基于BIM技術在綠色建筑設計階段的應用與分析

王 湘 三門峽職業(yè)技術學院

1 前言

目前，建筑行業(yè)發(fā)展面臨亟須解決的問題是能源消耗和環(huán)境污染，在資源能源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略下，綠色建筑的新型發(fā)展模式應運而生。最大限度的實現節(jié)能減排，生態(tài)環(huán)境保護，創(chuàng)建友好型社會的建筑發(fā)展模式，已成為當今建筑行業(yè)發(fā)展的重要方向。在綠色建筑不斷的發(fā)展過程中，信息化技術的結合運用，為其快速發(fā)展提供了有效保障。BIM技術作為建筑行業(yè)的新型技術和理念，為綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展提供了理論數據和科學技術的支持，使得綠色建筑可以高效進行全生命周期的信息化管理，在其設計階段的運用技術更為凸顯，高效科學的為綠色建筑提供合理有效的全系統(tǒng)方案。

2 綠色建筑概念及特點

綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內，最大限度地節(jié)約資源，保護環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，能與自然和諧共生的建筑[1]。通過綠色建筑與傳統(tǒng)建筑的設計理念相對比，可以明顯發(fā)現，綠色建筑著力于向高效節(jié)能，順應和保護自然環(huán)境的友好方向發(fā)展，它是一種尊重自然生態(tài)系統(tǒng)，本著和諧共生，健康經濟，可持續(xù)發(fā)展為理念的新型建筑模式，并具有以下突出特點。

2.1 建筑能耗低

綠色建筑通過先進的綠色技術，充分利用周圍的自然資源，加強對太陽能、風能以及水資源等的利用率。在獲得自然采光、通風以及用水的同時，還要盡可能實現資源的再生利用，以此減少建造過程中的相關能耗。同時，還可以為使用者創(chuàng)造一個自然、舒適、溫馨的空間環(huán)境。

2.2 建筑材料天然環(huán)保

綠色建筑在用材上講究因地制宜，通過就地取材或者選擇能夠在生產中、建造中及拆除后都對環(huán)境影響較小的環(huán)保型材料，再或者是回收利用率高的材料，以此減少對自然環(huán)境的傷害。目標是能夠最大限度地降低自然能耗，減少對生態(tài)環(huán)境的污染，同時還可以為人們提供一個健康的使用空間。

2.3 符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略

綠色建筑無論是設計還是施工，都要尊重地方地域特色，做到與自然和諧統(tǒng)一的極大化，在滿足建筑外部環(huán)境與內部環(huán)境相協(xié)調的同時，更注重生態(tài)環(huán)境的保護。綠色建筑在整個生命周期，都注重建筑的環(huán)保節(jié)能，對促進節(jié)約型社會和生態(tài)文明的構建具有重要意義。生態(tài)，社會，經濟的共同可持續(xù)發(fā)展是我國今后的發(fā)展趨勢，建筑業(yè)作為國民經濟的主要支柱產業(yè)，綠色建筑的發(fā)展是可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。

3 綠色建筑的設計原則

綠色建筑在設計時要充分考慮對周邊自然生態(tài)環(huán)境的影響，協(xié)調好經濟發(fā)展和環(huán)境保護，以及建筑物、人與自然環(huán)境之間的關系。綠色建筑的設計在滿足人們對居住環(huán)境舒適、安全等要求的同時，還要綜合考慮地域環(huán)境、人文特色等元素，并且將與自然和諧共生的理念貫穿于建筑物的整個生命周期。因此，綠色建筑在設計時，應充分考慮地域性、自然性、高效節(jié)能性、健康性、經濟性等原則，以設計出符合綠色建筑標準和要求的建筑。

3.1 地域性原則

綠色建筑設計時應充分分析當地的地理氣候、自然資源、人文特色，并結合當地的建筑設計原則和綠色評價標準，因地制宜地選擇合適的設計思路。并要充分的應對當地資源與環(huán)境，建設與運行等一系列問題，選擇適宜的建筑方案、建造技術和方法等，在滿足綠色建筑標準的同時，還賦予了建筑物地域性特點。

