基于BIM 技術(shù)的綠色建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量管理研究

趙雄 王漢莊 但陽(yáng)

0 引言

建筑從施工到后期使用，都會(huì)造成大量能源消耗，并且建筑還會(huì)影響到其他領(lǐng)域，包括空氣質(zhì)量、河流水體等，為了推動(dòng)我國(guó)持續(xù)性發(fā)展，推動(dòng)綠色建筑設(shè)計(jì)勢(shì)在必行。首先要融入綠色環(huán)保理念，倡導(dǎo)生態(tài)與社會(huì)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，尤其是消耗較大的高層建筑，更應(yīng)該提高綠色環(huán)保性能，其次設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中突出自然環(huán)境條件，不過(guò)這也需要應(yīng)用現(xiàn)代科技，對(duì)綠色建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量展開(kāi)管理。BIM 技術(shù)具有功能模擬、系統(tǒng)優(yōu)化以及細(xì)節(jié)特點(diǎn)改進(jìn)的作用，通過(guò)構(gòu)建虛擬模型即可完成設(shè)計(jì)優(yōu)化，為綠色建筑設(shè)計(jì)、施工創(chuàng)造有利條件。

1 BIM 技術(shù)綜述

1.1 BIM 技術(shù)定義與理論

BIM 技術(shù)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展已經(jīng)日漸成熟，甚至成為建筑領(lǐng)域中不可或缺的技術(shù)之一，作為現(xiàn)代科技主要利用數(shù)字化功能可以對(duì)整個(gè)建筑工程進(jìn)行優(yōu)化，而且能夠?yàn)椴煌瑫r(shí)段、階段的決策提供有效依據(jù)。BIM 技術(shù)的用途非常廣泛，涉及建筑領(lǐng)域的各個(gè)方面，是目前比較有效的信息化工具，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息的交互，同時(shí)有利于解決各類問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)各方協(xié)調(diào)配合。初級(jí)階段BIM 技術(shù)主要應(yīng)用在優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)中，不過(guò)現(xiàn)階段BIM 技術(shù)不僅限于優(yōu)化完善等功能，可以提高建筑工程的信息量，并將各類問(wèn)題簡(jiǎn)單化，包括設(shè)計(jì)問(wèn)題、施工問(wèn)題都可以借助BIM 技術(shù)進(jìn)行解決，切實(shí)提高建筑效率與水平。

1.2 BIM 技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

BIM 技術(shù)有很多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，目前應(yīng)用最多的就是模擬功能，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是提前進(jìn)行測(cè)量獲取數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建出三維立體建筑模型。該模型能夠展示出真實(shí)的場(chǎng)景，為后續(xù)設(shè)計(jì)提供了充分便利，并且可以持續(xù)性調(diào)整優(yōu)化，例如想要提高綠色建筑的節(jié)能效果，就可以借助BIM 技術(shù)進(jìn)行日照模擬、通風(fēng)模擬，對(duì)建筑的位置和朝向進(jìn)行確定，最終獲得科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案，有利于減少建筑使用過(guò)程中的能源消耗。其次，三維立體模型要比傳統(tǒng)二維圖紙更為直觀，借助BIM 技術(shù)的可視化特點(diǎn)，提前了解施工中需要注意的問(wèn)題，為后續(xù)的工程建設(shè)打下扎實(shí)基礎(chǔ)。

1.3 BIM 技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM 技術(shù)給建筑工程帶來(lái)了巨大效益，所以在建筑領(lǐng)域中BIM 技術(shù)得到廣泛認(rèn)可，目前來(lái)看BIM 技術(shù)主要應(yīng)用在前期設(shè)計(jì)階段，針對(duì)各個(gè)施工環(huán)節(jié)的展開(kāi)優(yōu)化完善，還能針對(duì)經(jīng)濟(jì)成本風(fēng)險(xiǎn)展開(kāi)預(yù)測(cè)，對(duì)于施工過(guò)程中的成本投入有很大影響。另外BIM 技術(shù)有利于信息傳遞，支持各部門(mén)、各崗位協(xié)調(diào)工作，而數(shù)據(jù)信息的及時(shí)傳遞，也為工程建設(shè)創(chuàng)造了有利條件，因此BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)階段中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)盡顯。在綠色建筑設(shè)計(jì)中，BIM 技術(shù)也將繼續(xù)發(fā)揮出提高施工水準(zhǔn)、預(yù)防施工事故、減少成本投入的優(yōu)點(diǎn)，為綠色建筑發(fā)展創(chuàng)造有利條件。

