BIM技術在綠色廠房改造中的應用分析*

陳卓逸 褚作勇

（安徽理工大學土木建筑學院，安徽 淮南 232001）

我國現在整體上已進入了工業化中期的后半階段，這就意味著將面臨大量工業廠房閑置以及更新和換代。但由于我國的舊工業廠房改造發展較晚，暫未形成完整的建筑理論體系，在改造過程中，經濟價值的考慮往往高于歷史價值的考慮，不少具有地方特色的建筑面臨著拆除的風險。工業建筑的歷史與文藝氣息的融合是一座城市的藝術名片，所以在城市發展過程中，廠房改造問題不容忽視，應把握好經濟發展和歷史文化的平衡。近年隨著可持續發展戰略的推進，BIM技術逐漸被應用于城市建筑設計的過程中?；贐IM技術對舊工業廠房進行改造，了解舊工業廠房的建筑結構，功能組團特點以及目前的生存現狀，利用建筑師的創新思維，為廢棄的工業廠房探索出一條適合重生的道路。

1 BIM建筑信息參數化

對于傳統的二維平面繪圖來說，若產生設計修改，則需單獨更新各類圖紙信息，工程量大、耗時多、易出錯。而BIM技術的建筑信息化模式可以很好地解決上述問題，實現圖紙間同一構件的關聯，同時形成更加準確的表達。使用傳統二維圖紙的另一個不足之處就是容易導致設計與實際的偏差，如施工過程中時常出現建筑與周邊環境的沖突、建筑結構與管線的碰撞等一系列問題，這樣往往會導致整個工程延期、資源浪費等現象。而BIM 技術將二維平面與三維可視化相結合，在施工前期就可以發現設計中的缺陷，并提前解決矛盾點，從而提高了建筑施工的效率。

2 BIM在綠色建筑中的應用

BIM技術可以運用于整個建筑生命周期，包括三維設計、三維分析、數字化施工與管理、數字化運維與改建等。在設計過程中，通過建立三維模型，分析建筑采光、照明、保溫、隔熱等一系列綠色能耗問題，使得建筑師更加快速地發現整體布局中的不足，從而加快優化和改進[1]。在建筑設計過程中，將綠色節能理念貫穿其中，堅持環保，符合當代社會可持續發展的需求，減少建筑材料污染、光污染、聲污染等。

2.1 舊工業廠房的改造價值

廢舊工廠在改造上有許多可直接利用的資源，例如以下幾點[2]：

（1）市政設施較完善。由于廠房作為城市工業生產空間，擁有著建設和市政基礎設施的便利連接。對工業廠房進行改造時，可以充分地利用原有的給水、排水、電力等基礎線路。

（2）路網發達。園區內部會有大型的運輸車輛，一般道路較寬，并且路網結構發達，在改造設計時便于利用。

（3）建筑空間跨度大，凈高大。這種大空間為改造為公共活動空間提供了場地條件，使得內部空間的重置具有一定的改造靈活性和便利性。可以極大程度上保留原有結構，同時室內空間又進行重新整合分割，可以組合形成不同的使用空間。

（4）建筑荷載承受能力大。工業廠房的結構由于存放大量的重型機器，承載力一般較大，墻體厚實，堅固耐用。

2.2 BIM技術在綠色廠房上的應用思路

廢棄廠房在場地規劃和建筑結構改造上，原本場地空間條件與設計目標和需求之間產生沖突。此時則需要運用BIM技術進行前期分析。在綠色廠房改造過程中，引入BIM技術應用，對項目的場地、建筑單體、內部空間、管道線路等基本情況建立可視化三維模型，更加直觀有效地進行建筑優化設計。利用參數化信息模型，可以形成多專業協調配合的模式，采用三維施工模擬、管線碰撞檢測，提前發現建筑施工時的沖突問題并進行解決，使得建筑施工過程更加效率和科學。并且對于廠房原有結構產生的影響較小，減少了建筑能耗，同時也優化了廠房的空間布局。

根據廠房現存的圖紙和現場調研獲取的建筑數據，構建族文件并建立初步的建筑信息模型。將已完善好的建筑信息模型置入斯維爾綠色建筑軟件中，得出建筑的室外風環境模擬報告、各部分圍護構件的熱工性能以及其他節能分析數據的具體報告，結合綠色建筑設計規范找出廠房初步設計中存在的不達標情況，通過BIM軟件對模型進行設計修改，進而推敲出更加符合綠色建筑標準的可行性的方案，實現廢舊廠房轉向綠色廠房的項目改造。

3 案例分析

本案例位于安徽省淮南市田家庵區的安徽省造紙廠內，場地西側為發電廠，東側為水廠路，北側為沿淮路，南側為電廠路（圖1），根據調研安徽造紙廠可以發現，廢棄的工業廠房仍有許多可利用的空間與場地，但是因年久失修，導致資源及用地的荒廢。我國正處于人口過多、人口用地緊張的形勢下，如果能夠充分地對廢棄建筑用地再利用，將能夠緩解這一緊張形勢，所以本次模擬選取其中一棟廢棄廠房作為主要改造對象。

