望獲得更多的日照，《綠色建筑評價標準》明確要求建筑總平面設計有利于冬季日照，《民用建筑綠色設計規范》更是明確要求使用日照模擬軟件進行日照分析計算。隨著生活水平的日益提高，人們對住宅小區品質的要求也越來越高，創造良好的熱環境是提升住宅小區整體質量、提高人們生活舒適性的一個重要方面，而且小區熱環境對空調系統的能耗也有著重要影響，這樣營造良好的小區熱環境也顯得非常重要，《綠色建筑評價標準》要求住區室外日平均熱島強度不高于1.5℃。室外聲環境是綠建的評價重點之一，綠建評價標準要求對場地周邊的噪聲進行檢測，并對規劃實施后的環境噪聲進行預測。如圖1-圖4案例所示，利用BIM技術建立的三維可視化模型，將其導入相應的分析軟件中，可以完成上述4大內容的分析。當前，REVIT創建的三維模型可以導出多種格式，如CAD、DWF、gbxml等格式，這些格式在一定程度上能被各性能分析軟件（如PHOENICS、Ecotect Analysis、CadnaA等）所兼容，這避免了再次在分析軟件中進行重復建模的繁瑣，提高了分析效率和建模的準確性，隨著各軟件的進一步，相互間的兼容性更強，這種優勢也將更明顯。

BIM是一種技術理念，倡導共享知識資源分享建筑各方面信息，為建筑從概念到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據的過程。綠色建筑和BIM均注重建筑的全壽命周期，一個強調壽命周期的建筑各項性能，另一個盡力為建筑性能優劣的判斷提供可靠數據信息支持，二者不謀而合。可以認為，綠色建筑為BIM提供了寬闊的展示舞臺，而BIM則為綠色建筑的實現提供強大的技術支撐。當前，可以從以下幾方面來探索BIM對綠色建筑的技術支持。

圖1 某小區室外風場分析

圖2 某小區大寒日日照分析

圖3 某小區室外熱環境分析

圖4 某小區室外噪聲分析

3.2 節能與能源利用分析

節能與能源利用是綠建評價標準的重要內容，將BIM技術所建立的建筑三維可視化模型導入能耗分析軟件或者轉為相應格式導入能耗分析軟件，根據相關規范標準，結合項目所在地的氣象數據，完成建筑能耗分析模型的完善工作、分析數據生成、建筑能耗分析結果數據的處理與直觀可視化模擬，根據模擬計算結果調整優化圍護結構方案以及相關參數的設置，實現對設計過程中節能標準的預期控制。利用BIM模型進行室外太陽輻射分析，分析太陽輻射強度及其分布，用于各太陽能設備的方案設計與優化，實現可再生能源的最大化合理利用，同時還可以優化室外植被的配置比如合理確定喜陽植物、喜陰植物、中性植物的種植位置。此外還可進行室內自然采光分析，充分利用自然采光，降低人工照明能耗。

3.3 節水與水資源利用分析

根據BIM所建三維信息模型，結合各地的暴雨強度系數以及當地的暴雨強度計算公式，建立一個完整的數據庫，作為雨水采集計算的重要依據，然后根據各種雨水采集方式中不同地貌和不同材質對確定徑流系數的影響關系以及建筑,道路以及綠地等面積來計算集雨量，并進行適時調整優化設計方案[2]。

3.4 節材與材料資源利用分析

綠建評價標準對所使用的建筑材料及其使用百分比作了詳細的要求，比如要求：施工現場500km以內生產的建筑材料重量占建筑材料總重量的60%；在保證安全和不污染環境的情況下，可再循環材料使用重量占所用建筑材料總重量的10%。面對這些要求，顯然傳統的技術手段難以進行快速準確的計算，尤其是復雜項目。利用BIM技術來解決這類問題，則顯得相對容易，BIM具有強大的數據信息和強有力的材料統計功能，可以很快計算出各類材料的用量，指導工程的材料配置，使其滿足評價標準的要求。不僅如此，BIM技術可以綜合建筑、結構、水、暖、電、動等各專業的設計內容于一體，并具備碰撞檢查功能，將各專業的沖突解決于設計階段，從而避免了在施工階段才發現沖突所造成的材料浪費，這也對節省材料有所貢獻。

3.5 室內環境分析

室內環境主要由風環境、光環境、聲環境構成，這三方面內容的準確分析，也是要基于準確的三維模型才能很好地完成。進行室內自然通風分析，明確室內空氣齡、污染物分布狀況，調整開窗數量、大小、位置，從而改善室內通風質量。進行光環境分析，判斷建筑室內照度、統一眩光值、一般顯色指數等指標是否滿足相關要求。進行室內噪聲分析，預測室噪聲值，判斷其是否到達相應的噪音標準。和室外環境一樣，利用BIM技術建立的三維可視化模型，將其導入相應的分析軟件中，可以完成這些內容的分析。

3.6 運營管理

BIM是以參數化三維模型為核心，整合了所有相關專業的基本信息，對工程項目設施實體與功能特性進行數字化、參數化、可視化表達，同時使建設全過程的信息保持一致，可以持續即時地提供有關項目的各種實時數據，這些數據信息完整可靠并且完全實時協調，這可以很好地滿足綠色建筑在運營管理階段對項目信息的需求。比如項目運行一段時間后需對空調通風系統進行清洗，這時候就需要知道整個空調系統的規模，空調管路的分布位置，空調系統周邊空間其它專業的設備管線的布置情況，只有了解了這些信息后才能作出要投入多大的人力、物力、需要準備哪些工具的決策，而BIM模型可以高質量滿足這些信息需求。再比如某個燈具壞了需要更換，通過BIM模型就可以快速查閱該燈具的安裝高度、有多大的功率、接線情況怎樣。

4 結語

綠色建筑是建筑業的發展追求和發展理念，建筑信息模型BIM是一種技術理念，綠色建筑和BIM均著眼于建筑的全壽命周期，一個強調建筑全壽命周期的各項性能，另一個盡力為建筑性能優劣的判斷提供可靠數據信息支持，二者不謀而合。綜合前面的所有分析，可以發現綠色建筑為BIM提供了寬闊的展示舞臺，而BIM則為綠色建筑的實現提供強大的技術支撐，目前，國內已出現多個BIM支持綠色建筑建設的工程實例如上海中心大廈、上海世博會、南寧市城市規劃展示館等，隨著BIM技術的進一步發展以及人們對BIM技術、綠色建筑理解水平的提高，用BIM技術支撐綠色建筑建設的工程案例將會大量涌現。

[1]張敏，張丁丁，王元豐.國內外綠色建筑的發展及其評價體系的研究[A].既有建筑綜合改造關鍵技術研究與示范項目交流會，2009（11）:87-90.

[2]張雷,姜立葉,敏青,等.基于BIM 技術的綠色建筑預評估系統研究[J].土木建筑工程信息技術，2011（1）:31-36.