2 綠色建筑設(shè)計(jì)理念與原則

2.1 綠色建筑設(shè)計(jì)理念

綠色建筑的設(shè)計(jì)核心是盡量減少能源、資源方面的消耗，同時(shí)降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染破壞，因此要盡量選擇提高建筑環(huán)保性能的新技術(shù)、新材料。除了材料的建筑位置規(guī)劃，通風(fēng)、日照等因素也會(huì)對(duì)建筑本身的環(huán)保性能造成影響，可以通過(guò)調(diào)整建筑朝向位置，同時(shí)加強(qiáng)太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物能等自然資源的使用，使用過(guò)程中不會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成影響。由此可見(jiàn)綠色建筑的設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)與周邊環(huán)境互相融合、協(xié)調(diào)統(tǒng)一。并且要采用綠色純天然材料，在施工前必須通過(guò)環(huán)保檢驗(yàn)，確定不會(huì)對(duì)人體造成危害，以此來(lái)降低傳統(tǒng)粗放型建筑設(shè)計(jì)理念下，造成的建筑廢棄物過(guò)多、資源能源過(guò)度消耗等問(wèn)題，打造高質(zhì)量的居住空間環(huán)境。

2.2 綠色建筑設(shè)計(jì)原則

建筑應(yīng)該作為一個(gè)開(kāi)放的體系并與環(huán)境構(gòu)成有機(jī)系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)上應(yīng)追求最佳環(huán)境效益，充分體現(xiàn)出對(duì)自然環(huán)境與社會(huì)生態(tài)環(huán)境的關(guān)心和重視，避免對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)造成破壞，借助建筑地形、地勢(shì)的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合綠色環(huán)保材料與工藝的使用，節(jié)約能源減少污染。首先綠色建筑設(shè)計(jì)要始終堅(jiān)持環(huán)保原則，考慮經(jīng)濟(jì)成本的同時(shí)，照顧到周邊生態(tài)環(huán)境成本，盡量選擇污染較小的設(shè)計(jì)方案。其次應(yīng)重視適用性原則，體現(xiàn)出以人為本的理念，既對(duì)用戶的關(guān)心，增強(qiáng)用戶與自然環(huán)境的溝通，在健康舒適且充滿活力的環(huán)境下生活、工作，充分保障用戶安全與健康，推崇社會(huì)、生態(tài)和諧共處，從而發(fā)揮出綠色建筑設(shè)計(jì)的高效原則。

3 BIM 技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量管理中的應(yīng)用

3.1 建筑場(chǎng)地環(huán)境分析

借助BIM 場(chǎng)地氣候展開(kāi)詳細(xì)分析，以此來(lái)優(yōu)化綠色建筑設(shè)計(jì)方案，在場(chǎng)地環(huán)境分析過(guò)程中主要運(yùn)用BIM 軟件Autodesk Ecotect Analysis 將場(chǎng)地氣候數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像信息，使設(shè)計(jì)師能夠直接了解建筑場(chǎng)地相關(guān)的數(shù)據(jù)，包括了解地面平整度、地勢(shì)坡度等，并根據(jù)計(jì)算合理安排建筑的位置與朝向。場(chǎng)地設(shè)計(jì)需要將建筑與周?chē)h(huán)境看作為整體，以確保兩者能夠形成統(tǒng)一，從而發(fā)揮出綠色建筑的最大化效率，包括節(jié)約土地資源、能源等。不過(guò)場(chǎng)地氣候環(huán)境分析相對(duì)復(fù)雜，必須通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行建模，通過(guò)三維數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)模擬場(chǎng)地。需要提前對(duì)場(chǎng)地?cái)?shù)據(jù)展開(kāi)收集，包括地圖矢量化采集、人工測(cè)繪以及航天影像測(cè)繪，借助地理數(shù)據(jù)信息即可完成模型建設(shè)。由于建筑場(chǎng)地大多處于不平整的狀態(tài)，所以在場(chǎng)地分析中要明確好高程與坡度兩個(gè)重要因素，利用BIM 技術(shù)即可快速分析各項(xiàng)指標(biāo)，這樣就能保證場(chǎng)地平臺(tái)符合建筑要求。除了施工位置的調(diào)整以外，場(chǎng)地分析還會(huì)有利于后續(xù)施工環(huán)節(jié)，通過(guò)模擬確保場(chǎng)地達(dá)到最佳的平整度，后續(xù)施工中就會(huì)減少開(kāi)發(fā)和回填，而原有地形、地貌也會(huì)得以保留，包括場(chǎng)地中自然排水。因此BIM 技術(shù)有利于優(yōu)化綠色建筑設(shè)計(jì)方案，減少施工中的土方開(kāi)挖。在以往建筑設(shè)計(jì)中道路布設(shè)需要相關(guān)人員深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行繪制，從而選擇最佳的道路布設(shè)方案，BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以根據(jù)標(biāo)高自動(dòng)形成曲面、平面、縱斷面等，幫助設(shè)計(jì)師快速分析，提出不同的道路布設(shè)方案。

