淺析綠色建筑節能設計中BIM技術的運用
——以杭州奧體中心體育游泳館為例

陳一鳴 大連財經學院工商管理學院

1 引言

我國工程建設項目設計團隊主要由建筑、設備、結構、電氣等專業人員組成，可也因專業不同，如何讓設計信息交流和處理順暢是個問題，特別是綠色建筑，圖紙化的建筑設計根本無法滿足，如果把BIM技術運用到綠色建筑設計中，則建筑設計會變得直觀可視，設計信息交流與處理變得容易操作。本文通過分析對BIM技術在綠色建筑中的運用，為工程建設項目提供信息化、數字化的理論依據，加快工程建設由粗放型、資源消耗型的生產方式向節能環保的集成化和工業化方向發展。

2 BIM技術概述

BIM是建筑信息模型簡稱，又稱可視化3D模型，它包括模型信息、構件性能和功能要求，是在一個獨立建筑模型中導入建筑項目全壽命周期內的信息，還包括對建設過程、施工進度、運營階段等相關信息進行整合。綠色建筑是目前整體建筑行業可持續發展的體現，因它節能、節水、節地、節材，有利于環境保護的特點。也因綠色建筑的優勢巨大，大多數國家已經大力提倡，并在推動經濟發展及能耗下降上已有一定成效。

3 在綠建節能設計中運用BIM技術的意義

與傳統的設計方法相比，在綠色建筑節能設計中運用BIM技術是具有很大的價值和意義。

3.1 設計方案直觀可視

BIM技術是由可視的3D模型代替平面的設計圖紙，讓設計變得直觀立體，容易產生代入感，利于設計師的創造、創新，又因BIM技術是3D關聯設計，一處改變，則處處自動更新，這讓設計的整體進程加快。

3.2 設計人員綜合協調

在BIM模型中建筑圖紙不僅是圖紙，更是說明各方面建筑信息。為了提高整體設計決策的效率與質量，避免因信息傳遞阻滯或溝通不及時而造成設計延遲與錯誤，它將參與建筑活動中的各專業人員通過BIM模型在每個環節緊密聯系，并利用同步調整的協同方式進行整合設計[1]。

3.3 設計反饋準確及時

BIM軟件是模型、表格和數字的關聯軟件（如Revit軟件，能提供建筑工程數據實時自動計算、組合、拆分和查詢，能及時反饋準確的建筑設計模擬評估結果，無需委托專業人員進行數據分析，且BIM軟件操作簡單易懂，這對設計師在工程建設初期階段能提供很好的技術支持。

4 BIM技術在綠建節能設計中的運用

4.1 節能、能源利用分析

綠色建筑的特性是節能和合理的能源利用。利用BIM技術的3D模型，直接導入能耗分析軟件，進行建筑能耗分析，生成模型數據，模擬項目運行能耗情況，進一步優化圍護結構設計方案，調整相關參數設定，有效實現節能控制[2]。為降低照明能耗，可以通過BIM技術進行分析，以最大限度利用自然光。為降低能源能耗，可以通過BIM技術對太陽輻射的強度和分布進行分析，提高太陽能的利用效率，同時還根據項目所在地的氣候條件，分析優化室外綠植的種類與配置，科學合理安排種植各種特性的植物[3]。

4.2 室內外環境分析

室內環境的重要組成部分是風、光、聲三個方面，BIM技術能對這三方面內容進行精確分析。在室內自然通風方面，利用BIM技術分析空氣污染物分布狀況，優化開窗位置、數量、大小和方式，改善室內自然通風效果。在室內照明方面，BIM技術通過分析照度、顯色指數、眩光等指標和因素，優化室內照明布置。在室內噪聲方面，BIM技術可以預測室內噪聲值，判斷室內噪聲是否達到預定標準[4]。室外環境也可利用BIM技術，進行相同設計完成客觀分析。

4.3 運營管理

BIM技術的核心是參數化3D模型，集項目相關專業信息，在模型中數字化、參數化和可視化地呈現項目實體建筑和各項功能，讓建設施工全壽命周期信息始終保持統一，實時提供建筑數據，滿足綠色建筑在運營管理時對建設項目信息的需求。

