BIM技术与绿色建筑设计结合初探

1.绿色建筑设计在中国的现状及问题 
   近年来，中国许多专家和学者也在不断的探索绿色建筑之路，编制了《绿色建筑评价标准》，提出“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”。这标志着我国绿色建筑发展进入新阶段，为我国绿色建筑事业奠定了坚实的基础。 
由此可见绿色建筑设计已成为未来建筑设计领域的发展趋势，在不断的探索和实践中，绿色建筑设计已有了很大的发展，但仍然存在的诸多问题，制约着绿色建筑设计的普及和应用。 
1.1.工作流程缺乏统一性 
   在《绿色建筑评价标准》的执行过程中，设计、申报、评审工作分别由不同的单位各自完成，缺乏标准化和制度化，难以形成统一高效的工作系统。且申报、资料整理、评审等工作，多数都由手工完成，工作效率低下，耗费人力物力。 
1.2.设计过程缺乏整体性 
   在设计过程当中，各个专业之间的配合并不默契，缺少协同性设计思路，因此经常出现诸多矛盾。加之，设计中各专业间绿色技能分析软件众多，兼容性差，专业性强，上手难度大，只为某个方面提供专业分析，这也严重阻碍了设计团队之间的协调配合。 
1.3.设计思维缺乏创新性 
   目前多数设计人员缺乏对绿色建筑适宜性设计方法的研究，仍采用传统AUTOCAD等二维平面设计软件在设计工作基本完成以后，再进行建模，对建筑进行性能和能耗分析、计算等工作，而后返回对方案进行修改，如此反复。分析计算的性能数据与建筑空间和形态的关联性不强，缺少对方案空间形象和性能技术的整体把控，导致工作效率的降低。 
1.4.实施管理缺乏有效性 
   高成本的绿色建筑技术常常只是作为设计的噱头，很少有效利用。绿色物业脱节，也给相关技术的使用带来很大不便。因此，在设计之初就应该兼顾绿色建筑在全生命周期内的使用效果。 
   为尽快解决绿色建筑设计中的瓶颈，扫清不必要的障碍，全面提高绿色建筑设计质量和效率，引入新的设计技术、工具、思维已经迫在眉睫。 

2.基于BIM技术的绿色建筑设计基础 
2.1.两者共同点： 
作为建筑设计领域的两大发展趋势，BIM技术与绿色建筑设计具有许多相似和相同的理念，主要表现在以下几个方面： 
（1）二者都关注建筑的整体设计 
   绿色建筑的设计需要整合、分析包括来自环境、材料、构造、造价方面的信息，而BIM建筑信息模型的信息全面丰富。两者结合有利于信息整合、协调，提高工作效率。 
（2）二者都关注建筑的全生命周期 
   从时间跨度上看，绿色建筑设计从理念和技术上对建筑实现全程的“四节一环保”，而BIM则侧重于具体的设计、建造、运营的工作协调和实际效果两者都是关注于为建筑的全生命周期进行优化。 
（3）二者都重视模拟分析及信息反馈 
   绿色建筑在设计过程中需要对采光、通风、节能、舒适度、可视性等多方面进行分析模拟，以优化设计方案。而BIM技术自身强大的模拟能力可帮助绿色建筑设计实现各种分析，并以可视化的分析结果进行及时的反馈，指导优化绿色建筑设计。 
2.2. 两者结合点： 
同是关注建筑全生命周期的绿色建筑设计和BIM技术，在不同的阶段，他们有各自的工作和侧重点，同时也能相互配合，贯穿建筑生命周期的各个阶段。 
（1）规划设计阶段 
   在绿色建筑设计的规划布局阶段，应整体把握建设项目的情况，在BIM中记录建设工程的名称、属性、描述等基本信息，以便后期管理。并在BIM中录入包括地理位置，周边环境、气候条件等外界因素，运用BIM技术进行通风，采光，日照等基础分析，并建立初步的建筑总体布局模型，确定建筑的位置、朝向、大致形体尺寸、高度等设计要素，从而为后续绿色设计和环境分析提供数据基础和准备。 
