BIM在绿色建筑中的应用探析

孙薇莉

（大连市建筑设计研究院有限公司，辽宁大连 116021）

0 引言

绿色建筑倡导从建造到拆除全寿命周期内建筑各项性能更加优良更加环保，其可持续发展在建筑业中的践行，是建筑业发展追求的方向。目前绿色建筑在发达国家如美国、英国、德国、法国、瑞典、日本等国家已取得了很大的进展，我国也非常重视绿色建筑的发展，其发展势头越来越强劲。建筑信息模型BIM作为一种技术理念，自2002年被引入工程建设行业以来已有十余年发展历程，引爆了第二次建筑设计革命，它共享知识资源分享建筑各方面信息，为建筑从概念到拆除全生命周期中的所有决策提供可靠依据。怎样将绿色建筑的发展需求和BIM这一技术手段相结合，让它们相互促进共同发展是值得思考的问题。

1 绿色建筑简述

人类发展至今，能源和资源供应紧缺，环境恶化的压力日益凸显，人类下一步如何发展？可持续发展为人类指明了方向。绿色建筑是可持续发展观念在建筑业中的体现，绿色建筑通俗地理解就是“四节一环保”即“节能、节地、节水、节材、环境保护”，《绿色建筑评价标准》GB/T 50738-2006将绿色建筑的定义为： “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、舒适和高效的适用空间，与自然和谐共生的建筑。”从绿色建筑的定义可以明显地感觉到人们对建筑全寿命周期性能的重视程度，要求建筑全寿命周期性能更节省资源、能源和更环保。

由于绿色建筑在节能上的巨大优势，很多国家已开始对其进行大力推广，并取得经济发展和能耗持续下降的突出成就。在西方发达国家，绿色建筑已经有几十年的成功发展史。英国对绿色建筑的研究和工程实践一直都处于世界的前列，并已在可持续建筑领域取得了较大的进展。德国的绿色生态建筑发展也十分迅速，其研发的新型节能材料及技术近来在国外专业媒体和博览会上频频露面，引起了广泛关注。美国的绿色建筑起步早且发展快，美国绿色建筑协会颁布的绿色建筑行业标准成为世界上绿色建筑评定的标尺。加拿大的“绿色建筑挑战”(Green Building Challenge)行动，采用新技术、新材料、新工艺，实行综合优化设计，使建筑在满足使用需要的基础上所消耗的资源、能源最少[1]。绿色建筑在法国、瑞典、日本也取得了很大的进展。

相对于西方发达国家，我国绿色建筑起步较晚，但我国对发展绿色建筑非常重视。绿色建筑在我国的发展将迎来春天，《十二五绿色建筑和绿色生态城区发展规划》要求：“‘十二五’期间要完成绿色建筑10亿m2，到2015年要有20%城市新建建筑达到绿色建筑标准。选择100个城市新建区域(规划新区、经济技术开发区、高新技术产业开发区、生态工业示范园区等)按照绿色生态城区标准规划、建设和运行。”

2 BIM简述

建筑信息模型BIM(Building Information Modeling)是以建筑工程项目各项相关信息数据作为模型的基础进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实性能。美国国家BIM标准(NBIMS)对BIM的定义有三大部分：BIM是一个设施(建设项目)物理和功能特性的数字表达；BIM是一个共享的知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，为该设施从概念到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程；在项目的不同阶段，不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自职责的协同作业。

BIM具有五大特性：可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性，正是这五大特性使得BIM自从 2002年被引入工程建设行业以来的十余年里，逐渐在全球范围内得到业界的广泛认可，被誉为建筑业变革的革命性力量。近年来BIM在美国、欧洲、日本、韩国、新加坡的发展和应用已达到一定的水平。BIM在国内建筑业形成了一股热潮，除了前期软件厂商的大声呼吁外，政府相关单位、各行业协会与专家、设计单位、施工企业、科研院校等也开始重视推广BIM，成立了BIM工作室、BIM团队来逐步推进BIM应用。

3 BIM在绿色建筑中的应用

3.1 室外环境分析

室外环境主要包括风环境、日照、热环境、声环境，这四方面的内容对建筑的性能有着非常重要的影响，《绿色建筑评价标准》对这四方面的内容均作了相应的要求。

高层建筑和超高层建筑的出现使得再生风和环境二次风环境问题逐渐凸显出来，不仅如此，室内空气质量的好坏以及室内自然通风效果的优劣，也与室外风环境密切相关，因此改善室外风环境，降低其空气龄，合理控制室外风速、风压的意义十分重要。日照与人类生存有着密切的关系，特别是在严寒的冬季，人们希望获得更多的日照，《绿色建筑评价标准》明确要求建筑总平面设计有利于冬季日照，《民用建筑绿色设计规范》更是明确要求使用日照模拟软件进行日照分析计算。随着生活水平的日益提高，人们对住宅小区品质的要求也越来越高，创造良好的热环境是提升住宅小区整体质量、提高人们生活舒适性的一个重要方面，而且小区热环境对空调系统的能耗也有着重要影响，这样营造良好的小区热环境也显得非常重要，《绿色建筑评价标准》要求住区室外日平均热岛强度不高于1.5℃。室外声环境是绿建的评价重点之一，绿建评价标准要求对场地周边的噪声进行检测，并对规划实施后的环境噪声进行预测。如图1-图4案例所示，利用BIM技术建立的三维可视化模型，将其导入相应的分析软件中，可以完成上述4大内容的分析。当前，REVIT创建的三维模型可以导出多种格式，如CAD、DWF、gbxml等格式，这些格式在一定程度上能被各性能分析软件（如PHOENICS、Ecotect Analysis、CadnaA等）所兼容，这避免了再次在分析软件中进行重复建模的繁琐，提高了分析效率和建模的准确性，随着各软件的进一步，相互间的兼容性更强，这种优势也将更明显。