3.2 建筑體型位置設(shè)計(jì)分析

對(duì)于建筑設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)外形也是比較重要的環(huán)節(jié)，目前來(lái)看人們對(duì)于建筑外形的需求較高，因此建筑外形不能為簡(jiǎn)單的方形體，必須符合實(shí)用性與美觀性的要求，甚至很多建筑需要具備精神象征，能夠作為城市中的標(biāo)識(shí)而存在。比如北京奧運(yùn)會(huì)所采用的體育館水立方，基本上就屬于標(biāo)志性較強(qiáng)的建筑物，所以在設(shè)計(jì)中要考慮到建筑形體問(wèn)題，同時(shí)做好內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)用性設(shè)計(jì)，加上節(jié)能方面的考量，才能達(dá)到綠色建筑設(shè)計(jì)需求，因此BIM 技術(shù)的應(yīng)用必不可少。當(dāng)下建筑中常用的Revit 軟件，就有一項(xiàng)自適應(yīng)功能，而該功能可以根據(jù)數(shù)據(jù)信息快速建模，并且具備透視功能，對(duì)建筑外形整體效果展開(kāi)觀察，為方案設(shè)計(jì)創(chuàng)造了有利條件。另外利用BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)建筑位置設(shè)計(jì)優(yōu)化，這也需要對(duì)場(chǎng)地環(huán)境等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合環(huán)境因素才能明確建筑物的具體朝向與間距，實(shí)現(xiàn)最終的總體布局。在朝向方面日照、通風(fēng)、熱輻射，都是較為關(guān)鍵的氣候因素，也是選擇朝向的前提條件，例如借助BIM 技術(shù)對(duì)日軌圖進(jìn)行分析，以此來(lái)展現(xiàn)出建筑朝向與日照之間的關(guān)系，包括陽(yáng)光照射的具體區(qū)域、角度、變化范圍等，甚至可以模擬一整年的光照效果，而設(shè)計(jì)師也可以根據(jù)日照情況運(yùn)用太陽(yáng)能，這也是提高建筑綠色環(huán)保性能的重要舉措。間距的確定也要參考光照和通風(fēng)，尤其通風(fēng)對(duì)流環(huán)境的建立，這也是綠色建筑的主要體現(xiàn)，通過(guò)BIM 技術(shù)模擬不同角度的風(fēng)向，從而得出不利于外部環(huán)境的通風(fēng)，找到最佳的室內(nèi)通風(fēng)條件，設(shè)計(jì)師要盡量沿氣流方向增加建筑的間距設(shè)計(jì)，或者通過(guò)大風(fēng)向入射角的布設(shè)，提高建筑的通風(fēng)性能。

3.3 建筑整體性能分析

對(duì)于綠色建筑設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，后續(xù)投入使用能源消耗也是重點(diǎn)考慮的環(huán)節(jié)，這與建筑整體性能有著密切關(guān)聯(lián)，所以在設(shè)計(jì)中要充分模擬環(huán)境因素，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能設(shè)計(jì)，降低使用過(guò)程中的能源消耗。在環(huán)境模擬過(guò)程中，主要采用了CF 的仿真工具，該軟件可以對(duì)綠色建筑通風(fēng)要求進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)反映出自然風(fēng)氣流的密度、主導(dǎo)方向、最大流速，兩者結(jié)合即可優(yōu)化完善建筑性能。除此之外建筑隔音也是比較重要的因素，這需要對(duì)場(chǎng)地噪聲進(jìn)行模擬，從而滿足住宅建筑的需求，可以采用計(jì)算機(jī)聲環(huán)境預(yù)測(cè)模擬分析技術(shù)，這是目前比較簡(jiǎn)單便捷的模擬方法。能耗方面是綠色建筑設(shè)計(jì)的重中之重，這也是和傳統(tǒng)建筑的最大區(qū)別在分析過(guò)程中需要將全年的能耗作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，另外我國(guó)對(duì)于建筑有著相應(yīng)的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，在模擬過(guò)程中可以按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建筑能耗展開(kāi)判斷，比如運(yùn)用IES 軟件，就可以模擬優(yōu)化提高建筑節(jié)能性。除此之外要考慮好自然因素，比如創(chuàng)造良好的自然通風(fēng)與采光條件，不僅有利于提高建筑的舒適度，同時(shí)減少不必要的照明與空調(diào)能耗，另外通過(guò)模擬分析會(huì)決定施工中所使用的材料，包括飾面材料、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、外墻材料等，對(duì)整體設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，打造舒適宜居的環(huán)境氛圍。

