基于綠色BIM理念的多層工業化工建筑節能設計

張穎

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

隨著國內經濟的快速發展，建筑行業也取得了突飛猛進的發展，但是由于建筑項目的粗放型管理，建筑項目建設的能耗高、污染大，部分企業盲目追求經濟利益的同時，疏于對周圍環境的保護，對環境造成了破壞。近年來，整個社會追求高質量發展和可持續發展理念，對建筑行業的技術和管理提出更高標準的要求[1～4]。當前，BIM技術已經廣泛應用于建筑項目管理，結合BIM技術可以實現建筑管理的高效運行，確保綠色智能建筑項目的實施。本文主要研究BIM技術在綠色智能化項目中工業化工建筑設計環節的應用[5]。

1 BIM技術在工業化工建筑設計過程中的應用及優勢

1.1 實現建筑設計中三維可視化及有效的協同作業

BIM技術不同于傳統CAD的二維平面繪圖模式，而是通過三維可視化視圖模式，對建筑不同構件及組成要素進行信息化設計，從而進行建筑整體模型化的構建。傳統繪制圖面時協同作業困難，各專業繪制各自的圖紙，無法進行實時的修改跟進，需要花費較多時間進行各專業間的圖紙校對和審核，尤其在工業化工建筑中工藝管道管廊與水暖等管道相互交錯，時有碰撞發生。使用BIM技術可有效地協同作業，可通過建設局域服務器，制作中心文件及工作集，通過釋放權限等措施，實現各專業間的協同作業，使各專業間的更改能夠快速上傳中心文件并反饋給其他專業，避免無效工作。在設計階段，應用BIM技術可以通過各種不同角度觀察建筑內部和外部的視覺效果，還可以對建筑周圍的環境情況進行深度模擬，例如在建筑周邊模擬化工工藝管廊、橋架等與周邊建筑及其他設施的關系，從而能夠使建筑設計與建筑周圍的環境更好地相互融合。尤其在地形崎嶇的場地中，可利用BIM協同軟件Civil3D，相比常用的手工算法，能夠提前測算土方量，進行土方平衡，合理調配土方，選擇施工機械和人員排班，保障施工進度，減少不必要的浪費。因此，BIM通過各個軟件間的協同工作，能夠模擬場地、環境等，為建筑前期設計提供諸多便利，并有效節省成本、人力及時間。

1.2 能夠進行自動變更管理

在傳統工業化工建筑設計中，設計師繪制的每一張建筑圖紙都是獨立的設計文件。設計師在完成建筑主平面設計圖紙的同時，還負責建筑立面、剖面及節點大樣等部位的設計和圖紙的繪制。傳統CAD修正不具備實時修改圖紙的功能，需將所有相關圖文及數據逐一進行修正，耗費大量人力、時間，且容易產生人為錯誤。使用BIM建模，在修正數據時，BIM三維模型也會同步進行修改，所有設計構件都有相關性，可同步修改二維圖面，且同步修正所有用戶的模型，導出施工圖，可由計算機進行估算判定數量，大幅降低計算錯誤發生的概率。在建筑信息模型建成后，可通過Revit軟件直接生成工程量清單表，用于指導施工前準備工作及造價預算工作。

1.3 具備高級分析能力

BIM技術相較于采用傳統二維CAD技術繪制的建筑設計圖，還具備對現有建筑信息模型設計進行高度化數據分析和進行多維度綜合模擬的能力。BIM具備整體數據統計分析模擬功能，能夠在模型中根據設計師要求提供大量的設計數據分析信息，對建筑模型的各專業內容以及建筑相關設計數據中的參數進行細致分析，同時應用BIM設計技術還能根據傳統建筑的整體設計過程圖紙，對整體空間視覺效果數據加以分析模擬，使傳統建筑工程設計師能夠更加直觀深入地了解傳統建筑設計工作過程及其中的不足之處，并對此加以改進。通過BIM軟件整合模型，設計師還可以對模型進行碰撞檢查，并根據碰撞檢查進行各專業間的協調，生成協調數據，提出合理的解決方案，優化土建或安裝設計，大大減少因設計問題帶來的施工延誤，BIM的這種提前處理問題能力，提高了生產效率，縮短了施工周期[6]。

2 基于綠色BIM理念的多層工業化工建筑節能設計要點

2.1 模擬環境

建筑設計管理工作和整體建筑施工管理操作中，需要按照建筑周邊環境和化工工藝等相關要素信息確定具體建筑物的方位，還需要重點做好整體建筑布局規劃設計和整體廠區建筑與化工工藝布置等工作，在透徹分析具體建筑物及周邊環境要素信息量的基礎上，對建筑風向要素分布處理情況和具體建筑的方位處理情況等要素進行跟蹤分析，有污染的工業化工建筑絕不能放在居民區的上風向，且要遠離生活區，以此方式提高小區居民日常生活中的環境服務質量。在企業進行室外通風環境模擬工程設計階段，應該充分使用模擬流體力學模擬電腦以及模擬壓力分析儀等技術工具來正確執行模擬操作，掌握大型建筑工程項目通風工程周圍自然風壓差值的數值，研究周圍環境自然通風的基本條件情況相關信息。使用BIM節能技術系統進行設計操作，自動模擬室外節能環境情況，設計操作過程中可以借助一系列設計數據以及信息，對方案內容加以系統優化和綜合調整，達成真正意義上的綠色節能建筑系統構建。