3.2 自然性原則

該原則主要考慮的是建筑外部環(huán)境與內部環(huán)境的相協(xié)調。在建設、運營、維護等過程中盡量保護原有的生態(tài)系統(tǒng)，減少和避免對周圍生態(tài)系統(tǒng)的破壞，并且充分利用生態(tài)自然資源，提高資源再利用率，做到將建筑與自然充分的融合。

3.3 高效節(jié)能原則

綠色建筑設計應秉持資源和能源在建筑全生命周期中的高效利用。不僅在建筑物的外觀、平面布局設計時應結合日照、通風和水等自然資源的合理充分利用，還在建筑物的用材和設備等設計時盡量采用可再生循環(huán)、新型節(jié)能材料和高效的建筑設備等，以便降低資源和能源浪費，減少建筑垃圾的排放，降低對環(huán)境的干擾，以此保護環(huán)境[3]。

3.4 健康性原則

綠色建筑設計還應注重對現代人們居住、工作環(huán)境健康性和舒適度的提高。綜合考慮建筑室外環(huán)境和室內環(huán)境的相融合，從而合理調控，設計出滿足人們身心健康的空間場所和環(huán)境氛圍。

3.5 經濟性原則

綠色建筑設計時應基于對建筑物全生命周期的綜合成本進行考慮。在滿足安全舒適、與環(huán)境相協(xié)調的同時，根據經濟條件和要求，不斷優(yōu)化設計方案，最終提出有利于成本控制的最佳設計方案。在被動式設計優(yōu)先采用的前提下，實現主動與被動設計的相互協(xié)同應用，促使項目綜合效益最大化。

3.6 系統(tǒng)協(xié)同性原則

綠色建筑的設計是多學科交叉，多層次協(xié)作，多部門配合完成的，涉及眾多相關主體，是硬科學與軟科學共同支撐的系統(tǒng)設計工程。同時，建筑要與外界的生態(tài)環(huán)境相融合，使其具有系統(tǒng)的特征和功能。構成系統(tǒng)的相關要素、協(xié)同作用，實現建筑的高效、可持續(xù)、最優(yōu)化地實施和運營。

4 綠色建筑設計與傳統(tǒng)設計的區(qū)別

4.1 設計理念

傳統(tǒng)設計理念較單一，著重偏向技術。綠色建筑設計理念則是將經濟、環(huán)境和質量等因素統(tǒng)籌考慮，并且重視建筑與環(huán)境的和諧統(tǒng)一，節(jié)能減排的可持續(xù)性，以及建筑全過程的綠色節(jié)能環(huán)保。

4.2 設計方式

傳統(tǒng)的設計是基于業(yè)主要求，根據相關規(guī)范依據，結合設計經驗運用而成的。但綠色建筑設計是基于設計原則，還要協(xié)同綠建、景觀、環(huán)境等方面技術人員綜合考慮而開展設計工作的。

4.3 設計范疇

傳統(tǒng)的建筑設計只限于方案設計，初步設計和施工圖設計，根據各階段所需進行設計。但綠色建筑設計除常規(guī)設計外，還要從用戶需求到設計評價及施工階段的結構設計，工藝性修改以及試運轉和使用維修經驗的反饋等諸多環(huán)節(jié)進行統(tǒng)籌安排，是綜合考慮建筑的全生命周期而進行設計的。

