結合某工程分析BIM技術在綠色建筑中的設計應用

龐月美

摘要：在綠色建筑的設計中，BIM技術的應用不僅降低了建筑工程的能源消耗，還實現了建筑行業的綠色化發展。本文重點結合上海中心大廈工程案例，對BIM技術在綠色建筑中的設計應用進行了詳細的分析及探討。

Abstract： In the design of green buildings， the application of BIM technology not only reduces the energy consumption of construction projects， but also realizes the green development of the construction industry. This paper analyzes and discusses the design and application of BIM technology in green buildings with a focus on the case of Shanghai Center Tower.

關鍵詞：BIM技術;綠色建筑;設計應用

Key words： BIM technology;green building;design and application

中圖分類號：TU17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）11-0258-02

0? 引言

建筑行業是我國經濟發展的支柱。在我國建筑工程施工規模日益增大、施工數量日益增多的同時，資源短缺、環境污染等問題也充分的暴露了出來。隨著人們節能環保意識的覺醒，對于建筑工程的施工建設也提出了更好的要求。建筑行業加快了綠色建筑的發展。而將BIM技術應用到綠色建筑設計中，不僅可以加強建筑工程施工成本的控制，還可以提升綠色建筑設計的效果。而且，將BIM技術應用到綠色建筑設計中，還可以最大限度的降低建筑施工對于生態環境的污染，為人們提供一個綠色、環保、和諧的居住空間，提升人們的生活質量，實現人與自然的和諧共生。

1? BIM技術在綠色建筑設計中的應用優勢

1.1 實現了數據共享和協同作業

綠色建筑工程的施工規模較大，在實際的施工建設過程中涉及到的信息和數據必然也十分龐大。如果信息和數據不能共享，綠色建筑工程的施工建設將會受到嚴重的影響。而BIM技術的應用就可以以信息為載體，搭建一個專門的溝通平臺。在這一平臺上，無論是建設單位、設計單位，還是施工單位都可以進行各種信息的共享。而這正是實現多方協同作業的基礎[1]。

1.2 優化了設計方案

除了給出建筑模型之外，BIM技術的應用還可以模擬出建筑的各種性能，展現出現實中無法展現的效果。例如，利用BIM技術建模，可以有效模擬出建筑工程的能耗情況、采光效果以及通風效果，而設計人員就可以根據這些數據進一步優化和改進設計方案，減少后期施工過程中設計方案的反復修改。也就是說，BIM技術的應用使得綠色建筑的設計質量得到了明顯提升[2]。

1.3 實現了設計過程的可視化

可視化是BIM技術應用中體現出來的最大優勢。在傳統的建筑工程方案設計過程中，設計單位以CAD技術的應用為主，只能得到平面設計圖，只能供專業人士瀏覽，無法讓非專業的業主看懂。這樣，業主就不能及時發現圖紙中的一些細節問題。而BIM技術的應用就可以通過3D立體模型表現出建筑中所有要素之間的關系，即便是非專業人士，也能夠看懂[3]。

2? 工程概況

上海中心是一座以辦公為主的綠色建筑工程，同時兼具會展、酒店、觀光娛樂以及商業等功能。該工程主要位于上海陸家嘴金融中心區Z3-2地塊，總建筑面積為574058萬m2，地上總建筑面積410139m2，地上124層塔樓、7層裙房，高632m，地下5層。該工程由Gensler事務所進行方案設計，由同濟大學建筑設計研究院進行施工圖的設計。

3? BIM技術在上海中心綠色建筑設計中的具體應用

3.1 BIM技術在節能方面的應用

在綠色建筑的評價標準中，節約能源和利用能源是必不可少的內容。BIM技術可以直接進行可視化三維模型的構建，并通過分析能量消耗的軟件，根據提前設置好的標準和規范，結合當地的氣象數據，對模擬結果進行針對性的調整和優化。

上海中心大廈的結構選型方面，最初有不少于20套的設計方案。而之所以選擇矩柱與支外伸臂加上支核心筒的結構體系，就是因為BIM技術的應用讓設計者對復雜的幾何形態變化有了一個非常深刻地理解，使得呈現在設計者眼前的結構選型變得簡單而直觀。塔樓的立面系統中設計了內幕墻結構，是當時世界上最高、最大的建筑雙層立面。這種雙層立面是上海中心大廈塔樓最具代表性的設計特點。每15層還設計了一個貫穿于塔樓八個重要區域的巨大中庭。中庭的存在，對于內幕墻內辦公室和酒店內部的制冷負荷的降低有著積極的作用。而大廈的螺旋頂端，還具有收集雨水、對雨水進行回收利用的作用。大廈頂部的風力渦輪發電機，還可以為大廈提供持續不斷的綠色電能。

上海中心大廈中設計了兩個冷熱源系統。其中，低區的冷熱源系統在B2層，主要針對65層以下的樓層。該系統主要由三部分構成：第一冷凍機房、第二天然氣熱電聯產系統、第三冰蓄冷系統。高區的冷熱源系統在82層和83層，以6個高效率離心式冷制機房為主要構成。這兩個冷熱源系統的應用使得設施在泵冷過程中產生的運輸能量消耗得到了有效的控制。同時，在塔頂上設計冷卻塔，還可以預留出更多的地面空間，進行綠化設計。綠化面積越大，越能減弱熱島效應，上海中心大廈的建筑工程就越符合綠色建筑工程的建設標準。

