基于BIM的绿色建筑设计应用研究

李鹏飞

摘 要：随着城市智能化的发展，建筑也在朝着智能化和绿色化发展，传统的建筑设计方法已经不能满足建筑设计的要求，BIM技术作为一种3D信息建模技术，为建筑设计提供了一个很好的设计平台。文章从BIM技术和绿色建筑的概念出发，分析了当前绿色建筑设计所存在的问题以及介绍了应用BIM技术进行绿色建筑设计的优势。最后分析了BIM技术在绿色建筑设计中的应用，包括建筑场地设计、建筑体型设计、建筑总平面设计和建筑性能分析4个方面，通过BIM技术的应用，可以实现“边设计，边模拟”的目的。

關键词：BIM技术;绿色建筑;建筑性能分析

一、引言

随着工业革命的开端，不可再生能源储量逐渐减少，全球环境问题引发人们的关注。在可持续发展的概念下，绿色建筑的概念也随之出现。据不完全统计，建筑行业的消耗能耗占到了整个工业总能耗的50%，绿色建筑设计是降低能耗的主要方法之一。

BIM技术作为当前最新的建筑设计技术，它实现了建筑从二维设计向三维设计的转变，同时BIM是高度集成的三维信息模型，可以有效地解决信息传输断层的发生，其中大部分都符合绿色建筑项目的设计需求，我国现在正强调BIM技术在绿色建筑中的应用。本文应用BIM技术的优点，研究BIM技术在绿色建筑设计中的应用。

二、基本概念

（一） BIM技术

BIM技术是三维建筑信息模型，它包含了建筑的三维数据信息，可以进行建筑信息的传递与共享，BIM技术的特征如下：

1.可视化性

可视化基于BIM技术进行建筑设计，BIM技术的出现不仅提供了建筑更加抽象的信息，如建筑的舒适度、通风和光照等，使建筑被形象化表达，建立了建筑各个部件之间的位置关系，为工程建设提高生产效率和降低建设成本。

2.信息的完备性

在BIM平台上，包含了建筑的所有信息，包括建筑结构类型、建筑材料、工程性能设计等信息，施工进度、施工成本、施工质量和人员数量、材料、机械等施工信息，工程安全性能、材料耐久性等维护信息。BIM模型为视觉条件下的各种优化分析提供了良好的基本条件，可以进行可视化操作，例如建筑的空间分析、日光分析、能耗分析等。

3.信息的互用性

BIM技术实现了信息的互用共享，可以保证信息在发送和接收后的完全一致性。具体而言，通过允许BIM模型的所有数据通过单个集合或输入在整个设施的生命周期中共享，可以显著降低成本，节省时间并提高效率。BIM技术的应用不会干扰项目参与者创建的不同专业软件的信息交换，也不会在信息交换过程中丢失信息，保证了信息从始至终的一致性。

（二）绿色建筑

目前，“绿色建筑”的概念在我国得到广泛认可，绿色建筑设计的目标是充分利用资源、保护环境，减少污染。绿色建筑设计的特征如下：

第一，绿色建筑设计一般采用先进的设计技术，在节能环保的前提下进行建设设计，绿色建筑设计可以有效降低建筑的能耗。

第二，绿色建筑设计没有明确的建筑规则和模式，因为它们专注于项目周围的生态系统，充分利用自然资源、光线、风向等。

第三，绿色建筑根据当地条件进行建设，追求可持续建筑的设计，满足人们的需求，同时不影响自然系统的健康发展。

三、BIM技术在绿色建筑设计中的应用

（一）绿色建筑设计存在的问题

1.绿色建筑设计理念薄弱

目前，绿色建筑的设计过于仓促，并没有对建筑的绿色概念进行合理的应用，还是采用传统建设设计方法进行绿色建筑的设计，并没有将绿色的概念融入到建筑设计中，缺乏对建筑的能耗分析、光照分析和风环境模拟等。

2.绿色建筑信息缺失

绿色建筑不仅是绿色设计技术应用于建筑设计，而且是绿色建筑设计的信息数据的保存和共享。目前，绿色建筑项目变得越来越复杂，很难从二维图纸中提取有效的绿色建筑信息数据，导致绿色建筑信息的缺失。

（二）BIM 技术在绿色建筑设计中应用的优势

1.协作设计

绿色建筑在设计时，需要各个专业的建筑师协同合作，做到建筑信息的共享。BIM技术为建筑师们提供了一个很好的信息共享平台，在BIM上，建筑师可以了解到建筑的所有信息，提高对绿色建筑的认识，达到协同设计的效果。

2.性能分析

在传统建筑设计时，设计往往是不同专业的建筑设计师进行建筑性能分析，不同专业的建筑设计师的软件存在差异，不能达到建筑模型的一致性。将BIM技术应用到绿色建筑过程中，可以实现建筑设计模型的一致性，只需要将BIM模型转换为gbXML格式进行性能模拟。同时，通过对场地环境和气候的分析和模拟，建筑师可以合理、科学地设计场地，在设计初期模拟建筑物的风环境和声环境，模拟建筑物的能量消耗，最后选择最佳建筑设计方案。

