BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

胡專專

【摘要】在21世紀(jì)的大背景下，BIM技術(shù)發(fā)展迅速，在綠色建筑設(shè)計(jì)中也發(fā)揮著重要的作用。正確、高效地使用BIM技術(shù)，不僅可以優(yōu)化建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，有效降低設(shè)計(jì)變更的可能性，而且可以加快項(xiàng)目的執(zhí)行，降低施工成本，這就是為什么BIM技術(shù)現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于建筑項(xiàng)目中。在此基礎(chǔ)上，本文收集了實(shí)際案例來分析BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。希望能夠?qū)ΜF(xiàn)代綠色建筑設(shè)計(jì)公司如何將BIM技術(shù)應(yīng)用于綠色建筑設(shè)計(jì)提供一些指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù);綠色建筑設(shè)計(jì);案例分析

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.28.040

1、BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)各個(gè)階段中的應(yīng)用

綠色建筑主要將資源科學(xué)使用為關(guān)鍵理念，匯聚多領(lǐng)域以及多科技為一體的信息化建筑行業(yè)。綠色建筑具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）綠色建筑包括項(xiàng)目可行性分析時(shí)期，早期設(shè)計(jì)時(shí)期、施工時(shí)期、驗(yàn)收時(shí)期、完工、交付、運(yùn)作維護(hù)、拆除回收等部分，是對(duì)項(xiàng)目從搖籃到墳?zāi)沟目紤]。

（2）綠色建筑針對(duì)項(xiàng)目綠色設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的施工方法，以減少不可再生資源消耗與生態(tài)資源可持續(xù)發(fā)展為目的。

（3）綠色建筑是一個(gè)獨(dú)立的項(xiàng)目，但在考慮項(xiàng)目的綠色設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮建筑項(xiàng)目對(duì)外界環(huán)境產(chǎn)生的影響，減少環(huán)境污染，也要分析室外各環(huán)境對(duì)建筑項(xiàng)目的影響，體現(xiàn)綠色建筑與周邊環(huán)境的融合性。

以下主要從四個(gè)設(shè)計(jì)階段分析BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用：

1.1 前期策劃階段

BIM技術(shù)在建筑初步規(guī)劃階段的應(yīng)用主要表現(xiàn)在設(shè)計(jì)信息的收集、整理和共享、設(shè)計(jì)文件的分析和傳遞、以及再設(shè)計(jì)等方面。

（1）收集設(shè)計(jì)信息。在項(xiàng)目的概念階段，設(shè)計(jì)師需要與建筑師一起提前收集更完整的基線信息，充分利用已知條件，做出適當(dāng)?shù)臎Q策。這些信息包括相關(guān)的設(shè)計(jì)信息，如場(chǎng)地規(guī)劃條件、設(shè)計(jì)任務(wù)、基本性能等。

（2）組織和分享設(shè)計(jì)信息。在收集了前面的信息之后，需要對(duì)收集的信息進(jìn)行排序。首先，在BIM建模軟件中必須輸入項(xiàng)目建筑基地和環(huán)境的規(guī)劃基線信息來建模基線模型。當(dāng)項(xiàng)目的建筑基礎(chǔ)環(huán)境較為復(fù)雜時(shí)，也可以采用表面建模技術(shù)。將一個(gè)復(fù)雜的基地環(huán)境建模，然后將其導(dǎo)入BIM系統(tǒng)，以細(xì)化與之相關(guān)的信息;然后利用task book對(duì)建筑功能要求、建筑模式、建筑面積等相關(guān)信息進(jìn)行排序，并據(jù)此完成建筑框架設(shè)計(jì)。從而在結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，完成對(duì)建筑體量、空間關(guān)系、布局和救災(zāi)形式的明確;最后，對(duì)之前收集到的相關(guān)項(xiàng)目選址政策和規(guī)則進(jìn)行整理，項(xiàng)目?jī)?nèi)容必須符合當(dāng)?shù)氐脑O(shè)計(jì)規(guī)范。此外，應(yīng)適當(dāng)考慮地方特色及其對(duì)環(huán)境的積極影響。

