BIM技術在綠色公共建筑設計中的應用

繆國棟 江蘇省如東中等專業學校高級工程師，教師

在全球各國對綠色建筑關注度日益提升的背景下，普通公共建筑能耗大、保溫性能差、光污染、通風不良等問題日益凸顯，因此，必須對公共建筑進行綠色設計。而建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是一種可應用于建筑全周期的成熟技術，可以打破各專業間信息交互壁壘，使數據在建筑工程設計不同階段準確、高速流轉，助力綠色公共建筑概念設計、深化設計、施工圖設計順利進行。

1 BIM技術在綠色公共建筑設計中的應用優勢

1.1 快速繪制三維模型

雖然二維計算機繪圖較之手工繪圖在設計質量、速度方面均出現了較大的提升，但是仍然存在圖紙繁多、錯誤率高、協作溝通難度大等情況。加之由于建筑是由人設計、規劃的，人為錯誤在所難免。而利用BIM技術，可以基于3D平臺進行三維立體模型的快速繪制。并根據需要進行三維模型剖切實現平面圖的快速、準確切割[1]。以Revit平臺為例，其專門面向建筑，可以設計人員期望的形式運作。較之計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）制圖、建模方式而言，通過嫻熟掌握并應用Revit Architecture這樣的軟件解決方案，模型制作速度更快、準確率更高。

1.2 重整低效工作流

工作流涵蓋了設計工作在單位完成進程、進程完成速度兩方面內容，BIM技術是對工作流產生直接影響的技術。通過在綠色公共建筑設計中應用BIM技術，可以中斷并重整效率低下的工作流，改善高效的工作流。利如，利用Revit技術，可以改善建筑設計流程，提升生產力50%以上。

1.3 多專業協作

在以往的綠色公共建筑設計過程中，各專業間溝通壁壘較大且極易出現沖突。通過將BIM技術引入綠色公共建筑設計中，可以以同一個模型為基礎，組織各專業協作設計。通過多專業系統方案之間的空間協調運作，可減少傳統繪圖與協調方法中的重復勞動，有效縮短綠色公共建筑設計耗時，保證設計時效，并使設計師更加專注高價值設計，為建設方提供最大價值。

2 BIM技術在綠色公共建筑設計中的應用方法

2.1 軟件選擇

軟件選擇是綠色公共建筑特定設計任務完成的關鍵，因此，設計人員應根據綠色公共建筑設計需要，恰當選擇軟件。一般綠色公共建筑設計應用的BIM軟件需要滿足不同軟件之間的信息交換、構建多專業模型（電氣、建筑、設備、結構等）、輸入參數、輸出多格式數據（TXT、RVA、IFC等）的需要，設計人員可以選擇Revit或者魯班系列軟件、廣聯達系產品。其中，Autodesk軟件公司開發的Revit產品在綠色公共建筑設計中應用較為普遍，其是一個集成機械、架構、電氣工程、結構的工具，可以自動生成數量、圖形、表格的賬單，滿足綠色公共建筑設計要求[2]。

2.2 概念設計

概念設計是面向整個綠色公共建筑開展架構思索的環節，這一環節可獲得多樣化設計方案，為后續設計構架確定提供依據。概念設計大體決定了整個綠色公共建筑的結構設備、空間功能分配、施工工法以及體量、位置、外觀。相較于以往完全依賴于建筑師知識、經驗的設計方式而言，基于BIM的綠色建筑概念設計可以利用軟件的參數化設計理念，自動對比需求、制圖標準，進行施工圖、詳圖的繪制。同時，利用BIM多專業協作優勢，將設備工程師、外結構工程師、運營方、施工方均納入一個體系，面向綠色公共建筑整個過程，圍繞一個共同的目標————綠色設計，共同商討，分解任務。例如，針對綠色建筑標準要求的綠色公共建筑不應對周邊建筑形成光污染等要求，可以制定具體的設計目標，進而以BIM三維模型為基礎，從不同專業視角出發詳盡描述建筑信息。最后，設計人員可以通過三維模型接口，將各專業描述信息導出節能分析軟件可識別的格式，盡快獲得分析結果，為后續材料熱阻值改進、設計參數調整提供依據。通過幾輪專業信息反饋，可以獲得完備的概念方案。

2.3 深化設計

概念設計方案獲得之后，設計人員可以結合綠色評價標準進行相關方案的深化設計，即利用跨專業整合的方式，分配特定屬性、關系，并編制包含抽象建筑幾何形狀在內的分析數據模型。對照設計意圖，進行BIM分析模型的提取，進而利用BIM參數化信息轉換功能，滿足照明模擬與結構分析、能耗分析、聲學分析等綠色公共建筑設計參數導入需要，最終獲得涵蓋豐富建筑信息的三維模型[3]。以裝配式混凝土結構的綠色公共建筑設計為例，設計人員可以首先利用Allplan Precast等軟件對單個預制構件進行建模，隨后在建筑平面圖內拼裝構件，進而以“屬性”選項工程參數設定的形式，直接在模型上進行節點拆分，進行構件配筋、水電預留預埋、吊點等內容的深化設計。