3.全生命期建筑模型信息完整传递

在BIM平台上进行建筑设计，所有的建筑信息都保存在BIM数据库中，这样就可以很好地解决建筑信息传递的问题，提高信息的共享效率。

（三）BIM 在绿色建筑方案设计阶段的应用研究

1.建筑场地设计

（1）场地建模

场地模型通常由数字地形模型表示。BIM模型基于三维数字技术，创建场地的数字高程模型，实现对建筑场地数字地形和高程的模拟。DEM地形数据可以通过基本地形信息资源获得。使用Civil 3D等BIM软件创建地形模型，以Revit场地建模为例，设置“绝对高度”的值，以DWG或DGN格式读取三维轮廓数据，最后用点文件读取，创建地形表面。

（2）场地分析

场地分析的内容包括高程分析和坡度分析，应用BIM建立场地分析模型，在满足防洪和排水要求的前提下合理地设计建筑布局，同时有必要进行场地高程分析、坡度分析、朝向分析、排水分析。

对于高程分析，可以使用BIM软件Civil 3D，通过高度分析，设计师可以充分掌握高度变化和高度差异，坡度分析是为了将建筑场地按照坡度分为不同的区域，为交通设计提供设计依据，场地的平整是为了建筑物的建造地点的水平。

2.建筑体型设计

随着人们生活水平的提高，简单形状的建筑已经不能满足人们对建筑设计的要求，建筑的实用和美观越来越重要，如北京奥林匹克体育馆和其他复杂的标志性建筑。复杂的建筑结构为设计带来了麻烦，不仅要考虑建筑的形状，还要考虑建筑的结构设计，同时还要考虑建筑对节能的要求，这就需要运用BIM技术进行建筑的可视化设计和性能模型。可视化设计保证了可以从不同方向对建筑进行效果分析，同时还可以进行建筑的局部观察，简单直观地表现建筑信息模型。

3.总平面布局

在建筑设计的早期阶段，进行现场分析和周围环境调查，需要比较BIM技术的阳光和通风模拟与初始设计的BIM技术现场和建筑物总体布局的现场环境。影响建筑朝向的因素众多，主要包括建筑场地的地理条件和气候条件。在项目设计的早期阶段，使用BIM技术来科学地分析项目现场的气候条件，同时分析建筑的采光、通风和热辐射效果，以此来确定建筑的最佳朝向。

设计师还可以考虑将太阳能用于基于阳光分析的太阳能有源和无源设计，实现绿色节能目标。在建筑进行通风分析时，通常采用建筑舒适度来确定。对于建筑的热辐射分析结果，其中蓝色表示冬季辐射量，红色表示夏季辐射量。

4.建筑性能模拟分析

绿色建筑方案设计阶段的生态性能模拟也在设计建筑物的形状和整个建筑的布局中起作用。对建筑的性能模拟是确定绿色建筑设计方案的主要手段，根据建筑性能的分析结果来反馈绿色建筑的设计，其中性能分析主要包括建筑风环境模拟和声环境分析等。

（1）风环境模拟

根据建筑绿色设计的通风要求，通过调整建筑的布局来调整建筑的通风条件，来获得最优化的通风环境。风环境的分析结果包括风向和风流速，可以为建筑的形状和建筑间距等提供合理的设计依据。

（2）场地噪声模拟

建筑的声环境模拟是建筑性能分析的重要组成部分，通过声环境分析对建筑的声源进行控制，避免噪音影响人们的生活环境。

四、结语

传统的绿色建筑设计方法对于结构简单的结构还适用，但是一旦建筑结构复杂，绿色建筑的数据信息就会变得相当复杂，给绿色建筑设计带来了相当大的麻烦。将BIM技术应用于绿色建筑设计可以很好地解决上述问题，实现对建筑设计的可视化，实现建筑信息的实时共享。结合BIM技术和生态模拟的建筑类型和通用图形设计是绿色建筑实现节能环保目标的必要手段。如今，BIM技术的发展缩短了建筑师进行仿真分析的时间，便于设计师对设计方案进行比较选择，实现“边设计、边模拟”的目的。

参考文献：

[1]郭锐.贵州省住宅围护结构热工性能研究[D].重庆大学，2011.

[2]财政部住房和城乡建设部.关于加快推动我国绿色建筑发展的实施意见[J]建筑节能，2012，（6）.

[3]李建成.BIM 应用·导论[M].上海：同济大学出版社，2016.

[4]刘宇，祝捷，张大听，等.基于BIM的绿色建筑设计方法研究[J].绿色建筑，2016，（6）.

[5]曾旭东，周宏伟，梁波.数字技术辅助建筑节能设计初步[M].武汉：华中科技大学出版社，2013.

[6]钟沫.场地设计读书报告——读《场地设计》[J].房地产导刊，2014，（7）.

[7]程耀东，张丽萍，董明才，等.航测地形图DEM的获取和处理技术[J].工程图学学报，2008，（3）.

[8]李魁山，蒋丹丹，郝沛涛，等.国内外室外风环境数值模拟技术研究進展[J].绿色建筑，2012，（5）.

[9]周楚，郑丽红，陈晖，等.关于绿色建筑性能模拟优化流程的研究[J].节能建筑，2016，（10）.

作者单位：

山西应用科技学院