3.4 建筑材料與工藝分析

在綠色建筑設(shè)計(jì)中，材料與工藝是兩大核心，建筑是否能夠符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，取決于材料與工藝的使用。材料與技術(shù)的選擇至關(guān)重要，決定了綠色建筑的質(zhì)量好壞、投資成本，另外還會(huì)影響維護(hù)保養(yǎng)，比如材料與工藝的使用存在問(wèn)題，后續(xù)建筑容易出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，不得不投入大量的修復(fù)資金。在當(dāng)前的綠色建筑設(shè)計(jì)中，具有環(huán)保性質(zhì)的建筑材料得到廣泛運(yùn)用，此類建材不僅使用了環(huán)保資源作為原材料，同時(shí)制造過(guò)程也采取了清潔生產(chǎn)技術(shù)，對(duì)于人類的身體健康格外重視，應(yīng)用在建筑中不會(huì)產(chǎn)生有毒、放射性污染物，符合現(xiàn)代綠色建筑設(shè)計(jì)理念。在材料與工藝的選擇上，同樣可以借助BIM 技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括改變建筑材料的種類、材質(zhì)等，盡量選擇與綠色環(huán)保理念相匹配的工藝，或通過(guò)BIM 技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題予以解決，切實(shí)提高建筑材料與工藝的環(huán)保性能。現(xiàn)階段有很多符合綠色環(huán)保理念的材料和工藝，例如建筑中的地暖、太陽(yáng)能幕墻等，都可以適當(dāng)降低能源消耗，并且結(jié)合BIM 技術(shù)，即可判斷建筑材料中是否具備放射性物質(zhì)，減少對(duì)人體造成的危害，明確建筑材料環(huán)保性能，滿足綠色建筑原生態(tài)要求，構(gòu)建舒適、健康的建筑內(nèi)控空間環(huán)境。

3.5 建筑新型能源利用分析

新能源利用也是判斷建筑環(huán)保性能的重要指標(biāo)，并且能夠?qū)罄m(xù)的應(yīng)用造成顯著影響，因此在綠色建筑設(shè)計(jì)中最不能缺少的就是新型能源規(guī)劃，可以對(duì)整個(gè)建筑進(jìn)行分析，將新型能源應(yīng)用在多個(gè)層面，這也需要借助BIM 技術(shù)進(jìn)行立體化模型建設(shè)。比如通過(guò)模擬對(duì)建筑的光照進(jìn)行分析，就可以使用光伏玻璃、太陽(yáng)能，提高可再生資源的使用效率，建筑的環(huán)保性能也會(huì)大大提高。除此之外像風(fēng)能也是比較優(yōu)異的新能源，可以滿足建筑最基礎(chǔ)的能源使用，除此之外太陽(yáng)能空氣集熱器等裝置，同樣有利于調(diào)整建筑內(nèi)部環(huán)境，所以自然資源是創(chuàng)造清潔型能源的重要途徑，也會(huì)助力我國(guó)綠色建筑設(shè)計(jì)發(fā)展。BIM 技術(shù)可以充分反映出建筑形態(tài)與內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，加上周邊氣候環(huán)境的分析，即可對(duì)新型能源的利用有更好地理解，改變?cè)械脑O(shè)計(jì)方案，運(yùn)用新型能源提高內(nèi)部空間感受，節(jié)約不同的能源消耗。

