【摘要】近年來，我國建筑業(yè)提出“綠色建筑”的全新概念，在公共建筑中大行其道，取得顯著的經(jīng)濟(jì)、社會與環(huán)境效益。與此同時，相比于早期建筑，綠色公共建筑有著結(jié)構(gòu)造型復(fù)雜、能耗過高、設(shè)計難度大的特征，對建筑設(shè)計水準(zhǔn)提出了更高要求，傳統(tǒng)設(shè)計方法有待改進(jìn)。鑒于此，文章以BIM技術(shù)作為切入點(diǎn)，簡要敘述BIM技術(shù)價值，探討B(tài)IM技術(shù)在綠色公共建筑設(shè)計中的應(yīng)用情況，依托技術(shù)構(gòu)建一套全新的設(shè)計方法。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù)；綠色公共建筑；設(shè)計方法

(資料圖片僅供參考)

1BIM技術(shù)在綠色公共建筑設(shè)計中的應(yīng)用價值

1.1專業(yè)協(xié)調(diào)方面

各專業(yè)建立的BIM模型間保持緊密聯(lián)系，在總數(shù)據(jù)庫帶動下同步更新，幫助設(shè)計人員全面掌握其他專業(yè)設(shè)計成果，如暖通等專業(yè)的管道碰撞、與土建結(jié)構(gòu)碰撞時，將在模型上直觀呈現(xiàn)這一問題，由設(shè)計人員對管道布置進(jìn)行調(diào)整。同時，各專業(yè)設(shè)計人員也可基于BIM模型召開視頻會議，相互溝通、協(xié)商專業(yè)沖突問題。

1.23D建模方面

早期項目中普遍繪制二維CAD圖紙，由多張圖紙共同表達(dá)三維立體空間，存在繪圖量大、理解困難的問題，而BIM技術(shù)可以直接構(gòu)建3D模型立體化呈現(xiàn)三維空間，無須開展繁重的繪圖工作，還可以更為直觀、準(zhǔn)確地表達(dá)設(shè)計意圖與建筑結(jié)構(gòu)造型[1]。

1.3模擬檢查方面

憑借BIM軟件強(qiáng)大的邏輯分析和數(shù)據(jù)處理能力，設(shè)計人員可以在軟件中開展模擬施工實驗，模擬不同假定條件下的施工過程，對比實驗結(jié)果是否達(dá)到預(yù)期設(shè)計要求，從中發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)計問題，為深化設(shè)計提供依據(jù)。

2BIM技術(shù)在綠色公共建筑設(shè)計中的具體應(yīng)用

2.1室外環(huán)境設(shè)計

2.1.1日照分析方面在BIM軟件中導(dǎo)入建筑總平面圖、立面設(shè)計圖、幕墻或外墻設(shè)計圖等圖紙作為證明材料，在軟件中模擬分析綠色公共建筑的室外光環(huán)境，判斷既定設(shè)計方案是否造成光污染或是影響周邊建筑日照條件，根據(jù)分析結(jié)果對建筑外立面造型、相鄰建筑物間距、建筑圍護(hù)形式等設(shè)計內(nèi)容加以調(diào)整，直至通過室外環(huán)境設(shè)計評價。同時，也可開展日照輻射分析實驗，在實驗期間觀察栽植不同品種植物、植物在不同位置栽植時的生長情況，從中選擇最佳的植物品種與栽植位置。

2.1.2朝向分析方面由于各個公共建筑的所處區(qū)域氣候條件、現(xiàn)場地形地貌與地勢走向有著明顯差異，要求設(shè)計師遵循因地制宜原則，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境情況計算最佳的建筑朝向。設(shè)計師可借助BIM技術(shù)實現(xiàn)這一目的，在軟件中開展日照分析、風(fēng)環(huán)境模擬等一系列實驗，兼顧日照、景觀視線、通風(fēng)等多項要素，在其基礎(chǔ)上設(shè)定建筑朝向[2]。例如，在福建古田山莊項目中，建筑群位于丘陵地帶，建筑依山傍水、現(xiàn)場地形高低起伏不定，設(shè)計人員使用ECOTECT軟件進(jìn)行日照分析實驗，生成三維朝向圖、建筑朝向豎直投影圖等圖紙，最終將建筑群朝向設(shè)定為南偏東25度（見圖1）。