4.4 建筑材料節約利用分析

綠色建筑評價標準的一個很重要內容，是對項目所使用建筑材料提出相關要求。綠色建筑評價標準要求，建設工程項目施工現場500km以內所能提供的建筑材料量占建筑材料總量60%以上；在保證建筑物安全和不污染環境情況下，盡可能使用可再生環保材料，量要占建筑材料總量10%以上[5]。傳統設計時，這些數據的統計十分繁雜，費時費力并且容易出現誤差。BIM技術的數據信息統計功能十分強大，可以快速精確計算出建設工程項目用材量的相關數據，調整、控制各類建材用量和配置，可以非常容易地解決此類問題，讓設計達到綠建評價目標。

5 以杭州奧體中心體育游泳館為例分析BIM技術在綠建節能設計中的應用

5.1 案例簡介

杭州奧體中心體育游泳館坐落杭州錢塘江南岸，奧體中心北側，22.79公頃的占地面積，396950m2的建筑總面積。該游泳館是杭州市大型城市公共設施之一。它將為2022年杭州市舉辦第19屆亞洲運動會提供集體育、休閑、商業、娛樂為一體的現代化體育游泳館[6]。

該體育游泳館是由北京市建筑設計研究院有限公司借助BIM技術進行整合與創新的設計，利用BIM技術上的精髓使上部網殼圍護結構的構造、空間結構、內外幕墻、雨水污水系統、采光通風系統、線路管道系統、防水防漏系統等進行虛擬化組建，并進行了3D校核和調整后建成的[7]。

5.2 BIM技術在該項目節能設計中的運用分析

5.2.1 環境影響防治設計

（1）廢氣污染防治。項目主要廢氣是廚房灶臺產生的油煙廢氣，在屋頂安裝靜電油煙處理器和離心式排風機，廚房油煙廢氣經集煙罩收集，通過垂直管道輸送到油煙處理器凈化處理后，再由排風機排出。

（2）廢水污染防治。實行雨污分流，廚房廢水經隔油凈化處理后與其他污水排入當地市政污水管網系統；并選用加裝防振降噪裝置的變頻水泵。

（3）固體廢棄物污染防治。項目建成運營后，垃圾將實行分類投放、收集，袋裝密閉，專人負責在規定時間內清運處理。

（4）光污染防治。幕墻玻璃選用低反射鍍膜玻璃，外墻裝飾板材采用涂層鋁錳鎂板，外墻面無高反射材料，無光污染。

5.2.2 節能設計

（1）電氣節能設計。機電整合節能變頻設計，是該項目BIM技術設計中的又一個亮點。因該游泳館造型復雜，則附著的機電管線會更復雜。但建筑設計團隊仍通過BIM模型強大的可視功能，將建筑構件通過建模推敲，對是否出現碰撞進行檢查檢測，排除了平面設計圖紙難以發現的管線綜合、空間管線以及雨水系統等諸多問題。

照明燈具均為LED燈，LED燈是發光二極管，通過鎮流器把交流變為直流，這提高發光效率，降低能耗，同時對電氣照明及其它用電設備采用自控自調來降低能耗。

（2）外墻節能設計。實體外墻為涂層鋁錳鎂板幕墻，因鋁錳鎂板舒適、輕型、耐久、經濟、環保，為提倡綠色建筑建設發揮重大功能作用[8]。公共區外墻是低反射膜玻璃幕墻，主體則是混凝土結構和上部屋蓋鋼網殼組成，均采用熱惰性好的材料來阻斷熱橋。

5.3 總結

BIM技術在杭州奧體中心體育游泳館的運用，特別是在環境保護和節能設計中有很重要的體現。BIM技術讓建筑各方參與者在面對日益復雜的建筑工程時，能提出了最有效最可行的設計方案，以便一切工作最終達到井然有序的狀態，讓未來體育建筑，變成智能化和可控化的綠色建筑。