圖1 項目位置

3.1 建筑單體現狀分析

從建筑結構上看，廠房辦公空間主要為磚混結構，尺度適中，不同的房間通過外廊連接為三層建筑，用于工作的車間主體為鋼結構排架，有三層通高的空間，柱跨6m 左右，設置了局部的下沉空間用來放置機器，至今室內保留有用來傳送的繩索。從建筑外觀上看，廠區內部的建筑大多以“灰”“紅”色調為主，裸露的紅色磚墻，灰色的外墻抹灰，形成了廠區的整體風格。廠房工作間開窗較大，辦公空間開窗較小，同時二層擁有陽臺以及休息平臺。建筑外立面沒有復雜的裝飾以及多余的線條，墻體厚實，符合淮南當地氣候特點。

目前廠區的工作功能單元處于荒廢狀態，但是辦公區仍有管理人員在使用。同時廠區內部仍可以看見一些退休員工以及員工家屬在廠區進行活動。通過調研可知，廠區的首要人群為管理人員，其次就是員工及其家屬，而這些人群的年齡普遍偏大，所以在后期的改造過程中，功能體塊上的設計應考慮到這部分人群的可參與度問題。

3.2 室外風環境模擬分析

合理的空間布局，對于改善建筑的室外風環境具有重要的影響，促進空間空氣循環，符合我國的綠色低碳發展需要。通過數值模擬分析來評估不同的建筑平面布局對于室外風環境的影響，經優化后推出合理的建筑平面布局。《綠色建筑評價標準》中提到，夏季需要充分利用自然通風以此促進良好的室內風環境，要求50%以上可開啟外窗室內外表面的風壓差大于0.5Pa。冬季時，除迎風第一排建筑外，建筑迎風面與背風面表面風壓差不超過5Pa，避免由于建筑迎風面與背風面表面風壓差過大，使得冷風通過門窗縫隙滲透過多，進而造成室內熱負荷增多而不節能，因此建筑迎風面與背風面表面風壓差的控制需要體現在對應的門窗表面風壓上。標準要求：迎背風面窗平均風壓差（絕對值）≤5Pa。經過實驗分析，該樓的夏季和冬季的室外風環境指標均達到標準值以上。

3.3 圍護結構熱功能分析

如今的建筑節能中最主要的節能分析就是對于圍護結構的節能分析[4]。原有廠房的外立面為紅磚裸露，屋頂部分殘缺，保溫功能有待完善。分別對外墻、屋頂等增加外保溫工藝，選取熱工性能較好的外窗，同時對于建筑進行外部遮陽構造。通過斯維爾軟件對于建筑模型進行熱工性能分析，如表1所示。由于建筑圍護結構中的每一個因素都會對建筑節能產生影響，而目前建筑的全年能耗和經濟性主要取決于圍護結構關鍵參數，如窗墻比、傳熱系數等。所以本次模擬選取外窗作為主要影響因素，用于分析被動式節能措施給建筑帶來的影響，選取窗墻比以及外窗導熱系數作為主要調整數據，進行優化測試。在不同的天氣或者氣候條件下，人們對于開窗的需求是不同的?；茨鲜心耆照瞻俜致蕿?3%，日照充足天數180d，日照不足天數114d。冬季由于沒有供暖，氣候偏寒冷，所以控制好窗墻比，對于建筑節能尤其重要。經過多次窗墻比實驗分析，最終得出符合《公共建筑節能標準》的窗墻比，如表2所示。

表1 圍護結構熱工性能表

表2 窗墻比

3.4 建筑結構與材料分析

建筑功能置換后，所需的建筑荷載也發生改變，局部生產空間的墻體需要拆除，對原有建筑結構進行加固。依據國家《混凝土結構加固設計規范》（GB 50367）等要求，結合綠色建筑設計理念，新結構采用裝配式預制構件進行現場拼接，主要材料原有建筑結構加固方法采用植筋技術，填充墻體采用加氣混凝土砌塊等，其輕質隔墻，減輕建筑承重，滿足保溫隔熱等設計要求。

4 結語

為了促進資源利用率，降低能源消耗，提升建筑材料的二次利用，通過功能置換將廠房進行改造和空間升級，將BIM 技術與綠色建筑設計標準結合，使老舊、廢棄的廠房更新為可提供居民活動空間的綠色公共建筑。通過綠色創新化改造，將廢棄廠房改造成具有歷史記憶、實際使用價值的公共空間，緩和了城市用地緊張問題，同時也能帶動廠區周邊業態的經濟增長，更好地推動城市的可持續發展。對此廠房改造設計可以遵循以下幾點原則：①常見的工業建筑一般可改造為開放的公共建筑類型，如社區服務中心，城市展館、創意產業園、文化創意中心等；②盡量保留原有廠房建筑結構和基本的建筑外形，使得其歷史價值得以保留；③在對舊工業建筑進行改造時需要對其原有建筑結構進行評佑，改造后的建筑結構需要經過安全性檢測，確保項目在后期投入使用時的安全性、可靠性；④如原有工業建筑通常未設保溫層，氣密性和保溫較差的，應結合當地的自然氣候對其結構層進行升級，自身圍護結構較差的，應加強維護；⑤舊工業廠房的建筑立面開窗大多較小，不能夠滿足后期使用時的采光及通風，后期改造過程中應加強采光通風設計；⑥舒適性是建筑改造的第一要求，對原有廠房的溫度、濕度、采光、通風等進行調節，降低后期建筑使用時的空調能耗。