2.2 太陽輻射

太陽能低輻射能源是國家保障人民大眾健康生產、生活的重要環境能量排放來源之一。受地球物理特殊性質的影響，各地的太陽射線輻射分布狀況不一致。建筑設計中，從打造綠色環保節能建筑角度考慮，需通過借助建筑相關設計軟件實時進行建筑太陽能熱輻射使用情況跟蹤分析，并及時處理其中容易出現的節能問題。太陽能的輻射對整個建筑體而言，是一種全年性的輻射，為此，必須充分利用太陽能進行光、熱、電的伏板開發設計與生產安裝，將豐富的太陽能資源收集存儲起來，同時，還可為位于建筑體結構中的小型大功率光伏設備提供電能。這對工業化工建筑體而言，既能有效降低建筑內部的實際溫度，又能通過太陽能為建筑及在建筑中生活工作人員的工業生產、生活服務提供大量電能。

2.3 對于建筑資源進行充分的規劃

在建筑行業發展的過程中，越來越追求綠色可持續發展，利用BIM技術能夠滿足建筑行業的需求。BIM技術能夠在最大程度上將建筑資源進行充分利用和分配，發揮節能環保的價值。借助BIM技術，通過三維建模，對建筑工程中的耗能部分進行分析和整理，并進行公式計算，同時參考國家的相關規定，對建筑工程中的耗能部分進行數據調整和分析，從而達到節能環保的目的。例如在建筑工程中，對空調系統以及水電暖通系統進行安裝時，可以對安裝和調試進行分析，減少空調的耗能。利用太陽能、風能等收集綠色環保、可再生的資源，進行建筑節能設計。利用BIM技術，對這些設備安裝過程進行分析和數據調整，確保建筑工程的節能環保，并將建筑資源進行充分利用。在利用BIM技術的過程中，能夠最大程度保證數據的真實性和可實施性，迅速得到精準數據，減少人工資源的使用。

2.4 建設項目設計模擬

通過在建筑前期設計階段使用BIM技術，不僅可以提高設計效率和精度，完成各種高難度結構設計和化工工藝設計，還能通過仿真模型更好地對建筑的結構造型、整體布局等進行提升優化。同時，還可以對智能建筑的使用工程進行仿真模擬，設計人員根據建筑模型使用功能測試結果進行調整和改進，例如對建筑物的通風、場地噪音、光照時長等方面進行模擬預演，及時發現建筑設計中存在的問題和隱患，輔助設計人員及時進行設計方案優化，確保綠色智能建筑設計的合理性和實用性。

2.5 圍護節能設計

建筑頂部的節能造型大致可以細分為高平頂、坡頂平頂以及各種流線型平頂，屋頂頂部節能熱工設計主要包括平頂的裝飾材料、顏色、坡度、方向以及保溫層的節能設計，這樣便可在夏季起到溫度隔離的效果，冬季也能有效緩解室內溫度流失。建筑外墻是建筑的主要組成部分，節能建筑要避免室內熱舒適和高溫環境以及室內外冷熱環境的影響。設計中常用的外墻材料主要有防水黏土外墻實心磚、加氣加水混凝土外墻砌塊、集中隔熱墻等各種節能復合建筑墻體。窗戶在建筑中至關重要，具備通風、保溫、采光以及隔熱等功能，能夠決定整個建筑能源消耗量，滿足用戶對建筑功能的各種要求。此外窗戶的墻比對建筑節能也十分重要，窗戶的墻比越大，建筑采暖和中央空調的使用能耗越大，因此，必須嚴格限制建筑窗戶的墻比與面積的對比。新的BIM設計技術對多層建筑物及圍護結構建筑進行隔熱節能施工設計時，可以通過設置相關的建筑墻體、屋頂各層裝飾材料的整體導熱阻力系數、比熱等，確定最佳的節能施工設計方案[7，8]。

2.6 協同設計

BIM技術的應用，利用它的可視化模型平臺，對已經設計完成的圖紙進行二維掃描，找出錯誤的位置，使其更加優化和完善。除此之外，相關的設計人員可以在虛擬的三維設計空間發現每個專業構件之間的聯系，并且對它們的關系進行分析和研究，一旦發現碰撞沖突，可以及時解決，減少變更的次數，提高設計能力和工作效率，使得多專業的協同工作得到共同發展。BIM技術的運用，使得建筑性能分析得到了普及。運用這種模型，可以從不同的視角，利用三維模型數據、價格信息、材料數據和其他各種數據信息的支持對項目綠色評估進行多角度分析。其中有室外風環境模擬、廠區熱環境模擬、自然采光模擬、室內自然通風模擬等。設計的各個階段都可以融入參數化的設計方法，并以此為依據建立邏輯模型，對復雜的幾何模型進行定義和操作，為多專業的協同發展奠定堅實的基礎。在對高性能造型和結構復雜體系進行定義的過程當中，參數化設計有著十分重要的作用。通過利用數字化設計平臺，可以使得三維空間與建筑平面以幾何的角度進行定義和呈現。基于BIM技術下建筑工程設計施工一體化的應用，可以對化工工藝、機電、鋼結構等進行深化設計，進而得到更加精確的數據信息，再利用統一的可視化平臺，對于細節部分進行溝通和交流，在深化設計時對施工的設計盲點進行分析和研究。比如，在對化工工藝管廊進行深化設計的過程中，運用BIM模型可以大大節省模型的制作時間，不但可以使得它的質量得到提高，還能使得構件更加的精細化，有著準確、便捷、高效的特點。

綜上所述，BIM技術在工業化工建筑中的應用完全順應了這個時代快速發展的趨勢，優勢得到廣泛的贊譽。因此，在未來的發展中，加強BIM技術的推廣是必然的發展趨勢。傳統技術將逐漸被淘汰，BIM技術是每一個技術人員必備的技能，也希望未來建筑人才能夠繼續學習BIM技術，并在工作中加強實踐，將BIM技術應用到建筑行業的各個階段，提高我國綠色建筑節能管理的實施水平。