2.1.3風(fēng)向優(yōu)化方面在早期部分建筑工程中，忽視了風(fēng)環(huán)境分析工作，未根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)環(huán)境情況調(diào)整建筑布局和改變場地物理環(huán)境，在后續(xù)建筑使用期間偶爾出現(xiàn)渦旋、滯風(fēng)等現(xiàn)象，嚴(yán)重時引發(fā)污染物擴(kuò)散、室外散熱效果不佳、通風(fēng)不暢等一系列問題出現(xiàn)。對此，設(shè)計人員需要借助BIM軟件開展風(fēng)向優(yōu)化工作，在軟件中搭建與布局結(jié)構(gòu)一致的場內(nèi)場景，導(dǎo)入當(dāng)?shù)貧夂驐l件來模擬風(fēng)環(huán)境，根據(jù)模擬分析結(jié)果來調(diào)整設(shè)計方案。仍以福建古田山莊為例，風(fēng)向優(yōu)化分析過程如圖2所示，當(dāng)?shù)貙儆趤啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候，在每年的9月～1月為西北風(fēng)向和北風(fēng)，在2月～8月為東南風(fēng)向，基本不會出現(xiàn)過冷、過濕現(xiàn)象。根據(jù)模擬分析結(jié)果，選擇在基地西北角區(qū)域栽植密林和草坡用于遮擋寒冷風(fēng)向，在基地東南角部位設(shè)計鋪磚廣場用于引導(dǎo)涼爽的東南風(fēng)向，并對建筑物的窗墻比、開窗方向進(jìn)行調(diào)整，明顯改善了室內(nèi)自然通風(fēng)條件，預(yù)估每年可節(jié)省545kW的空調(diào)能耗[3]。

2.2節(jié)能與能源利用設(shè)計

2.2.1在圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能分析方面設(shè)計人員在BIM模型中添加保溫材料熱工性能、墻體材質(zhì)等有關(guān)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的參數(shù)值，檢查模型參數(shù)值是否符合《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，判斷圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能是否達(dá)標(biāo)，在性能不達(dá)標(biāo)時采取調(diào)整墻體厚度、使用其他品種保溫材料、改變建筑圍護(hù)構(gòu)造層次等措施，直至圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能達(dá)標(biāo)[4]。

2.2.2在總平面設(shè)計方面以改善室內(nèi)自然采光通風(fēng)條件為首要目的，通過優(yōu)化建筑室內(nèi)平面布局，起到改善采光通風(fēng)條件、縮短照明與空調(diào)通風(fēng)等系統(tǒng)運(yùn)行時間的節(jié)能效果。

2.3節(jié)材設(shè)計

相比于傳統(tǒng)建筑，綠色公共建筑在施工期間使用到大量的新型綠色建材，不會對現(xiàn)場環(huán)境造成嚴(yán)重污染，且綠色建材具備較高的再生利用價值，可以將廢棄材料進(jìn)行破碎加工等處理后制成全新建材，投入循環(huán)使用當(dāng)中。對此，為深挖綠色公共建筑的潛在價值，設(shè)計人員需要運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行節(jié)材設(shè)計，優(yōu)先使用可循環(huán)利用、低污染性和無污染性的綠色材料，將既定設(shè)計方案導(dǎo)入BIM軟件中進(jìn)行模擬施工實驗，根據(jù)試驗結(jié)果來統(tǒng)計綠色材料的實際用量，在用量偏低時則對方案內(nèi)容加以調(diào)整，確保綠色材料用量不少于總體材料的10%。

3基于BIM技術(shù)的綠色公共建筑設(shè)計方法

3.1概念設(shè)計

在概念設(shè)計階段，應(yīng)用BIM技術(shù)實現(xiàn)可視化呈現(xiàn)、量化考量兩項目標(biāo)。其中，對可視化呈現(xiàn)目標(biāo)的實現(xiàn)，設(shè)計人員直接在BIM軟件中構(gòu)建3D模型，直觀呈現(xiàn)公共建筑的設(shè)計構(gòu)思，便于各專業(yè)人員直觀理解和相互探討，業(yè)主觀察3D模型是否符合公共建筑的使用要求，提出較為具體的修改意見，根據(jù)反饋意見進(jìn)行修改，同時，業(yè)主與工程參建單位依托BIM模型跟進(jìn)設(shè)計過程，及時提出意見、按照反饋意見來修改方案，這將起到提高設(shè)計效率、簡化設(shè)計流程、避免無效設(shè)計的作用。而對量化考量目標(biāo)的實現(xiàn)，在概念方案設(shè)計完畢后，對軟件中構(gòu)建的BIM模型進(jìn)行分析評估，從模型中提取特征值與參數(shù)量，以數(shù)據(jù)形式顯示建筑材料用量、圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能、建筑系統(tǒng)運(yùn)行能耗和總體能耗、碳排放量、光照時長、室內(nèi)環(huán)境溫濕度等設(shè)計內(nèi)容的統(tǒng)計分析結(jié)果，幫助設(shè)計人員從中選擇最佳的方案作為初步設(shè)計方案。