（2）建筑设计阶段 
   该阶段是绿色建筑设计的重点阶段这里的绿色建筑设计包括建筑、结构、设备、景观、造价等多专业的共同协调工作，是绿色建筑设计中最重要阶段。利用BIM技术的协调性和可视化特点，使用同一模型数据，实现多专业同平台共享，避免重复劳动，让设计师真正全方位思考，多专业协同工作，提高各工种间合作效率。例如，BIM的综合碰撞检测功能，可将不同专业间的模型整合进行3D协调、检查、动态模拟等，避免在施工过程中才发现问题，反复修改，浪费人力物力。 
   另一方面，绿色建筑设计过程中，将涉及到众多的分析模拟计算，包括日照、采光、通风、节能、给排水、暖通空调等性能设计分析，BIM中包含的建筑数据信息可直接作为其分析的基础，经过直观的结果反馈之后，可对设计进行及时的调整。通过分析计算后的数据结果，形成数据库，直接与绿色建筑评价标准对应评价，以达到绿色建筑等级标准。 
（3）施工阶段 
   绿色建筑设计其本质核心是关注建筑的全生命周期，在施工阶段，通过BIM技术可全程监控施工组织、材料信息、用量、运输成本、以及可再利用建筑材料等，有效的控制在施工过程中的能源消耗。利用BIM模型，不仅能够自动生成施工图的平立剖面和详图，也能自动生成材料、门窗表等，并结合相关的造价数据计算出所需成本。另外，BIM技术可对施工项目进行管理，分析施工计划可行性，优化进度计划，时刻跟踪项目进度。虚拟建设模式，可对施工现场进行模拟，通过施工设计，合理布置物料运输路径、物料堆放位置以及施工机械位置等。 　　

3.基于BIM技术的绿色建筑设计方法及具体内容 
3.1基于BIM的绿色建筑设计方法――集成化设计 
   集成化设计是将工程学的相关知识与建筑设计过程交织整合的整体设计方法，从而对优化建筑性能形成全新的、综合的策略[5]。绿色建筑设计作为一种新的设计形式，需要纳入设计范围进行思考的方面也相应增加，尤其是各种复杂的分析模拟，如此繁琐的工作，光靠传统的设计方法和思路，不利于高效准确的进行设计。BIM技术的介入，可极大提升设计效率和信息准确性，将传统的依靠建筑师经验完成的定性分析，转换为依靠准确数据逻辑形成的定量分析。 
   基于BIM的绿色建筑设计，以BIM模型为核心展开，将整个设计作为一个统一的整体，减少传统设计分头独立工作模式对效率的影响。在设计过程中，与各种性能分析对接，避免重复建模，方便直观的对建筑性能进行精确模拟，并能针对模型，快速全面修改，最终自动生成各类图纸以及分析报告。另一方面，以BIM模型为基础的绿色建筑设计，可以有效的整合各专业之间的工作，利用同一个模型完成各自任务，避免重复建模，同时也增加各专业之间的兼容性和协调性
3.2基于BIM的绿色建筑设计具体内容 
基于BIM技术的绿色建筑设计具体内容主要有以下几个方面： 
3.2.1场地设计与规划布局 
   利用BIM模型数据为基础，对场地条件、气候情况、景观条件等进行综合分析，充分利用土地资源，对建筑进行整体布局。以结合环境气候为原则，对日照、通风、景观、场地等因素加以模拟分析，从整体上优化建筑布局、建筑体量、道路关系、景观系统。 
3.2.2建筑物理环境分析与设计 
（1）光环境分析与设计 
   基于BIM建筑模型以及当地日照数据，真实模拟出全年建筑阴影遮挡关系、建筑各处 日照时间，动态可视化的显示出任意时间任意点的日照效果及遮挡关系，再结合当地标准规范，进行合理优化调整。同时，对有需要的部分进行遮阳设计分析，确定遮阳形式、构件尺寸及遮阳效果。 