5 BIM技術的特點

BIM 技術可以將建筑項目各階段所有的相關信息進行整合，從而建立三維信息化模型的一項數字化技術，并且可以貫穿應用于建筑工程的全生命周期。具體包括以下主要特點。

5.1 可視化操作

BIM技術不僅能做到設計可視化，還能實現碰撞檢查，施工和設備運行的可視化。以此實現設計階段的“所想即所得”，突破了二維圖紙的限制；通過模擬施工，可以確定最優(yōu)施工方案，有利于施工的順利開展和技術交底；對設備管道展開模擬布局，充分利用空間，達到合理使用要求。BIM技術在設計階段的運用，避免了二維圖紙各專業(yè)間碰撞檢查時容易遺漏出錯，耗時耗力等問題，使其可以直觀且高效便捷地開展碰撞檢查。

5.2 信息共享性

基于BIM技術平臺，各專業(yè)間可以及時實現建筑工程各項數據的共享和互用，充分保證了數據信息在傳輸和變更后的一致性，還可實現數據間的實時智能關聯(lián)性，確保建筑工程各項數據的準確應用。

5.3 協(xié)同設計

由于設計階段是綜合各專業(yè)技術人員共同設計的一個復雜階段，利用BIM 技術平臺，各專業(yè)之間可以實現各項數據的可視化傳遞，可確保高效完成合理的設計方案。

6 BIM技術在綠色建筑設計中的優(yōu)勢

目前，隨著信息化科學技術的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，也引領著建筑業(yè)的不斷革新，BIM技術由于自身強大的信息化集成優(yōu)勢，在建筑業(yè)領域作為先進的技術手段，勢必會在綠色建筑的發(fā)展過程中大顯身手。根據BIM技術的突出特點，通過BIM技術在綠色建筑設計階段的應用，可以發(fā)現BIM技術具有以下優(yōu)勢。

6.1 協(xié)同設計時的高效溝通

綠色建筑是一個多學科綜合交叉的設計過程。綠色建筑在設計過程中，需要業(yè)主、建筑師、綠建咨詢師、結構師、暖通工程師、給水工程師、室內設計師、景觀工程師等各專業(yè)的參與和及時溝通。由于其設計是一個龐大而繁雜的階段，若利用傳統(tǒng)的二維圖紙進行相互交流協(xié)作，會導致工作效率低以及錯誤頻發(fā)。利用BIM技術，各參與人員基于同一個平臺，不僅可以通過信息共享，碰撞檢查，從而及時高效的溝通，提高工作效率，并可以利用可視化特點，進行直觀的相互交流，以此根據統(tǒng)一的綠色節(jié)能設計理念，便捷完成相關設計方案的確定。利用BIM技術，還使各個參與方可以實時了解項目動態(tài)，促進綠色建筑項目的良好完成。

6.2 方案對比時的便捷性

又由于綠色建筑設計要綜合考慮周邊自然生態(tài)環(huán)境，所以在設計前期，建筑設計師可以對場地環(huán)境，氣候條件等分析模擬，直觀便捷地進行方案對比，并且不斷優(yōu)化設計，有效提出科學合理的設計，最終實現綠色建筑的設計原則要求。

在常規(guī)的方案對比時，需要專業(yè)的技術人員利用不同的功能軟件進行分析模擬，當涉及方案修改時，不僅會增加相關人員的工作量，從而降低工作效率，還會容易出現由于數據傳遞不及時或有誤，造成不必要的工作返工，浪費時間和設計人員的體力。而利用BIM技術，可以有效解決該問題。在初步建模階段，由于各個參與方提前進行技術交底和設計交流，基于BIM技術平臺的使用，可直接將幾何信息、構件屬性、材料屬性等信息賦予相關建筑模型，所以利用信息共享性可以提高建筑物各性能的模擬效率，也降低了在更改設計參數時出錯的概率。BIM 技術的運用，對方案的設計和對比選擇提供了便捷服務。

6.3 全生命周期管理的信息化

綠色建筑有別于傳統(tǒng)建筑，它更注重建筑物的全生命周期。基于BIM技術的應用，可以對建筑物進行全生命周期的信息化管理，因此設計人員可以結合全過程有關數據開展科學合理的設計。在設計階段就統(tǒng)籌考慮建造過程的各項問題，并利用相關數據，以此達到綠色建筑的設計標準。