3.2 BIM技術在節材方面的應用

綠色建筑的設計對于建筑材料種類的選擇，以及建筑材料的實際用量有著明確的規定。例如，在整個綠色建筑結構中，400MPa級別以上的鋼筋用量占比應當在85%以下。而縱向承重構件以混凝土材料的應用為主，但是需要將C50強度的混凝土用量控制在50%以上。在實際的施工過程中，要想對這些施工材料進行嚴格的控制，設計人員就必須要進行精密而復雜的計算。如果使用人工計算，不僅計算結果得不到保證，還需要耗費大量的時間。而BIM技術的應用，就可以在短時間內完成計算，同時還可以進行三維模型的構建，了解該設計方案中的材料選擇是否符合綠色建筑設計標準，并通過調整建筑結構的方式，最大限度的節約施工材料。例如，在綠色建筑的施工建設過程中，一般會選擇可再生資源以及可循環利用的材料。根據相關部門的統計，可循環材料在綠色建筑中的應用占比建材總量的10%。工作人員只需要將建筑單位提供的可循環使用材料匯總表以及利用比例計算表輸入到BIM系統中，就可以通過明細表模塊將該建筑工程中對于可循環使用材料的種類和重量計算出來，判斷該綠色建筑設計是否符合節能標準。

上海中心大廈的螺旋式上升的建筑外觀造型中，包含了55%的錐形結構，而這可以讓風力和結構效能的組合達到最佳，在鋼筋和混凝土等建筑材料的使用成本方面節省24%。并且有兩個獨立幕墻，由于上海的冬天氣候并不寒冷，所以選擇了26mm的LOW-E玻璃為最外層幕墻的施工材料。另外，項目的施工過程中，由于參與建設的單位非常多，涉及到的信息數據也異常龐大、復雜，在成本控制方面具有較大的難度。而BIM技術的應用，就可以進行相關建筑模型的建立，同時在三維環境中對建筑結構進行修改和調整，加強了決策者與領導者對工程施工過程的控制，使得整個施工過程變得有序而合理，材料浪費以及工程返工現象得到了有效的控制。

3.3 BIM技術在室內環境設計中的應用

綠色建筑的室內環境設計主要涉及以下幾個方面：第一室內空氣質量、第二室內聲光環境、第三室內溫濕度調節、第四室內水質控制等。BIM技術的應用可以以三維可視化模型為基礎，優化室內環境質量，保證綠色建筑空間內的舒適度。首先，BIM技術可以進行綠色建筑的自然采光模擬，分析該建筑工程所處區域的天光是否具有可用性，然后參考我國綠色建筑設計自然采光標準，進行建筑所處內外光環境的模擬。這樣，就可以指導設計人員的建筑工程的自然采光設計。其次，BIM技術可以進行室內自然通風模擬，幫助設計人員更好的了解該建筑工程的通風情況，然后再對通風口的位置、尺寸以及建筑布局進行調整，確保室內具有良好的通風換氣條件，讓居住在其中的人們產生舒適的感覺。

在上海中心大廈的施工過程中，為了優化室內的空氣質量，在BIM技術的輔助下，設計了基于需求控制的通風系統，即CO2監測系統。在這一系統的運行下，室外空氣只有經過特殊的處理、過濾以及測量，才能夠輸入到室內空間中。而上海中心大廈的通風系統，經過監測，在較低的壓力下就可以保證空氣的正常輸入。所以，在上海中心大廈的低區能源中心，放置一臺螺旋式地源熱泵機組就可以滿足相關需求。

3.4 BIM技術在機電管線施工中的應用

在綠色建筑的構成中，機電管線最為關鍵。在機電設備類型與數量越來越多的情況下，機電管線的施工難度也越來越大。而BIM技術的應用，就可以對整個機電管線進行科學的分析，進而確定出最科學的機電管線施工方案，提升整個機電管線的施工效率以及施工質量。另外，BIM技術還可以直接構建出機電管線的4D模型，通過模擬將建筑時間和建筑空間結合在一起，對機電施工的施工進度進行合理的把握。

上海中心大廈的機電系統異常復雜，設備層中間穿插著很多桿件，二維設計本根無法解決這一問題。在這種情況下，設備層的設計就必須要借助BIM技術的三維設計來完成，通過三維設計來避免桿件之間出現碰撞現象。即通過Autodesk Navisworks系列軟件對管線碰撞進行檢測，然后再結合檢測結果調整管線，最后再利用BIM技術的三維可視化功能，將相應的安裝順序、施工方案以及最終效果圖呈現出來，供設計人員分析，消除設備專業管線布置中的錯、漏、碰等問題，對建筑施工起到了很好的指導作用。

4? 結語

綜上所述，綠色建筑是未來建筑行業的發展趨勢。而BIM技術在綠色建筑設計中的應用，具有十分重要的作用。但是BIM技術在綠色建筑設計中的應用還十分有限，所以我們要繼續加大BIM技術的研究，不斷的拓寬BIM技術在綠色建筑設計中的應用渠道，不斷的提升綠色建筑的節能環保性能。

參考文獻：

[1]卜濤，鹿瑤.BIM技術在綠色建筑設計中的應用[J].四川建材，2019，45（11）：47-48.

[2]郭良，姜欽青.BIM技術在綠色建筑設計中的運用研究[J].工程建設與設計，2019（20）：32-33.

[3]張穎.關于BIM技術的綠色建筑設計思路分析[J].建材與裝飾，2019（30）：124-125.

[4]王寧.基于BIM技術在綠色建筑設計中的應用分析[J].居舍，2019（30）：66.

[5]李沖.BIM技術在綠色建筑設計中的應用[J].建材與裝飾，2019（28）：109-110.

[6]劉婷.BIM技術在綠色建筑設計中的應用研究[J].住宅與房地產，2019（09）：65.

[7]段培培，劉春花，王玲玲.BIM技術在綠色建筑中的應用[J].建材與裝飾，2019（05）：19-20.

[8]張偉莉.基于BIM技術的綠色建筑設計應用對策[J].建材與裝飾，2019（04）：125-126.