利用BIM技术采集到的日照条件、周边环境关系、房间自身信息等，可分析计算出任意房间的天然采光效果。再根据分析结果，以及照明的相关规范，进行辅助照明设计。通过输入照明设备的相关信息，合理布置，仿真模拟出房间内部的光环境情况，并对照明能耗进行监控。这对绿色建筑设计开窗位置、尺寸的确定，照明设备的选择与设置有很大的辅助作用。 
（2）风环境分析与设计 
   根据BIM建筑信息模型及风环境数据，全面把握当地气流影响、周边环境影响、场地内建筑形式自身影响等多方面因素，对建筑室内外任意区域进行通风模拟，直观反映出各点风温、风速、风频、风向、空气污染指数等数据，再根据功能需求和人体舒适度综合考虑，合理利用风环境，体现绿色建筑以人为本，同时减少设备负荷。 
（3）热环境分析与设计 
   绿色建筑设计以人为本，基于人体舒适度的室内热环境控制是其重要部分。利用BIM模型数据基础，进行室内热环境分析，准确显示出室内温湿度、焓湿量等于人体舒适度之间关系，再通过设备介入，计算得出最终室内环境舒适度。 
（4）声环境分析与设计 
   基于BIM建筑信息模型，确定声源信息和声环境。以可视化的方式，动态模拟出包括混响时间、声学响应、关联声波线等进行分析，以优化厅堂等的室内声场的设计。通过可视化结果可直观的显示出声场的均匀度、声音传播方向及折射和衰减的效果。同时，利用BIM模型，还可对周边的噪声污染程度进行模拟，并从设计的角度合理布局，增加防噪措施等有效减少噪声的干扰。 
3.2.3能耗与成本控制及优化 
（1）太阳辐射与太阳能利用 
   结合BIM建筑信息模型数据和当地气象数据，分析得出任一点的太阳辐射量，利用主动或被动的方式控制太阳辐射量，减少设备负荷。同时利用各种太阳能采集技术，通过不同方式、设备的选择，分析辐射量与太阳能利用率的关系，最大化合理利用可再生能源。 
（2）节能负荷与能源消耗 
   节能是绿色建筑设计的重要特点之一，通过BIM技术对节能效果进行定量分析，准确计算出各种设备负荷、能源消耗。通过数据反馈，从设计的角度优化改善节能技术，并及时进行再次计算，以定量的方式最终确定设备在运行过程中的能源消耗量和费用。 
（3）材料选择与建筑造价 
   在绿色建筑设计过程当中，应充分考虑到材料的利用和造价的控制，实现绿色建筑节材的目标。运用BIM技术，各种建筑材料的相关信息都一目了然，可严格控制材料的选用和成本，减少不必要的浪费。 
3.2.4其他方面优化设计
（1）雨水采集与利用 
   结合各地降雨数据，建立完整数据库，作为雨水采集的基础依据。利用BIM技术对不同雨水采集方式、地形地貌特点等加以综合分析，计算得出集雨量，再通过相关设备，达到对雨水的有效利用[7]。同时，通过BIM还可监控相关设施在运营阶段的运行情况。 
（2）绿化环境设计与分析 
   绿化环境设计也是绿色建筑设计的重要组成部分。通过BIM技术，可分析出绿色植物对环境带来的生态优化效果，这直接影响了相关区域内的温度、湿度、日照、空气质量、噪声干扰等与绿色建筑设计息息相关的物理指标[6]。 

4.结语 
   BIM技术与绿色建筑设计已经成为当前建筑行业发展的必然趋势，准确把握两者特点，并有效的利用BIM技术参与绿色建筑设计，可综合各方面信息，提供全面准确的分析数据支持，成为设计过程的基础和依据。通过分析计算，对有效利用土地、材料、气候环境等提供强有力的技术支撑，对真正实现“四节一环保”具有很强的现实意义。随着我国绿色建筑事业的大规模发展和相关规范的不断完善，对绿色建筑设计也提出新的要求，BIM技术引导的高效的、准确的、统一的建筑设计方法必将大行其道。而随着BIM技术在我国的研究和应用的不断深入，也必将对绿色建筑设计产生深远的影响。