BIM技术在绿色建筑设计系列软件中的应用探讨

2012-10-25赵志安邱相武

土木建筑工程信息技术 2012年4期

关键词：建筑评价建筑设计软件

赵志安邱相武姜立张雷

(中国建筑科学研究院，北京 100013)

1 引言

本论文得到十二五国家科技支撑计划课题“基于建筑信息模型综合规划设计技术研发应用“(2012BAJ09B04)的支持，结合该课题对BIM(建筑信息模型)技术在绿色建筑设计系列软件中的应用进行探讨。

BIM是建筑信息模型的英文缩写，是计算机技术在应用领域实现的一种新的软件技术，BIM从美国发展起来，逐渐扩展到欧美，日本，新加坡等发达国家，在2002年后，国内逐渐开始接触BIM的理念和技术。

基于建筑信息模型的建筑全生命周期分析方法是当今软件开发的趋势，国外一些软件生产商也在开发商品化软件，建筑行业比较典型的软件是AUTODESK公司的Revit，其基本思想是建立建筑信息模型，为今后设计分析提供模型，保证各个使用阶段数据的完整和一致，是较为先进的软件设计方法。BIM技术是软件设计通用技术，可以应用于建筑设计全过程中，而绿色建筑的设计也是建筑设计，只是其设计目标值以绿色建筑评价标准为依据，因此增加了其特殊性，本文对BIM技术在绿色建筑设计系列软件中的应用进行探讨。

随着我国绿色建筑设计评价标准的出台，政府推进绿色建筑规划设计进程的加快，绿色建筑设计的规模和数量在我国出现了前所未有的发展速度，然而我国绿色建筑设计处于起步阶段，缺少系统分析工具，绿色建筑规划设计软件存在以下问题:

1)国内可以借用的部分绿色建筑设计软件多是节能设计软件或其扩展软件，许多专业功能计算只能依赖于国外软件，国内还没有建立起自主知识产权的绿色建筑规划设计软件体系。

2)国内所研发的绿色建筑设计软件都是相互独立的、用于特定功能的应用软件，没有完全按照建筑信息模型进行系统设计，因此各软件之间数据描述重复，无法实现数据共享。

3)在绿色建筑规划设计中，需要多个专业配合，需要的计算软件多，目前国内各相关计算软件没有集成在一个环境下，无法保证绿色建筑评价的准确性和一致性。

绿色建筑设计是一个综合设计，涉及到建筑全寿命周期，是建筑可持续发展的必然趋势，而BIM技术的核心是模型，可以对建筑进行不同属性的定义，不同设计阶段，不同专业的属性定义，利用其对象属性，使得数据在全寿命周期都能使用，设计数据转到施工数据，施工数据转到运行维护数据，为此我们应该将目前先进的计算机技术，在绿色建筑设计软件中尝试使用，解决数据不连续的问题。

2 BIM技术在绿色建筑设计系列软件中的应用探讨

按照我国绿色建筑评价标准，绿色建筑评价主要反映在“节地、节能、节水、节材和室内环境质量”，所以绿色建筑设计就是在设计过程中，随时关注掌握设计建筑的有关绿色建筑评价指标，能否达到预定指标，以便项目负责人及时调整设计方案。绿色建筑设计涉及多个专业，在绿色建筑设计过程中使用多个专业设计软件，包括规划、园林、建筑相关专业、给排水、采暖通风、自然采光、节能设计、能耗分析、能效测评、自然通风设计分析等一系列软件。凡是在设计过程中与评价有关的信息均应及时存储，以便根据不同设计阶段，结合绿色建筑评价标准进行估计评价，最终达到绿色建筑星级评定要求。BIM技术的应用可以较好地解决方案调整，随时进行新方案评估的问题。这就要求设计分析工具的每个软件的设计都以建筑信息模型理念为基础，记录的数据不仅仅是施工图，而是应用模型方法对涉及到的信息进行抽象整理后的模型信息。信息可以在各个设计软件中流通，在设计过程中对每个评价指标直接进行评价，每个设计分析软件的结果都能无障碍地被其他应用软件使用。

下面根据软件应用顺序和设计过程对BIM技术进行分析。

2．1 工程管理

该软件是数据库管理软件，面向对象设计，此时的对象就是每个独立的建筑，它的模型信息就是建筑的地理位置、基本描述信息，如建筑名称等，对于已存在的建筑可以得到建筑各种详细属性。绿色建筑设计包括大量的定量分析计算，不同工程之间，在计算时互相影响，如相邻建筑对设计建筑日照采光遮阳计算的影响，所以在软件设计时，必须尽可能利用已有数据，因此须对工程项目进行管理，将所涉及的工程项目纳入到整个区域管理的数据库。以便提取相关信息。

通过工程管理软件进行工程设计，其集成相关专业的不同分析设计软件，根据设计需要直接调用相关软件进行分析计算，并将计算结果保存在数据库合适的位置。它是专业系列软件的总调用入口，也是数据管理的核心。基本框架见图1。

图1 工程管理框架

2．2 规划设计

该阶段对某区域进行规划，一些绿色建筑评价指标如人均居住用地指标、建筑楼层、高度、外轮廓尺寸、建筑位置等作为设计成果表现在设计结果中，对规划的任何建筑物都应记录这些参数，其中一些数据也是绿色建筑评价和设计阶段详细分析需要使用的数据。此阶段是整体数据的描述，获取宏观控制参数，也是建筑群描述数据的集成，为工程管理提供重要的整体性信息，为热岛分析和室外风环境计算提供必要的边界条件。

