BIM技術在綠色智能建筑設計中的應用分析

文／李銘 京能置業股份有限公司 北京 102300

引言：

綠色智能建筑是我國深化綠色環保理念的重要體現，可以進一步達到降低碳排放量的需要，進而為社會進步提供方向，此外綠色智能建筑的設計主要是以個性化體驗為核心，因此可以利用技術的使用拉近建筑物與人之間的聯系。而BIM 技術的運用則可以通過數據模型的搭建，為建筑設計效果的提升奠定良好的基礎。由此可見，圍繞BIM 技術在綠色智能建筑設計中的應用進行分析，對于建筑設計行業可持續發展來講尤為重要，故建議有關單位和企業予以高度關注。

1、BIM 技術與綠色智能建筑相關概述

BIM 技術最早起源于美國企業，自本世紀初研發成功以來就被廣泛應用在多行業領域中，能夠高質量促進土木工程以及建筑行業的發展。該技術的原理主要是利用數據的收集和歸納建立信息化模型，以此為施工準備、施工管理、設計優化與后期其它工作提供信息共享支持和幫助，使技術人員可以更加簡便地對建筑情況進行完善，以此增強決策與設計方案的質量。現階段該技術作為一種信息化、數據化的施工工具，已經為施工細節的完善提供了較大的幫助。例如其模型可視化的優勢便可以運用三維模型建立的形式為技術人員進行規劃設計方案的效果模擬，使工作人員直觀地了解建筑設計情況。而信息完備性則是指該技術的運用可以將抽象的數據和信息進行具象化的體現，進而對設計方案中設計的細節加以放大。信息交互性是指BIM 技術在使用的過程中，其依賴的軟件既可以進行設計工作又可以作為信息共享的平臺進行使用，進而使施工項目的監管方、建設方以及設計方的所有工作人員都能夠第一時間了解到施工信息的變更狀態和具體情況，以此拉近多方之間信息溝通方面的聯系，降低工作人員之間信息不對稱性情況出現的可能。由此可見將這種技術運用在綠色智能建筑的設計規劃中對于后續的施工工作具有非常大的積極作用。

綠色智能建筑是傳統環保建筑與智能化建筑形式相結合的新型概念。其中綠色建筑是指在建筑施工的過程中，利用新技術以及新能源材料的運用替代傳統材料的使用，以此從根本上提升建筑的環保性，降低傳統材料對人體以及周圍環境的不利影響，進而為人們營造一個良好的生產生活環境，降低污染狀況。而信息化智能建筑則是指在技術運用的過程中，優先選擇可以滿足人們現實需要的新型技術和手段，進而使建筑物房屋的結構與管理形成一個完整的系統，更加便捷地達到環保的效果。從可持續發展的角度來看，綠色智能建筑的設計與施工從源頭上解決了人與自然、社會、經濟發展之間的矛盾沖突。雖然目前在建筑行業上并沒有明確的綠色智能建筑的定義，但是根據其發展原因來看，這種技術的使用具備較強的智能化管理和控制能力，可以使建筑物的綜合質量得到顯著的提升。

2、BIM 技術特征、價值優勢分析

2.1 信息互通性

BIM 技術會利用收集好的信息建立三維模型，進而實現前期設計與施工、管理工作的共享。其主要工作原理是在模型搭建完成之后，技術人員可以直觀了解施工中的情況，并分析技術應用難點，進而針對設計過程中不符合實際情況的沖突采取合理措施，及時進行解決和完善，避免在后續施工中沖突逐漸擴大，進而在產生資源浪費的基礎上加大前期成本。此外，BIM 技術運用可以更加專業地進行信息共享，且在軟件使用的幫助下，技術可以更加兼容，高效完成數據的運用，確保項目信息管理能夠更加科學、合理。

2.2 資源完整性

基于BIM 技術運用的模型搭建可以綜合運用全部指標數據，包括工程前期招標情況、項目性質、材料選擇、質量驗收標準以及施工人數等。在具體工作中工作人員會運用CAD 系統的使用將信息存儲至REVIT 軟件中，進而為后續的三維模型建立提供條件。模型建立的過程不僅可以幫助技術人員了解工程信息，還可以為工作人員提供建筑材料硬度以及強度的信息支持，全方位地掌握施工狀況。