3.6 建筑給排水設(shè)計(jì)分析

在綠色環(huán)保理念不斷推廣的條件下，建筑的節(jié)水性能也得到廣泛重視，不少綠色建筑在設(shè)計(jì)中應(yīng)用了節(jié)水技術(shù)，通過(guò)供給、排放、處理、儲(chǔ)存以及再利用的模式，形成水資源的循環(huán)應(yīng)用，尤其在民用建筑中會(huì)節(jié)約非常多的水資源。當(dāng)下可以從建筑的給排水設(shè)計(jì)中進(jìn)行入手，通過(guò)BIM 技術(shù)對(duì)高層水壓進(jìn)行模擬，從而科學(xué)合理的設(shè)計(jì)給排水系統(tǒng)，包括排水管道以及水流量控制，既能滿足高層用戶的需求，同時(shí)節(jié)省更多水資源消耗。在材料選擇方面通過(guò)BIM 技術(shù)即可幫助設(shè)計(jì)展開(kāi)優(yōu)化，提高材料的綠色環(huán)保性能，布局上同樣可以模擬規(guī)避管道之間的沖突。除此之外給排水附屬設(shè)施在安裝時(shí)，運(yùn)用BIM 技術(shù)進(jìn)行模擬能夠減少安裝問(wèn)題，同時(shí)簡(jiǎn)化給排水管道施工流程，避免造成二次返工的現(xiàn)象，提高綠色建筑的經(jīng)濟(jì)效益。

3.7 建筑暖通設(shè)計(jì)分析

以往在建筑暖通設(shè)計(jì)中，主要通過(guò)繪制二維圖紙作為參考，在設(shè)計(jì)中缺乏全面性，并且施工人員很容易誤讀設(shè)計(jì)師的想法，所以造成施工錯(cuò)誤，不得不面臨返工帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。在BIM技術(shù)的支持下暖通工程將會(huì)得到優(yōu)化，基于三維立體模型的構(gòu)建，讓施工人員能夠明確了解各項(xiàng)技術(shù)環(huán)節(jié)，尤其是空調(diào)系統(tǒng)中的隱蔽工程，可以借助BIM 技術(shù)將需要明確的部分予以詳細(xì)說(shuō)明，這樣就能減少施工中的理解錯(cuò)誤，避免盲目施工造成質(zhì)量問(wèn)題。另外BIM 技術(shù)可以反復(fù)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整，直到符合綠色環(huán)保理念，在反復(fù)模擬演示中找到其中的缺陷，從設(shè)計(jì)出最佳的施工方案。通過(guò)優(yōu)化暖通系統(tǒng)的性能將會(huì)得到提高，同時(shí)消除了噪音等負(fù)面影響，因此暖通系統(tǒng)在建筑設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，也需要設(shè)計(jì)師運(yùn)用好BIM 技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化完善，提高建筑的環(huán)保性能。

3.8 優(yōu)化施工流程減少污染

為了減少后續(xù)施工中的污染現(xiàn)象，綠色建筑設(shè)計(jì)應(yīng)充分融入綠色環(huán)保理念，基于BIM 技術(shù)分析對(duì)自然生態(tài)環(huán)境造成的破壞程度，優(yōu)化整個(gè)施工方案，降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。首先運(yùn)用BIM 技術(shù)對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行模擬，比如施工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生的空氣污染、噪聲污染等，通過(guò)與周邊居民的距離計(jì)算出影響程度，優(yōu)化作業(yè)時(shí)間即可降低污染。雖然建筑工程對(duì)于環(huán)境造成的污染在所難免，不過(guò)仍然可以通過(guò)預(yù)防和控制減輕污染現(xiàn)象，在出現(xiàn)灰塵污染時(shí)通過(guò)灑水保持現(xiàn)場(chǎng)濕潤(rùn)，施工過(guò)程中產(chǎn)生的污水必須經(jīng)過(guò)處理才能排放，固體廢料可以通過(guò)回收利用的方式處理，不能采用填埋、焚燒等方法，通過(guò)采用BIM 技術(shù)施工過(guò)程中的污染現(xiàn)象得到改善，促使建筑符合綠色環(huán)保節(jié)能要求。

4 結(jié)語(yǔ)

綠色建筑設(shè)計(jì)是我國(guó)重要的發(fā)展戰(zhàn)略，從以往提出的生態(tài)文明建設(shè)就能看出，我國(guó)對(duì)于環(huán)保事業(yè)的重視程度，這也改變了建筑行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。隨著環(huán)保理念逐漸深入，與建筑設(shè)計(jì)形成充分融合，目前來(lái)看綠色建筑設(shè)計(jì)能夠同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)與生態(tài)兩個(gè)方面，在滿足社會(huì)發(fā)展的同時(shí)，保證生態(tài)環(huán)境平衡，因此有利于提高日常生活質(zhì)量，推動(dòng)建筑行業(yè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展。當(dāng)下在綠色建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)發(fā)揮出BIM 技術(shù)的作用，對(duì)各個(gè)施工項(xiàng)目進(jìn)行有效完善，尤其在建筑成本投入方面，通過(guò)BIM 模型進(jìn)行深化，促進(jìn)建筑質(zhì)量得到提高，推動(dòng)我國(guó)綠色建筑穩(wěn)步發(fā)展。