建筑信息模型BIM在绿色建筑中的应用

摘要：BIM为绿色设计提供了便利的性能化验正平台,而绿色设计则扩展了BIM应用的范围和深度.在建筑设计全生命周期过程中,围绕BIM所生成的三维信息化模型进行各种绿色性能化分析和设计,大大提高了工作效率,保证了绿色设计目标的实现。

关键词：BIM信息模型 绿色设计；全生命周期；绿色建筑；可持续性

中图分类号：O434文献标识码： A

引言

我国正处于经济建设的高速增长时期，每年新建建筑80％以上为高耗能建筑，既有建筑９５％以上是高能耗建筑。目前我国单位建筑面积能耗是发达国家的2～3倍以上。严峻的事实表明，中国要走可持续发展道路，发展节能与绿色建筑刻不容缓。绿色建筑能为人们提供健康、舒适、安全的居住、工作和活动的空间，同时在建筑全生命周期（物料生产、建筑规划、设计、施工、运营维护及拆除、回用过程）中实现高效率地利用资源（能源、土地、水资源、材料）、最低限度地影响环境。[1] "十二五"跨入第二年之际,我国正以前所未有力度推动绿色建筑发展。在欧美纷纷将绿色建筑作为新一轮科技创新主要方向的大背景下，我国将发展绿色建筑作为中国加快经济结构调整和谋求经济增长的新突破口。中国的建筑规模正以每年20亿平方米速度增加，预计到2020年中国建筑能耗将达到社会能源消费总量30%以上，成为最主要的能源消费领域，而目前中国带有绿色建筑评价标识的建筑总面积不足4000万平方米，未来发展绿色建筑空间巨大，为此，财政部和住房城乡建设部下发了《关于加快推动我国绿色建筑发展的实施意见》一文，明确对星级绿色建筑的财政补贴，从二星级的45元/O，到三星级的80元/O，这将引导保障性住房及公益性行业优先发展绿色建筑。

建筑的可持续发展，不仅对建筑环境工程师、建筑设备工程师提出挑战，更重要的是对建筑师的挑战。绿色建筑的一个重要方面就是节约能源，降低建筑能耗。在决定建筑能量性能的各种因素中，建筑的体形、方位及围护结构形式起着决定性作用，直接的影响包括建筑物与外环境的换热量、自然通风状况和自然采光水平。而这三方面涉及的内容将构成70%以上的建筑采暖通风空调能耗。［2］

因此建筑设计对建筑的能量性能起着主导作用。不同的建筑设计方案，在能耗方面会有巨大的差别。单凭经验或者手工计算，很难正确判断建筑设计的优劣。目前凭借先进的计算机技术进行复杂的数据计算和实时的动态模拟是实现绿色建筑设计的科学性和合理性的重要保障

1 BIM与绿色建筑概述

1.1 BIM概述

BIM是Building Information Modeling中文为：建筑信息模型是通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，在这里，信息不仅仅是三维几何形状信息，还包含大量的设计信息，如建筑构件的材料、面积、体积、数量、机电参数、价格等相关数据和经济指标。

1.2 绿色建筑概述

绿色建筑：绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。（摘自《绿色建筑评价标准》GB 50378）

(1) 引入绿色建筑的必要性：在我国，伴随建筑业迅猛发展的是国内自然资源的巨大消耗，不可再生能源、淡水、天然材料、可耕地等正走向枯竭,温室气体的排放量和建筑垃圾产生量也大幅增加。

(2) 绿色建筑的全生命周期：绿色建筑强调的是在整个建筑生命周期中，在建设和使用流程上对环境负责和提高资源使用效率，建筑的生命周期是指：选址、场地改造、建筑设计、建造、运行、维护、翻新和拆除。

绿色建筑设计的关注和影响对1.3 BIM与绿色建筑的关系.