图2 规划阶段与绿色建筑设计相关的指标

2．3 建筑设计过程

该阶段是建筑设计的实施阶段，涉及到建筑、结构、水、暖、电多个专业，该阶段的BIM技术应用比较直观，建筑信息模型就是描述建筑及其相关各专业的模型信息，为今后施工图设计、运营维护提供原设计数据。以建筑本身模型为核心，目前建筑模型信息存在的主要问题是信息不够细，其他水暖电专业的模型不完善，缺少系统模型描述。建筑模型不是真正意义的信息模型，而是为满足建筑施工图设计的信息模型，经常缺少如门、窗、墙、柱、屋顶做法数据，需要在其他分析软件中另外输入，输入的信息也无法保留在建筑信息模型中，如负荷计算、节能设计、能效测评计算需要计算耗能量，需要围护结构的各种热工数据，建筑工程量统计也需要统计出各种材料消耗量，在大多数建筑模型中都无法直接获取材料属性数据，后续其他分析计算必须补充输入，由于补充输入不能反馈到建筑模型数据中，造成不同模块需要重复输入材料属性或者从其他应用程序中导入数据，造成了操作麻烦，数据流通不畅，计算结果以各自的存储格式分别存放在各自的应用软件中，后续绿色建筑评价软件无法直接读取，还要二次输入，造成人工浪费和数据不准确。对于节能评价部分许多指标无法记录，因为目前大部分节能分析软件是单独计算软件，没有与建筑本身信息模型挂钩。需要强化建筑各个专业的信息模型。

目前我们正在开发的能耗分析软件采用BIM理念对建筑物本身进行描述，同时对空调系统、机房建立独立的信息模型，空调系统信息模型与建筑模型关联，在建筑信息模型基础上，补充空调系统信息，根据建筑房间布置系统，输入空调系统和设备参数，直接分析出设计建筑节能率、系统新风量、热回收情况、设备COP等绿色建筑评价指标。

日照分析、自然采光与房间关联，直接判断居室日照情况和房间采光系数等。在设计阶段，可以利用的模型信息多，应尽可能通过分析获取数据，避免数据的不一致性。可见建筑信息模型是广义的信息模型，不仅仅限于建筑本身的门墙柱梁。就目前软件设计应用水平和设计习惯而言，要全部获取绿色建筑评价数据还不现实，只能在程序框架设计中考虑尽可能容纳最大信息量，对于不能直接获得的综合数据，通过人工输入完成，但这些数据应保证在本工程中的唯一性。

按照设计阶段将其分为方案设计和施工图设计阶段，信息模型设计也应综合考虑不同设计阶段的需求，在方案设计阶段，主要制定绿色建筑设计的总体目标，根据绿色建筑评价标准，结合工程现状制定星级计划，确定哪些项目作为要完成的项目，并作为标记，记录目标项，在设计阶段随时监测对应项目的定量计算值或随时更新计算结果。

设计阶段侧重于建筑单体的各种功能和性能。建筑本身信息模型是其他相关设计软件分析的基础，也是BIM技术的核心，所有性能化设计计算包括日照分析、节能设计、能效测评、自然通风设计、给排水计算分析、暖通空调设计计算、绿色建筑评价等都与建筑本身信息模型数据紧密相关，建筑施工图设计也由此产生，因此建筑本身信息模型设计需要有所突破。以往的建筑信息模型比较强调建筑物本身，对设备专业的系统模型重视不够，由于设备系统与建筑物本身的关联性，以及绿色建筑设计的特殊性，必须强化设备专业信息模型的建立。做到在设计阶段根据输入数据情况，随时调用对应的性能化分析工具，产生绿色建筑评价指标。

随着设计的细化，对性能化分析工具要求越来越高，目前风环境分析、能耗模拟、节能系统分析、可再生能源利用分析等主要依赖国外软件，开发自主知识产权的产品很有必要。

2．4 园林绿化设计

环境绿化越来越受到重视，也成为绿色建筑设计的重要组成部分，在绿色建筑评价标准中，对绿地率、室外透水地面有具体要求，因此从信息模型角度，园林设计信息模型除包括用于设计统计的信息外，从绿色建筑设计角度考虑还应随时生成绿色建筑评价的相关信息。

2．5 绿色建筑评价

在设计阶段可以随时计算查看绿色建筑的单项指标，也可以通过相应的菜单，对整个建筑物进行绿色建筑综合评价。此阶段可以根据规划目标，确定具体项目定量数据，对项目进行打分评价。此时的信息模型就是评价的具体项目，其具体数据可以从本项目的不同专业设计计算结果数据库中得到。

2．6 施工阶段

在绿色建筑设计中，应尽可能考虑施工过程的材料就近取材，涉及材料种类、材料使用量、可再利用建筑材料使用量，所以此阶段的信息模型强调预算工程量，详细材料使用量，材料统计规则，目前绿色建筑评价标准中还没有突出施工组织和材料运输和施工过程的能源消耗，但从长远角度考虑，应考虑施工组织等施工过程的信息，描述方式将会更加复杂。

2．7 运维阶段

按照目前绿色建筑评价标准，强调的重点在垃圾废弃物管理、物业管理体系的建设等方面，以定性内容为主，从长远角度考虑或从业主方考虑，能耗监测和设备维护管理应是比较关心的问题，从绿色建筑设计角度考虑，信息模型比较简单，主要是一些条文的内容，从真正运维考虑，信息模型较为复杂，需要继承设计阶段的系统描述，又要考虑监测系统和计量系统设置，设备维护期、设备运行状态和设备维护运行费用。

通过对绿色建筑设计关注点的分析可以看出，每个设计过程中的每个专业均能抽象出信息模型，信息模型应以描述对象为实体，实体属性为参数，在绿色建筑设计软件的信息模型中，信息模型的建立应结合设计过程，以得到绿色建筑评价指标为目的，通过各个信息模型的集成，达到对绿色建筑进行评价的目标。