（3）項(xiàng)目文件的分析、傳遞和處理。上述信息收集和整理是為了在規(guī)劃和決策階段進(jìn)行深入分析，使用BIM軟件進(jìn)行場(chǎng)地模型信息建模也是為了對(duì)支撐項(xiàng)目進(jìn)行分析。BIM能夠自然地分析地形和建筑環(huán)境，能夠有效地了解和分析設(shè)施存在的條件和問題，并提出合理的建議。

1.2 概念設(shè)計(jì)階段

BIM技術(shù)在建筑概念設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用主要表現(xiàn)在概念模型的創(chuàng)建、曲面的配置和概念模型的分析。

（1）創(chuàng)建概念模型。在構(gòu)建概念模型時(shí)，設(shè)計(jì)師可以根據(jù)自己的思維方式和方法靈活使用BIM軟件，一般可分為三類：“前參”概念模型、“后參”概念模型和“半?yún)ⅰ备拍钅Ｐ汀?chuàng)建概念模型意味著首先為參數(shù)化設(shè)計(jì)應(yīng)用程序找到配件，然后在仿真過程中將組件集成到概念模型中。因此，最初屬于不同內(nèi)容的構(gòu)建數(shù)據(jù)將在一次更新中合并在一起。

（2）曲面的構(gòu)型。在概念綠色建筑設(shè)計(jì)中，如何控制和規(guī)范不明確的曲面尤為重要。BIM軟件具有邏輯構(gòu)建功能。基于該軟件，建筑師可以通過創(chuàng)建曲面形狀的邏輯來操縱曲面的形狀。在進(jìn)行概念設(shè)計(jì)時(shí)，它在建立表面和執(zhí)行表現(xiàn)行為方面走了很長(zhǎng)的路。處理邏輯軟件如Grasshopper可以巡邏模糊曲面。

（3）概念模型分析。如果仿真在概念設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)問題，則需要實(shí)時(shí)分析問題的根源，并返回模型進(jìn)行修正。在此之后，結(jié)束模擬并繼續(xù)重復(fù)。目前，許多BIM平臺(tái)項(xiàng)目都有不同的接口，并結(jié)合IFC格式文件進(jìn)行完整的建模。例如，Ecotect等分析工具可以連接到Revit Architecture Eco Designer和Archi CAD。

1.3 方案深化階段

在設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)師必須提出一個(gè)初步的概念方案，得到業(yè)主或消費(fèi)者的認(rèn)可，然后才能進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，這就是所謂的初步設(shè)計(jì)階段。目前需要運(yùn)用BIM軟件對(duì)相關(guān)的物理幾何信息進(jìn)行綜合管理。使用設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)完成相關(guān)任務(wù)。

（1）功能空間組織。在概念設(shè)計(jì)階段，需要對(duì)建筑的功能空間進(jìn)行設(shè)計(jì)，在初始設(shè)計(jì)階段，檢查其可行性，然后對(duì)功能空間進(jìn)行界定和組織。驗(yàn)證階段分為五個(gè)階段：創(chuàng)建拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用計(jì)算機(jī)語言將其轉(zhuǎn)換為二維圖形，設(shè)計(jì)完整的幾何示意圖，展開并轉(zhuǎn)換三維結(jié)構(gòu)模型，利用控制點(diǎn)對(duì)模型進(jìn)行微調(diào)。

（2）復(fù)雜體信息優(yōu)化。建筑最重要的特點(diǎn)是它的形狀特別復(fù)雜。雖然建筑的形狀在概念設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)確定了，但它不能用于建造。需要反復(fù)優(yōu)化建筑的復(fù)雜形狀，找到最合理、相對(duì)簡(jiǎn)單的描述路徑。

（3）完善整體模型。在改善建筑形態(tài)和建筑空間后，建筑的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和門窗開口的設(shè)計(jì)也不容忽視。通常情況下，“節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)”指的是建筑師對(duì)建筑的細(xì)節(jié)進(jìn)行微調(diào)和增強(qiáng)，使其顯得龐大，而增加門窗開口則可以賦予建筑“形狀”。在BIM平臺(tái)上，增加門窗開口操作簡(jiǎn)單，易于操作，可以批量修改。在BIM平臺(tái)上，利用縮放工具可以無限放大建筑模型，小型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以在完整的建筑模型中實(shí)現(xiàn)。

1.4 構(gòu)件優(yōu)化階段

BIM技術(shù)在建筑構(gòu)件優(yōu)化階段的運(yùn)用主要表現(xiàn)在參數(shù)化殼板結(jié)構(gòu)和曲線框架結(jié)構(gòu)。