(1)BIM提供绿色建筑设计分析的平台，BIM的重要意义在于它重新整合了建筑设计的流程，其所涉及的建设项目全生命周期管理，恰好是象。

(2)BIM所包含的各种绿色分析软件给与绿色建筑各种强大的数据支持.

如通过对Revit建立的信息模型，在方案阶段可以通过导出DXF文件进入ECOTECT做可视化分析及日照分析；导入RADIANCE做采光分析；在初步设计阶段，导出GBxml标准文件进入IES做舒适度分析；导出STL文件进入STAR-CCM+做风环境分析。

2绿色建筑与BIM的应用

2.1 规划阶段的选址与场地分析

场地分析是研究影响建筑物定位的主要因素，是确定建筑物的空间方位和外观、建立建筑物与周围景观的联系的过程。在规划阶段，场地的地貌、植被、气候条件都是影响设计决策的重要因素，往往需要通过场地分析来对景观规划、环境现状、施工配套及建成后交通流量等各种影响因素进行评价及分析。传统的场地分析存在诸如定量分析不足、主观因素过重、无法处理大量数据信息等弊端，通过BIM 结合地理信息系统(Geographi Information System，简称（GIS)，对场地及拟建的建筑物空间数据进行建模，通过 BIM 及 GIS 软件的强大功能，迅速得出令人信服的分析结果，帮助项目在规划阶段评估场地的使用条件和特点，从而做出新建项目最理想的场地规划、交通流线组织关系、建筑布局等关键决策。

2.2 方案设计阶段的能量分析

在方案论证阶段，项目投资方可以使用 BIM 来评估设计方案的布局、视野、照明、安全、人体工程学、声学、纹理、色彩及规范的遵守情况。BIM 甚至可以做到建筑局部的细节推敲， 迅速分析设计和施工中可能需要应对的问题。方案论证阶段还可以借助BIM提供方便的、低成本的不同解决方案供项目投资方进行选择，通过数据对比和模拟分析，找出不同解决方案的优缺点，帮助项目投资方迅速评估建筑投资方案的成本和时间。对设计师来说，通过 BIM 来评估所设计的空间，可以获得较高的互动效应，以便从使用者和业主处获得积极的反馈。设计的实时修改往往基于最终用户的反馈，在 BIM 平台下，项目各方关注的焦点问题比较容易得到直观的展现并迅速达成共识，相应的需要决策的时间也会比以往减少。

2.3 施工建造阶段的冲突检测、施工模拟及工程量统计。

2.3.1施工冲突预先检测

随着建筑物规模和使用功能复杂程度的增加，无论设计企业还是施工企业甚至是业主对机电管线综合的要求愈加强烈。在CAD 时代，设计企业主要由建筑或者机电专业牵头，将所有图纸打印成硫酸图，然后各专业：将图纸叠在一起进行管线综合，由于二维图纸的信息缺失以及缺失直观的交流平台，导致管线综合成为建筑施工前让业主最不放心的技术环节。利用 BIM 技术，通过搭建各专业的 BIM 模型，设计师能够在虚拟的三维环境下方便地发现设计中的碰撞冲突，从而大大提高了管线综合的设计能力和工作效率。这不仅能及时排除项目施工环节中可以遇到的碰撞；中突，显著减少由此产生的变更申请单，更大大提高了施工现场的生产效率，降低了由于施工协调造成的成本增长和工期延误。

左 管线综合平面右 管线调整避让

2.3.2 施工进度模拟（Revit +Navisworks四维施工模拟）

建筑施工是一个高度动态的过程，随着建筑工程规模不断扩大，复杂程度不断提高，使得施工项目管理变得极为复杂。当前建筑工程项目管理中经常用于表示进度计划的甘特图，由于专业性强，可视化程度低，无法清晰描述施工进度以及各种复杂关系，难以准确表达工程施工的动态变化过程。通过将 BIM 与施工进度计划相链接，将空间信息与时间信息整合在一个可视的 4D(3D+Time)模型中，可以直观、精确地反映整个建筑的施工过程。施工模拟技术可以在项目建造过程中合理制定施工计划、4D 精确掌握施工进度，优化使用施工资源以及科学地进行场地布置， 对整个工程的施工进度、资源和质量进行统一管理和控制，以缩短工期、降低成本、提高质量。此外借助4D模型，施工企业在工程项目投标中将获得竞标优势，BIM可以协助评标专家从4D模型中很快了解投标单位对投标项目主要施工的控制方法、施工安排是否均衡、总体计划是否基本合理等，从而对投标单位的施工经验和实力作出有效评估。