2.3 可視化

BIM 技術應用的主要優勢便是可視化功能，可以直觀地了解建筑建設的大致信息。這與傳統的管理方式有著本質的區別，能夠進一步提升對設計方案的檢查質量以及修改效率。此外由于BIM 技術會運用到很多信息，并在軟件的幫助下建立自動化的三維立體模型，因此在此過程中也可以及時了解工序設計中的沖突，幫助設計人員科學進行完善。

要想更好完成綠色建筑節能設計，技術人員必須要結合當地的具體條件加大對施工前期、過程以及后期管理的重視。在設計工作的過程中，技術人員需要對建筑物光照情況以及通風狀況進行科學的分析，并將BIM 技術運用在設計過程中，進而從源頭上降低能源的損耗狀況，使其可以達到預期的效果。此外，技術的運用可以被使用在建筑施工的每個階段中，進而規避圖紙設計中的很多不足。在此基礎上模型的搭建還可以對通風模擬以及氣流狀況進行數據分析，進而使建筑的規劃更加合理。與此同時，BIM 技術的使用有利于進一步方便工作人員的管理，充分在節能減排規劃設計工作中發揮現代化技術的優勢，使數據可以以模型的形式體現出來，以此幫助設計人員進行調整，使設計方案情況可以直觀地體現。

3、BIM 技術在智能建筑建設中的運用

3.1 前期設計中的應用策略

綠色建筑的建設需要從設計階段便開始進行，然而由于綠色建筑需要涉及的方面有很多，因此其設計形式與傳統的建筑有著非常顯著的區別。若能將BIM 技術運用在前期的設計管理中，則可以更加清晰了解建筑結構需要，并結合區域特點對布局進行高效的控制和管理。此外在設計過程中，BIM 技術的運用能夠進一步提升設計方案的可視化質量，使設計從傳統的圖紙規劃轉化為三維立體數據模型的建立。與此同時，對于施工過程中需要優化與完善的方案設計細節來講，也可以通過模型信息的更改了解優化質量，降低設計方案更改次數，有效保證設計過程中的經濟效益。通常情況下在設計過程中，設計人員應該充分考慮可能成為施工阻礙的相關因素，并在設計工作中盡可能規避，而BIM 技術的使用則可以運用數據模型的搭建，幫助設計人員加大對施工過程的了解，進而確保設計方案可以達到工程進度與質量的需要。在三維模型搭建的幫助下，設計人員可以更加明確管線分布狀況，并提前對其進行調整和規劃，確保管線部分在后續施工中的精致度以及安全性。

3.2 數字化模型建立

通常情況下，設計單位在設計管理過程中，設計圖紙是管理重點。究其原因，主要是設計圖紙的合理與否，關系到整個工程的質量。為此，設計人員在圖紙設計完成后，可將設計圖紙錄入到BIM 軟件之中，由軟件自動生成有關建筑工程的數字化模型。相較于二維設計圖紙，這種三維模型可以幫助設計人員更加直觀發現和找出設計圖紙中存在的問題。此外，綠色建筑的重點是在于降低資源使用，最大限度地達到環保的效果。因此在后續設計工作中，設計人員需要加大對周圍因素的思考，而BIM 技術的運用則可以利用軟件的支持建立三維立體模型，且模型的搭建與實際效果所差無幾，仿真效果較強，可以幫助設計人員從多角度了解設計過程中的難點以及最終效果，進而為后續的結構規劃創造條件，降低人工設計圖紙工作中的誤差，從而保障工程設計的合理性。

3.3 設計過程中的應用對策

此過程是綠色建筑設計過程中最為重要的一個環節，需要工作人員在此環節充分考慮地形等綜合因素，并在細節中加大節能資源以及自然能源的運用。因此在具體工作中，技術人員必須要從以下幾個方面加大對BIM 技術的使用：一方面，要求工作人員需要運用BIM 技術軟件的使用營造一個真實的模型情況，包括通風、光照情況以及方向等，進而將其作為重要數據，使設計圖紙和方案能夠達到《綠色建筑評價標準》的具體要求。另一方面，對于建筑物設計來講，最為常見的節能措施便是加大自然光源的使用，并配合節能燈的添加，降低其他光源的設置。良好的采光情況不僅可以達到居住人民對舒適度的需要，還可以降低設備消耗。因此在具體設計環節中，技術人員需要將自然光照情況作為數據，傳輸至軟件中并進行模型搭建。一般情況下，房間長度越小，采光的質量越高，自然光源的使用效率也更好。