BIM是一种技术理念，倡导共享知识资源分享建筑各方面信息，为建筑从概念到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程。绿色建筑和BIM均注重建筑的全寿命周期，一个强调寿命周期的建筑各项性能，另一个尽力为建筑性能优劣的判断提供可靠数据信息支持，二者不谋而合。可以认为，绿色建筑为BIM提供了宽阔的展示舞台，而BIM则为绿色建筑的实现提供强大的技术支撑。当前，可以从以下几方面来探索BIM对绿色建筑的技术支持。

图1 某小区室外风场分析

图2 某小区大寒日日照分析

图3 某小区室外热环境分析

图4 某小区室外噪声分析

3.2 节能与能源利用分析

节能与能源利用是绿建评价标准的重要内容，将BIM技术所建立的建筑三维可视化模型导入能耗分析软件或者转为相应格式导入能耗分析软件，根据相关规范标准，结合项目所在地的气象数据，完成建筑能耗分析模型的完善工作、分析数据生成、建筑能耗分析结果数据的处理与直观可视化模拟，根据模拟计算结果调整优化围护结构方案以及相关参数的设置，实现对设计过程中节能标准的预期控制。利用BIM模型进行室外太阳辐射分析，分析太阳辐射强度及其分布，用于各太阳能设备的方案设计与优化，实现可再生能源的最大化合理利用，同时还可以优化室外植被的配置比如合理确定喜阳植物、喜阴植物、中性植物的种植位置。此外还可进行室内自然采光分析，充分利用自然采光，降低人工照明能耗。

3.3 节水与水资源利用分析

根据BIM所建三维信息模型，结合各地的暴雨强度系数以及当地的暴雨强度计算公式，建立一个完整的数据库，作为雨水采集计算的重要依据，然后根据各种雨水采集方式中不同地貌和不同材质对确定径流系数的影响关系以及建筑,道路以及绿地等面积来计算集雨量，并进行适时调整优化设计方案[2]。

3.4 节材与材料资源利用分析

绿建评价标准对所使用的建筑材料及其使用百分比作了详细的要求，比如要求：施工现场500km以内生产的建筑材料重量占建筑材料总重量的60%；在保证安全和不污染环境的情况下，可再循环材料使用重量占所用建筑材料总重量的10%。面对这些要求，显然传统的技术手段难以进行快速准确的计算，尤其是复杂项目。利用BIM技术来解决这类问题，则显得相对容易，BIM具有强大的数据信息和强有力的材料统计功能，可以很快计算出各类材料的用量，指导工程的材料配置，使其满足评价标准的要求。不仅如此，BIM技术可以综合建筑、结构、水、暖、电、动等各专业的设计内容于一体，并具备碰撞检查功能，将各专业的冲突解决于设计阶段，从而避免了在施工阶段才发现冲突所造成的材料浪费，这也对节省材料有所贡献。

3.5 室内环境分析

室内环境主要由风环境、光环境、声环境构成，这三方面内容的准确分析，也是要基于准确的三维模型才能很好地完成。进行室内自然通风分析，明确室内空气龄、污染物分布状况，调整开窗数量、大小、位置，从而改善室内通风质量。进行光环境分析，判断建筑室内照度、统一眩光值、一般显色指数等指标是否满足相关要求。进行室内噪声分析，预测室噪声值，判断其是否到达相应的噪音标准。和室外环境一样，利用BIM技术建立的三维可视化模型，将其导入相应的分析软件中，可以完成这些内容的分析。

3.6 运营管理

BIM是以参数化三维模型为核心，整合了所有相关专业的基本信息，对工程项目设施实体与功能特性进行数字化、参数化、可视化表达，同时使建设全过程的信息保持一致，可以持续即时地提供有关项目的各种实时数据，这些数据信息完整可靠并且完全实时协调，这可以很好地满足绿色建筑在运营管理阶段对项目信息的需求。比如项目运行一段时间后需对空调通风系统进行清洗，这时候就需要知道整个空调系统的规模，空调管路的分布位置，空调系统周边空间其它专业的设备管线的布置情况，只有了解了这些信息后才能作出要投入多大的人力、物力、需要准备哪些工具的决策，而BIM模型可以高质量满足这些信息需求。再比如某个灯具坏了需要更换，通过BIM模型就可以快速查阅该灯具的安装高度、有多大的功率、接线情况怎样。

4 结语

绿色建筑是建筑业的发展追求和发展理念，建筑信息模型BIM是一种技术理念，绿色建筑和BIM均着眼于建筑的全寿命周期，一个强调建筑全寿命周期的各项性能，另一个尽力为建筑性能优劣的判断提供可靠数据信息支持，二者不谋而合。综合前面的所有分析，可以发现绿色建筑为BIM提供了宽阔的展示舞台，而BIM则为绿色建筑的实现提供强大的技术支撑，目前，国内已出现多个BIM支持绿色建筑建设的工程实例如上海中心大厦、上海世博会、南宁市城市规划展示馆等，随着BIM技术的进一步发展以及人们对BIM技术、绿色建筑理解水平的提高，用BIM技术支撑绿色建筑建设的工程案例将会大量涌现。

[1]张敏，张丁丁，王元丰.国内外绿色建筑的发展及其评价体系的研究[A].既有建筑综合改造关键技术研究与示范项目交流会，2009（11）:87-90.

[2]张雷,姜立叶,敏青,等.基于BIM 技术的绿色建筑预评估系统研究[J].土木建筑工程信息技术，2011（1）:31-36.