3.2深化設(shè)計

在深化設(shè)計階段，傳統(tǒng)設(shè)計模式采取建立多專業(yè)分析模型、根據(jù)模型分析結(jié)果來呈現(xiàn)設(shè)計效果并加以改進(jìn)的方法，借助數(shù)據(jù)化工具，設(shè)計效率得到一定程度的提升。然而，這一設(shè)計方法存在明顯局限性，既需要建立大量的分析模型，且模型無法直接生成圖紙與指導(dǎo)后續(xù)施工活動開展，實際應(yīng)用場景有限，設(shè)計過程較為繁瑣。對此，需要依托BIM技術(shù)重構(gòu)深化設(shè)計流程，構(gòu)建一個橫跨全部專業(yè)的BIM模型，通過標(biāo)準(zhǔn)化接口轉(zhuǎn)換模型中所提取設(shè)計信息的格式，準(zhǔn)確描述模型屬性，徹底解決重復(fù)建模、模型無法準(zhǔn)確描述建筑物構(gòu)造形狀的問題，在真正意義上做到整合設(shè)計。例如，使用CIS/2、DXF、IFC等作為接口形式，設(shè)計人員構(gòu)建BIM模型，使用多款軟件開展深化設(shè)計工作，通過接口保持抽象分析模型、BIM模型二者的緊密聯(lián)系，實時更新建筑信息，同時滿足各專業(yè)的設(shè)計需要，如使用DOE-2軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，使用ESP-r軟件進(jìn)行能耗分析，使用Odeon軟件進(jìn)行聲學(xué)分析，使用Flnent軟件進(jìn)行力學(xué)分析。與此同時，還可以使用BIM軟件自帶工具檢查設(shè)計方案中是否存在紕漏隱患，例如，使用碰撞檢查功能，檢查設(shè)計方案與BIM模型中的各處管線、機(jī)電設(shè)備、預(yù)埋件和土建結(jié)構(gòu)是否存在軟硬碰撞問題，自動生成檢查報告，在報告中以特殊顏色符號標(biāo)記各處碰撞點(diǎn)位，設(shè)計人員對方案進(jìn)行修改來解決碰撞沖突問題，如調(diào)整機(jī)電設(shè)備安裝位置、水電管線敷設(shè)間距[5]。

3.3施工圖設(shè)計

在傳統(tǒng)設(shè)計模式中，手工繪制圖紙是施工圖設(shè)計階段的主要工作內(nèi)容，占用設(shè)計人員大量時間與工作精力，還時常出現(xiàn)繪圖錯誤的問題，產(chǎn)生額外工作量，還有可能由此引發(fā)設(shè)計紕漏、施工質(zhì)量缺陷。對此，必須在施工圖設(shè)計階段運(yùn)用BIM軟件的自動繪圖工具，由設(shè)計人員在軟件界面上進(jìn)入功能欄、下達(dá)控制指令，在BIM信息模型中提取相關(guān)信息，直接生成電子版或打印紙質(zhì)版的建筑平面、立面等種類圖紙及統(tǒng)計報表，并通過三維視圖清晰表達(dá)建筑結(jié)構(gòu)布局。此外，BIM實體模型逐漸呈現(xiàn)出取代圖紙作為建筑信息表達(dá)方式的發(fā)展趨勢，設(shè)計圖紙成為BIM模型的附屬品，如果設(shè)計圖紙格式的法律限制被解除，將徹底改變施工圖設(shè)計方法乃至公共建筑的設(shè)計模式，這對提升設(shè)計效率和加快BIM技術(shù)應(yīng)用進(jìn)程有著十分重要的現(xiàn)實意義。

4結(jié)語

綜上所述，BIM技術(shù)的問世，為綠色公共建筑提供了全新的發(fā)展契機(jī)，BIM應(yīng)用也是切實提升建筑設(shè)計水準(zhǔn)的重要舉措。建筑企業(yè)務(wù)必高度重視BIM技術(shù)，正確認(rèn)識技術(shù)價值，在室外環(huán)境設(shè)計、節(jié)能設(shè)計、節(jié)材設(shè)計等場景中對BIM技術(shù)進(jìn)行落地應(yīng)用，探索以BIM技術(shù)為核心、更為適應(yīng)綠色公共建筑工程背景的全新設(shè)計模式。

參考文獻(xiàn)

[1]魏煒.BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計中實踐應(yīng)用[J].低碳世界，2016（4）：121-122.

[2]陳子穎，林宇，張月燕.BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計中的應(yīng)用[J].建筑設(shè)計管理，2013，30（6）：14-16+18.

[3]湯闖，李曉琳.BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2017（1）：101-103.

[4]王慧琛.BIM技術(shù)在綠色公共建筑設(shè)計中的應(yīng)用研究[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2014.

[5]劉婷.BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].住宅與房地產(chǎn)，2019（9）：65.

作者:周平凡 單位:中國建筑設(shè)計研究院有限公司