綠色智能建筑由多個部分組成，其中線路的敷設也是非常重要的環節。隨著人們生活質量的提高，機電設備的使用量也不斷增加，因此需要在日常的工作中加大對線路敷設難度的控制，進而確保機電管理工作的質量。所以設計人員需要配合BIM 技術的使用對管線設計情況進行全面的分析與研究，進而設計出最為合理，不會使鉆孔情況影響整體結構質量的方案。

4、BIM 技術在智能建筑建設中的運用實例

某工程位于某地區，建筑規模約為2 萬m，其中，地上建筑面積為1.5 萬m，地下建筑面積為5000 m，建筑被分為三個區域，分別為A 區域、B 區域和C 區域。該項目位于丘陵地帶，地勢高低起伏，靠山近水。建筑對舒適程度、功能、外觀提出了非常高的要求。

4.1 可持續設計理念

在該建筑設計過程中，為因地制宜，充分發揮建筑群的優勢，在設計過程中，融入了以下理念：第一，建筑與自然融合的理念。將以人為本和方便實用為原則，創設生態景觀和智能環保兼具的現代建筑群。第二，布局與自然環境相吻合。基于場地優勢，與周邊環境相互滲透，通過對各種功能入口的合理安排，使人車分流問題被有效解決，以此來規避對自然環境的影響。第三，多層次設計理念。通過對步行道的合理設計，使建筑內部各空間被有效銜接，同時，利用屋頂空間，營造空間景觀效果。

4.2 建筑體型設計

結合上文可知，在新時代的發展背景下，人們對綠色建筑外形的需求在逐漸提升，除單一的方形體外，還要求建筑外形具有實用和美觀的特點，甚至希望建筑成為標志的一種，以此來象征某些精神。北京鳥巢、水立方就是其中的典型代表，以本工程為例，該工程設計單位，在設計過程中，為充分體現可持續設計理念，對Revit 軟件進行了利用，該軟件具有自適應功能，這個功能本質上就屬于參數化設計功能。功能原理如下：以自適應族為基準，將多個點作為依據，對構件進行定位和建模，并完成其它構件族的載入。將順序作為依據，對目標點進行拾取后，即可使原來的指定點與目標點一一對應，同時形體會對新的幾何構件進行適應。在部分參數的控制基礎上，自適族可以做出體量或表皮效果，且具有規律性的特點。在需要時，還可以使參數變化相疊加，最終獲得復雜的結果。依托于參數描述形體，高效率完成模型構建，并在修改模型可變參數的同時，使不變參數保持不變，確保信息的協調性，是參數化設計的主要優勢，故相較于傳統設計方式，借助BIM 技術進行建筑體型設計，工作效率更為顯著。

可視化設計可以對變換觀察角度進行切換，室內外均可以作為觀察點，并且在觀察方式上也十分多樣，一點透視和鳥瞰全圖均可。有助于設計人員更好的把握建筑整體效果。此外，這種模型還能為設計人員局部觀察創造有利的條件，便于設計人員設計或調整方案細節。具體步驟如下：

首先，利用BIM 軟件構建了模型，主要對象分別為建筑、結構、給排水、暖通和室內裝修。然后，將三維設計流程管理作為依據，完成以下方面的內容：工作分工、合作、建立專業模型、連接模型、碰撞測試、對碰撞位置進行調整、集成數據-完成模型構建。該模型的構建可以為分析生態建筑和分析聲音環境奠定堅實的基礎，并且，分析結果能夠為建筑模型提供幫助，二者相輔相成，直到設計圖紙完成。

4.3 總平面布局

在建筑設計階段，設計人員需要對場地環境進行調研，針對建筑總平面布局，需要借助BIM 技術場地分析數據進行設計，并在此基礎上模擬日照和通風情況，科學合理設計建筑朝向和建筑之間的距離，以達成建筑總體布局的目的。總平面布局設計路線如圖1所示。