2.3.3 工程量统计

在 CAD 时代，由于CAD无法存储可以让计算机自动计算工程项目构件的必要信息，所以需要依靠人工根据图纸或者CAD文件进行测量和统计，或者使用专门的造价计算软件根据图纸或者CAD文件重新进行建模后由计算机自动进行统计。前者不仅需要消耗大量的人工，而且比较容易出现手工计算带来的差错，而后者同样需要不断地根据调整后的设计方案及时更新模型，如果滞后，得到的工程量统计数据也往往失效了。而BIM是一个富含工程信息的数据库，可以真实地提供造价管理需要的工程量信息，借助这些信息，计算机可以快速对各种构件进行统计分析，大大减少了繁琐的人工操作和潜在错误，非常容易实现工程量信息与设计方案的完全一致。通过 BIM 获得的准确的工程量统计可以用于前期设计过程中的成本估算、在业主预算范围内不同设计方案的探索或者不同设计方案建造成本的比较，以及施工开始前的工程量预算和施工完成后的工程量决算。

2.4 项目运营阶段的运行维护模拟

在建筑物使用寿命期间，建筑物结构设施(如墙、楼板、屋顶等)和设备设施(如设备、管道等)都需要不断得到维护。一个成功的维护方案将提高建筑物性能，降低能耗和修理费用，进而降低总体维护成本。 BIM 模型结合运营维护管理系统可以充分发挥空间定位和数据记录的优势，合理制定维护计划，分配专人专项维护工作，以降低建筑物在使用过程中出现突发状况的概率。对一些重要设备还可以跟踪维护工作的历史记录，以便对设备的适用状态提前作出判断。

2.4.1疏散模拟（右图）

2.4.2热环境及能耗优化分析

5 结论

随着我国经济的飞速发展和能源问题的日益严重，绿色建筑设计变得越来越重要，从2D CAD 转向基于BIM 技术的三维信息转换，是绿色建筑设计的发展趋势，利用BIM技术，建筑师可以在设计过程中创建包含建筑全部信息的虚拟建筑模型，在设计的任意阶段将其直接导人相关的能量分析软件中，就可以方便快捷的得到能量分析结果，从而及时调整设计方案，优化建筑性能，充分利用BIM 技术来保障绿色建筑设计的科学性和合理性。

目前在采用BIM技术的3D建筑CAD软件与建筑能耗分析软件的结合方面，仍然存在许多尚未解决的问题，如一些主流能量分析软件无法直接导人虚拟建筑模型，不支持IFC数据标准等。但越来越多的软件厂商、开发者、使用者已经开始关注这些问题并在进行研究和开发。相信在不久的将来，综合利用BIM和建筑能耗分析进行绿色建筑设计的技术，将越来越完善和成熟

参考文献

[1]建设部副部长仇保兴在国务院新闻办新闻会上的讲.

[2] 薛志峰等．超低能耗建筑技术及应用．北京：中国建筑工业出版社

[3] 曾旭东 绿色建筑设计中的CAD技术 重庆大学建筑城规学院院刊

[4] Autodesk BIM 课程 绿色建筑设计―教师用书

[5] 李 骁 绿色BIM在国内建筑全生命周期应用前景分析 《绿色建筑-GREEN BUILDING》 -2012-07

[6] 《绿色建筑》全国一级注册建筑师继续教育指导书