（1）參數(shù)化表皮的分板建造。在方案深化階段，計(jì)算機(jī)生成虛擬曲面后，必須對(duì)其形狀進(jìn)行深化，使其具有適當(dāng)?shù)慕ㄖ哟翁卣鳎瑵M足現(xiàn)實(shí)建筑的基本設(shè)計(jì)要求。在這一階段，必須考慮許多因素，如材料的物理特性，加工方式，傳輸單元和形式參數(shù)。另外，為了達(dá)到我們想要的幾何效果，需要有效的控制成本，不僅要保證設(shè)計(jì)效果，還要盡量減少面板的種類，使邊框和面板都有很好的參數(shù)，可以重新調(diào)整和優(yōu)化，每個(gè)建筑模型構(gòu)件都可以實(shí)時(shí)調(diào)整。

（2）曲面結(jié)構(gòu)框架建造。在創(chuàng)建曲面框架時(shí)，BIM平臺(tái)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。首先，它在建筑模型中的表現(xiàn)是非常引人注目的。這是因?yàn)樗糜诳刂茦?gòu)建組件，所以可以使用它來控制不同類別中的構(gòu)建組件。各構(gòu)件參數(shù)屬性清晰，便于后期調(diào)優(yōu)，可靈活調(diào)整各類型構(gòu)件的參數(shù)。

2、BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用案例分析

案例工程總建筑面積為33 693.29平米（不包括夾層區(qū)），包括2棟5F+1層（住宅夾層）和5棟1+5F+1層（自行車車庫、住宅夾層）組成。工期2017年6月8日至2018年9月1日，總工期450天。建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為七度抗震，類型是砌體結(jié)構(gòu)，耐火度Ⅱ，地下耐火度是二級(jí)，建筑物的耐久性是50年。屋面防水程度Ⅱ級(jí)。環(huán)境控制類別為I類，施工現(xiàn)場(chǎng)類別為III類，砌體質(zhì)量控制類別為B類，項(xiàng)目基線評(píng)價(jià)為丙類。

2.1 BIM標(biāo)準(zhǔn)、操作手冊(cè)制定和培訓(xùn)

在開展BIM項(xiàng)目時(shí)，編制《BIM項(xiàng)目技術(shù)實(shí)施方案》，并匯報(bào)給BIM顧問和甲方審核，明確應(yīng)用的內(nèi)容和范圍、應(yīng)用人員的組織架構(gòu)、職責(zé)劃分和應(yīng)用流程;設(shè)定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，定義建模規(guī)范，協(xié)商模型精度和命名規(guī)范;確定軟件版本和BIM平臺(tái)，制定建模、審核、維護(hù)、結(jié)果等標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)間表;編制BIM成果操作手冊(cè);為所有項(xiàng)目管理崗位提供BIM應(yīng)用培訓(xùn)。我公司負(fù)責(zé)組織專業(yè)分包商編制《BIM在施工中的規(guī)劃文件》，并將編制結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給BIM顧問進(jìn)行審核。

2.2 BIM模型深化設(shè)計(jì)

基于BIM模型完成對(duì)施工圖的全面概述和深入設(shè)計(jì)。在審核施工圖和深化施工圖的過程中，運(yùn)用BIM模型提高跨學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)能力，加強(qiáng)設(shè)計(jì)與施工的協(xié)調(diào)：完成基于BIM模型的全面施工圖審核;基于BIM模型完成部分建筑結(jié)構(gòu)的深度設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)留洞圖;基于BIM模型完成深度機(jī)電設(shè)計(jì)，包括機(jī)電一體化管線圖等結(jié)構(gòu)留洞圖;完成基于BIM模型的鋼材施工圖設(shè)計(jì);完成基于BIM模型的裝飾元素技術(shù)圖深化設(shè)計(jì)和幕墻工程結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)。