BIM技術具有信息完備性的特點，基于技術平臺建立的信息化模型包含了該建筑工程全生命周期中所有信息，并且保證了信息的準確性和共享性。有效解決了綠色建筑在傳統(tǒng)設計時的信息冗繁，信息傳遞率低等問題。BIM 模型承載著綠色建筑設計的數據，施工要求的材料、設備系統(tǒng)和建筑材料的屬性、設備系統(tǒng)的廠家等信息。完整的信息傳遞到運營階段，使業(yè)主可以更全面地了解項目，從而進行科學節(jié)能的運營管理。

7 BIM技術在綠色建筑設計中的應用

綠色建筑設計與傳統(tǒng)設計的流程相似，區(qū)別是綠色建筑設計時要綜合考慮建筑物與周邊環(huán)境之間的相互影響。并且綠色建筑的整個設計階段涉及的專業(yè)參與人員較多，除了建筑、結構、電氣、設備等技術人員外，還有景觀、環(huán)境綠建咨詢等專業(yè)人員。每個設計環(huán)節(jié)都要融入綠色設計理念，這樣才能高標準地完成科學合理的設計任務。BIM 技術綠色建筑各設計階段中應用的具體概述如下。

7.1 設計前期

在綠色建筑設計前期階段，根據建筑項目的場地地形，環(huán)境氣候等自然因素結合利用BIM技術進行建模，這樣可以快速且科學的得出分析結果。根據結果，幫助設計人員充分了解建設項目的自然環(huán)境，使設計人員對場地進行合理科學的規(guī)劃和設計，并為后續(xù)設計奠定基礎。

7.2 方案階段

在綠色建筑的方案設計階段，綠色建筑應用BIM技術的參數化、可視化特點進行日照、通風等三維構建和模擬，便捷準確地分析建筑性能。設計人員對建筑的體型、總平面布局進行被動式設計，科學便捷地選出最優(yōu)方案。這是綠色建筑達到“四節(jié)一環(huán)保”目標的必要手段，也可讓設計師真正實現“邊設計，邊模擬”。

7.3 初步設計階段

在綠色建筑初步設計階段，主要任務是利用BIM技術平臺，協(xié)同設計建筑、結構和設備電氣等各個專業(yè)，對最優(yōu)設計方案展開深化設計，并深入模擬和優(yōu)化，以便達到綠色建筑評價標準中的基本要求。

7.4 施工圖設計階段

在綠色建筑施工圖設計階段，應用BIM技術進行可視化管線排布，并進行碰撞檢查，這樣能有效避免施工時的管線碰撞，提高了工程效率。BIM模型的信息化集成與便捷精確的操作，可以開展施工方案的動畫模擬和施工成本的預測，有助于各專業(yè)設計人員高效推進后期施工。從綠色建筑的設計理念角度來看，可為綠色施工做出了良好的指導性作用。

8 結束語

總體而言，BIM 技術是一項綜合集成技術，可涉及建筑建造的各個過程，利用可視化、信息化、仿真化等信息技術，對建筑的設計階段進行全面分析模擬，實現了建筑在設計階段的綠色化，提高了建筑建造的各項資源的利用率，達到了節(jié)能減排的效果。而綠色建筑是未來實現社會經濟與自然生態(tài)環(huán)境共同可持續(xù)發(fā)展，滿足建筑、人與自然和諧共存的科學發(fā)展戰(zhàn)略。綠色建筑設計與BIM技術的相結合，使各個專業(yè)間配合度高，不僅可以高效完成相關設計工作，還可以保證設計質量的提高。在減少設計成本的同時，又可以規(guī)避一些風險，合理解決了各專業(yè)之間的矛盾。BIM 技術的應用還促使了綠色建筑設計理念和目標在建筑全生命周期的實現，使綠色建筑更好地達到自然，建筑與人三者之間的和諧統(tǒng)一。