2.4 施工圖設計

施工圖特指指導施工的設計圖紙，與施工效率緊密相關。利用BIM技術自帶的施工圖繪制功能，可以直接將視圖界面點至所需平面圖的相關樓層，獲得對應樓層的平面圖。或者在三維視圖下，進行樓梯的剖切，獲得樓梯位置的詳細圖紙。整個過程不僅可以實現施工圖紙的快速、準確繪制，而且可以清晰展示復雜結構，便于綠色建筑施工作業順利。

3 BIM技術在綠色公共建筑設計中的應用實踐

3.1 項目概況

C建筑為中學教學樓，為地上5層結構+地下1層自行車停放處。局部區域為地上4層，地上建筑面積31456 m2，總建筑面積為32151 m2。該建筑擬采用BIM技術，圍繞綠色設計方針多專業協作，從新能源使用視角入手完成設計目標。而業主對該項目設計要求為達成《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378——2014）中的2星級要求，即在節地與室外環境、節能與能源利用、節水與資源利用、節材與資源利用、室內環境質量等方面評分中總得分達到60分[4]。例如，場地內土壤中氡濃度小于2萬Bq/m3等。

3.2 設計方案

在節地與室外環境方面，通過BIM自帶資源庫，C建筑選用了5 mm屋頂保護層+5 mm防水卷材+20mm水泥砂漿黏結層等作為圍護結構。

在節水與資源利用方面，通過基于BIM的多專業協同，C建筑選用了供水壓力為0.30 MPa的城市自來水，并利用2根給水管配合2路供水，構建了環狀供水管網，前4層由市政直接供給，四五層則選擇加壓給水。同時，整個項目設計了地埋式酸堿中和池及雨水收集裝置，可以收集較為潔凈的雨水用于景觀灌溉，減少了直接排放污水對環境造成的危害。

在節材與資源利用方面，通過基于BIM的三維模型構建，C建筑選擇了國家大力推廣的高強度、可循環、高耐久的建筑材料，可避免建筑物有害物質對使用者、運行結構的危害。例如，預拌砂漿、混凝土，減少了粉塵、噪聲污染。

3.3 BIM模擬分析

在室內外環境質量方面，需要綜合考慮日照、通風、能耗等多種因素，進行恰當設計。首先，結合《城市居住區規劃設計規范》關于建筑日照的規定，將Revit軟件中的RVT格式模型導出為DXF格式，進而導入Ecotect中，形成ECO格式的日照分析模型。具體分析時，可以選擇大寒日08:00——16:00建筑遮擋日照最不利一處窗戶為目標，分析當日太陽照射項目形成的陰影，滿足住宅建筑日照規定的方案，進而經軟件分析數據匯總，以日照分析圖+計算闡述文件的形式，為綠色公共建筑環境質量設計提供支持。

其次，鑒于高大建筑物會通過改變區域近地面層風場結構而影響環境舒適性，甚至威脅公共建筑內外安全性。因此，設計階段可以結合《綠色建筑標準》關于建筑周邊人行區風速低于5 m/s的要求，在概念設計時貫徹避開冬季主導風向、便于夏季自然通風的方針。即在Airpak軟件的支持下，利用基于BIM的CFD模擬方法，以周圍空氣齡、建筑表面風壓、周圍風場風速為指標，建立C建筑室外風環境的模擬模型，分析C建筑周邊風場分布、室外風環境對室內不同季節防風干擾[5]。模型中可設定夏季主導風向為南東南，冬季、過渡季節主導風向均為西南，基準高度風速分別為1.90、2.10、2.40 m/s。通過風速矢量計算，判定風速是否滿足要求。若因過渡季節、夏季前后壓差在1.50 Pa以下導致風速與要求不符，則可以選擇引導通風措施。例如，在C建筑西北側橫排栽植本地大冠幅喬木等。引導通風措施實施之后，可以再次對各季節前后壓差進行分析，確定自然通風增強效果。

4 結語

雖然當前建筑業特別是綠色公共建筑的設計面臨諸多難題，但是由于以BIM技術為代表的新工藝的不斷發展，使綠色公共建筑設計存在更大的發展機遇。因此，在綠色公共建筑設計過程中，相關人員可以恰當利用BIM技術，面向綠色公共建筑概念設計、深化設計、施工圖設計，最大限度地尋找節約材料、節約能源、節約水源、節約土地的方法，滿足綠色公共建筑與自然和諧共生的需求。