2.3 BIM模型集成，碰撞檢查

基于BIM模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)和空間調(diào)整，與BIM模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)膶I(yè)碰撞檢測(cè)，生成包含具體碰撞位置的檢測(cè)報(bào)告，并在報(bào)告中提供適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案，以避免和協(xié)調(diào)問題的發(fā)生。BIM碰撞檢測(cè)的應(yīng)用范圍包括：施工圖審查階段;凹口施工圖設(shè)計(jì)階段，包括完成完整的施工孔圖（CBWD）和機(jī)電一體化管線圖（CSD）等凹口施工圖;專業(yè)項(xiàng)目較多，復(fù)雜，細(xì)節(jié)較多，施工前1個(gè)月需要使用BIM模型進(jìn)行碰撞檢查和空間調(diào)整。

找出所有匹配碰撞條件的碰撞點(diǎn)，并創(chuàng)建一個(gè)碰撞點(diǎn)列表。每個(gè)碰撞點(diǎn)的信息包括碰撞類型、碰撞深度、雙擊碰撞點(diǎn)鏈接查看具體的三維碰撞情況。檢查報(bào)告，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，及時(shí)調(diào)整計(jì)劃。

2.4基于BIM的專業(yè)分包深化設(shè)計(jì)模型驗(yàn)收

對(duì)供應(yīng)商提供的BIM模型進(jìn)行驗(yàn)收，檢查模型與施工圖的一致性，確保根據(jù)圖紙進(jìn)行建模時(shí)無錯(cuò)誤、遺漏或偏差。按照BIM實(shí)施計(jì)劃和模型評(píng)審體系的內(nèi)容，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成專業(yè)分包深化設(shè)計(jì)模型的評(píng)審和驗(yàn)收。及時(shí)反饋和總結(jié)模型中存在的問題，并按順序修正，確保模型計(jì)算的準(zhǔn)確性。

2.5工程量統(tǒng)計(jì)

將已審批通過的BIM模型導(dǎo)入Glodon BIM5D平臺(tái)，可根據(jù)截面、時(shí)間等不同情況，實(shí)時(shí)要求不同的材料和技術(shù)數(shù)量，并生成報(bào)告。材料部門和工程部可以更合理地確定進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的材料的時(shí)間和數(shù)量。

將價(jià)格文件導(dǎo)入Glodon BIM5D平臺(tái)并鏈接到型號(hào)上，可根據(jù)合同范圍要求相應(yīng)型號(hào)規(guī)格表。

2.6使用廣聯(lián)達(dá)BIM5D平臺(tái)進(jìn)行圖紙檔案管理

利用Glodon BIM5D平臺(tái)和廣聯(lián)云做管理施工圖紙和項(xiàng)目文件。上傳圖紙及相關(guān)項(xiàng)目文件到廣聯(lián)云，連接BIM模型。項(xiàng)目文件編制人員將及時(shí)更新圖紙和相關(guān)材料，以便在施工管理過程中對(duì)項(xiàng)目技術(shù)人員進(jìn)行指導(dǎo)。項(xiàng)目完成后，可以使用Autodesk navisworks軟件將模型、圖紙和其他材料以.nwf格式鏈接給業(yè)主，方便業(yè)主今后的操作和維護(hù)。

2.7竣工交付模型

在施工過程中，BIM設(shè)計(jì)工作室指派專人管理BIM模型，負(fù)責(zé)模型的更新和維護(hù)。最終設(shè)計(jì)完成后，將完成的模型及與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施相對(duì)應(yīng)的電子文件交給BIM顧問，由BIM顧問審核后交付業(yè)主。為業(yè)主提供培訓(xùn)，使其能夠以適當(dāng)?shù)母袷讲榭春妥⑨孊IM文件，以確保業(yè)主在未來的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)中繼續(xù)使用BIM模型。

結(jié)語：

本文主要論述了設(shè)計(jì)BIM技術(shù)對(duì)于大型商業(yè)綜合體的建筑，主要是基于優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的重要性，具體分析了當(dāng)前商業(yè)綜合體大型建筑物的基本概況，強(qiáng)調(diào)BIM技術(shù)在此類建筑項(xiàng)目中的應(yīng)用。從三維模型構(gòu)建、自由空間高度確定、項(xiàng)目?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)和碰撞檢測(cè)四個(gè)方面論證了BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值。在建筑行業(yè)的未來發(fā)展中，BIM技術(shù)也具有非常廣闊的發(fā)展前景，還需要設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)師對(duì)該技術(shù)進(jìn)行深入研究和討論，以促進(jìn)其在社會(huì)建筑中的更有效應(yīng)用。

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