圖1 影響建筑總平面布局的因素

在查閱資料后得知，影響建筑朝向的因素相對較多，主要幾種為地理環境、場地條件和氣候特征，而氣候要素包括熱輻射、日照和通風條件等，想要達成節能的目的，做好建筑朝向的選擇尤為關鍵。設計單位可以借助BIM技術，對工程所在地的氣候條件進行分析，并根據氣候數據，比如：日照時長、通風條件和熱輻射等因素，對建筑朝向予以設計。

以日照分析為例，日照情況會隨著建筑物朝向的不同而受到影響，而利用技術的使用則可以對光線狀況加大分析。因此為了能夠增強房屋朝向的科學規劃，建筑工程應該結合區域位置的不同對全年光照情況進行分析。

在分析時，可以對日軌圖進行運用，究其原因，主要是日軌圖可以對建筑朝向和日照之間的關系加以反映。此外，設計師還可以將分析結果作為依據，思考利用太陽能的方法，在此基礎上做好太陽能主動和被動設計，從而使綠色節能的目標達成。

此外，在設計過程中，還要重視建筑噪聲環境的優化。究其原因，主要是該基地位于國道附近，在設計階段，需要將噪音作為重點考慮對象。其中，噪音來源主要包括車行噪音、停車場汽車啟動噪音以及設備噪音。設計單位人員利用BIM 技術制作了噪音分布圖，并將其作為依據，對房間功能布局進行優化調整，最終取得了良好的效果。比如：在嘈雜的區域安排健身房設備，將宴會和會議室安排在安靜的區域等。

4.4 數據分析與環境研究

BIM 技術的使用可以建立數據資料庫，而以上資料運用和整理會為后續施工以及方案設計更改提供很大的支持。這主要是因為在施工過程中必須要時刻運用數據的研究與分析才能夠進行，而運用BIM 技術的使用則可以降低方案調整的難度。

室內環境的設計與建設對于綠色智能建筑來講非常重要，會直接影響居民的舒適度，究其原因，主要是綠色智能建筑相較于普通建筑而言，對建筑的節能和智能化要求更高，不僅可以滿足可持續發展的要求，還能通過智能化和綠色理念的融入，實現人、資源和環境的協調發展。其設計重點主要包括優化能源系統，實現對新能源和綠色能源的有效利用。比如：供水設施應具備較強的節水效果，通過合理的設計和智能化技術，收集和利用排水和雨水，其中，景觀工程不能使用自來水。此外，還要合理設計景觀工程、空氣系統、光環境、熱環境和綠化系統。只有上述幾大系統均能完備，方能走出單純的智能化或綠色瓶頸。建議設計單位在設計之前，必須要考慮技術的應用效果，盡可能的提升設計方案的質量，并對設計環節加以把控，對不符合實際情況的因素進行參數調整，以此達到節能環保的需求。在具體工作中可以從以下方面入手：噪聲控制、光源狀況、通風情況等。在BIM 軟件中，有專門的模塊進行室內外通風情況的模擬，在模擬過程中設計人員應該先將溫度系數傳輸至系統中，進而更加全面地了解通風結構，以此降低空調、電風扇等設備的運用。而在日照采光應用中，人們通常會運用人工燈源設置的形式進行設計，而綠色建筑設計則需要規避這種情況，科學地將室外自然光引入到室內中，以此彌補室內光照不足的狀況。

日照情況會隨著建筑物朝向的不同而受到影響，而利用技術的使用則可以對光線狀況加大分析。因此為了能夠增強房屋朝向的科學規劃，建筑工程應該結合區域位置的不同對全年光照情況進行分析。

結語：

綜上所述，近幾年來。在經濟社會發展的背景下，建筑行業也在不斷貼合環保的需要，在建筑舒適性以及安全性方面加大了技術研究和投入。而綠色智能建筑的設計與傳統的建筑形式相比，會更加傾向環保性能，將人與建筑物以及自然之間的聯系作為出發點，有效地提升建筑物整體水平。在此過程中BIM 模型的建立有利于對方案進行模擬，進而在降低資源浪費的同時，提升布局規劃的科學性與合理性，以此為建筑行業技術應用起到助推作用。