6 BIM技術在綠建節能設計中應用的前景及注意問題

6.1 BIM技術在當下綠建設計中運用

6.1.1 是推動當前建筑設計方法的重要動力

BIM技術使我們在當今的3D可視化模型基礎上進行多維度深化，在傳統原有基礎上增加時間（4D）和成本（5D）的概念，使之成為一套虛擬化的全方位的建筑模型，對建筑施工中的進度、物料、人力和總成本等進行規劃控制，扭轉傳統建筑管理中存在的種種弊端，使項目在BIM軟件上建立一個各方合力參與、簡單易懂的可視化、虛擬化建筑模型，讓各個不同專業人員在施工的任意階段都能對建設工程整體做出全方位了解，改變由于傳統設計中過分強調專業知識而造成溝通不暢、描述混亂等問題，讓大家在同一個BIM模型下進行溝通，容易對工程項目達成共識，保證項目順利進行。因此，BIM技術大大改善了當期工程施工的傳統觀念，也是推動當前建筑設計方法不斷創新的重要動力。

6.1.2 能大幅提高設計人員的工作效率

通過BIM技術建立的3D可視化模型，以及在3D基礎上的虛擬化，可以提前對項目進行完整了解，且在施工初期容易發現設計中存在的種種不合理，使項目參與各方能及時商討，形成一個最優方案。憑借BIM技術施工方可以大幅度的提升審查速度，確保項目實施，完善和提升方案的品質。

6.1.3 是解決特殊造型工程的有效途徑

在建筑施工的過程中經常遇到很多特殊的造型工程，容易給施工造成很大難度，因此BIM技術的模擬與檢查方法就顯得尤為重要，這里包括常用的碰撞檢測及施工模擬。通過模擬檢查很容易就能發現設計與施工中存在的各種錯、漏、碰、缺，減少設計環節變更，降低錯誤的發生，及早發現設計中存在的碰撞、沖突等各種不足，完善設計的品質，提升工作效率，而使用BIM技術進行施工模擬操作可以及時對施工方案作出調整，并對各項資源進行整合，改善肆意浪費現象，實現限額領料，額定下料，還能對施工現場進行模擬，設計出合理的現場布置，提高施工效率和安全性[9]。

6.2 BIM技術在綠建節能設計中亟待解決的問題

6.2.1 軟件開發費用高

建立和維護BIM模型所使用的軟件，目前大都是國外大型軟件開發商，本地化程度低。而國內關于BIM的規范和標準還未出臺，國內軟件公司對BIM技術的解讀和表達形式不盡相同，這制約了BIM技術的開發運用；此外，在全球范圍內建筑行業信息化投入比例不夠高，這很大程度遏制了建筑行業的生產效率，影響BIM軟件的開發。

6.2.2 技術人員缺乏

因BIM技術運用處于提倡階段，隨著運用BIM技術的項目工程日漸增多，原有工程技術人員更加緊缺，使得越來越多企業培養員工學習BIM技術來跟進項目，BIM建模員便是其中一項職業。

6.2.3 軟件兼容性差

現在的很多建筑軟件要在不同的操作平臺上重新編譯才可運行，有些軟件甚至需要重新開發，造成有許多功能的缺失，這讓用戶在運用和操作上帶來極大的不便。如何編制適應國內的需求，開發穩定性，兼容性都比較好的軟件，是國內的軟件開發商面臨的重大課題[10]。

7 結束語

盡管建筑信息模型的理念已提出了十多年，但目前還是處于倡導階段，存在很多問題。不過BIM技術已經成為建筑生命周期中各環節運用的必然趨勢，且發展速度極快，這必將給建筑業帶來一場新的革命。當前我們只有梳理好各影響要素的關系，制定準確合理地施工設計，保證設計質量，保障資金、材料設備、勞動力三大資源地供給，合理安排工程程序，建立網絡技術信息交流與共享平臺，構建共享機制，并在政府、行業協會、建筑設計院、軟件公司、開發商等大力支持下，明確BIM技術能給工程建設行業及相關企業帶來更大商業價值，那么BIM技術時代的到來只是時間問題。