基于BIM技术的绿色建筑设计在中铁南山院项目中的运用

施萌

（安徽省城乡规划设计研究院，安徽 合肥 230000）

一、引言

随着全球气候的变暖，世界各国对建筑节能的关注程度正日益增加。人们越来越认识到，建筑使用能源所产生的CO2是造成气候变暖的主要来源。节能建筑成为建筑发展的必然趋势，绿色建筑也应运而生。

目前绿色建筑所涉及的学科范畴比传统建筑业的范畴更加广泛，对建筑设计的要求更加严格，给传统的设计软硬件系统带来了极大困难，BIM技术则以其出色的信息管理性能给绿色建筑发展带来了曙光。

二、基于BIM技术的绿色建筑设计分析

（一）基于BIM技术的绿色建筑设计流程

建筑设计阶段根据其细分目标不同又被分为方案设计、优化设计与施工图设计三个小阶段。

1.方案设计阶段

方案设计阶段的主要目的是对建筑方案提出的多种组合方案的可能，通过数据评估与集体互动讨论确定最优的方案组合。在设计过程中，首先由建筑专业提出方案框架输入到BIM模型中，然后结构、水暖电等传统专业提出意见与相关专业方案，整合到BIM模型中迭代分析，其他参与方根据BIM模型对进行集体互动讨论，将信息通过BIM模型反馈到相关专业，直到统一认识达到方案目的。

2.优化设计阶段

优化设计的目的是对选定的方案组合进行技术集成与优化，实现高水平的绿色建筑方案设计并达到报批深度。此阶段的设计工作注重集成工作整体优化，通过分析与各方意见对方案的造型、布局等进行优化，需要结合具体的设备厂家确定产品规格，考虑设备与建筑的一体化设计等内容，整合后迭代分析，根据绿色建筑评价标准相关内容判断其是否达到阶段设计目标。

3.施工图设计阶段

施工图设计阶段是建筑设计流程的最后阶段，其目标是生成足够的信息保证施工顺利实施。在此阶段注重设计与施工的结合，进行细节设计与施工流程优化，通过整合分析完善设计成果减少项目实施过程中的错漏碰缺等问题，完善模型信息指导建筑施工。

（二）基于BIM技术的绿色建筑设计分析

1.信息处理效率优化

在传统绿色建筑设计流程中各专业对分析过程的信息处理过于繁琐，基于BIM的绿色建筑设计流程通过引入BIM技术提升了设计效率，有效解决了这一问题。通过将BIM信息模型输入到专业分析软件中，让计算机替代人工完成分析任务，这样就从繁琐的分析任务中中解放了设计人员，使其有精力关注方案本身的设计效果。

2.交互形式优化

基于BIM的绿色建筑设计流程将传统建筑设计中的二维图纸表达转化为三维模型，使参与方能更为直观准确的理解设计意图，使多方交流不再受二维图纸抽象信息的约束，提高了团体协作效率。

三、设计方案

（一）项目概况

项目位于安徽省淮南市山南新区。地块北临舜耕山，环境优良，风景优美，东部靠近山南新区核心区，地理位置优越。总用地面积10.89公顷，综合容积率1.50，总建筑面积约22.28万m2，其中地上总建筑面积约16.33万 m2，地下面积约5.95万m2。

（二）基于BIM 的规划设计

方案开始，根据不同的设计思路，选择两种规划设计方案，如方案一和方案二。利用Civil 3D快速生成三维数字地形模型，结合Revit的体量功能，能够便捷的完成前期的概念体快方案。

图3-1：方案一与方案二平面布局

1.场地光环境分析

在完成概念体快方案后，录入相关地理数据，即可导入到Ecotect中对场地的太阳辐射进行分析。如图3-2、3-3所示。根据分析结果我们看到两个方案均满足淮南市的日照要求：大寒日大寒日（8-16时）累积日照时长超过两小时。

图3-2：方案一与方案二日照分析图

2.场地风环境分析

通过相关软件提取当地的气象数据并对数据进行分析，得到场地风环境数据：冬季西北风；夏季东南风；过渡季西南风。随后，将体量模型与气象数据导入CFD软中进行分析，得出风场的分析图，如图3-4、3-5。

根据图示方案一筑表面形成充足的风压差，为室内自然通风的利用提供良好的条件，而方案二住宅前后压力差较小，对其通风不利。

图3-3：方案一与方案二风场分析图

以此为基础，在设计前期可以提出相应的绿化意向：西北及北向种植常绿密实绿化或绿篱，减少冬季供热能耗；南向种植落叶高大乔木，减少夏季太阳辐射得热并削弱公路噪音；西南向种植低矮绿植，确保自然通风效果。

3.场地的视线分析

通过软件的进行视线分析，由于地形南低北高的地形特征，且主要的景观朝向为北面舜耕山风景区，因此方案一由北向南逐次升高的建筑布局，能够获得更好的景观视野，更加的适宜此地块。

图3-4：方案一与方案二视线分析图

最终，在多轮分析后，得出结论，在地理气候条件相同的条件下，综合考虑采光、通风、视线等因素，方案一优于方案二。

（三）基于BIM的建筑能耗分析

比选建筑方案的过程就是一个把握建筑设计方向的过程。在确定了深化方案之后，开始进行住宅的户型设计，以12#住宅楼为例，根据设计需求，设计了两种户型，并在revit中建立模型。随后，在设定气象数据一致的情况下进行负荷计算。结果如图3-7.

可以看到除了四月份，全年的冷热负荷都是方案二居多，能耗较大，夏季差别最大，冬季其次，过渡季有轻微差别。综上所述，方案一在能耗方面占有优势。

图3-8：方案一方案二冷热负荷对比

（四）基于BIM的节能措施优化

1.确定合理的窗墙比

建筑的暖通能耗Y与窗墙比X是有关联的：Y=-0.4485X²+18.546X+586.02。不仅如此，照明能耗与窗墙比也有一定联系，如图3-8。由图可知，窗墙比在30%-40%之间时，暖通与照明系统的总能耗最低，而目前方案的南向窗墙比为28%，北向窗墙比为24%，接近30%是比较合理的，如表3-1。

表3-1：户型窗墙比

2.优化外围护结构的传热系数

图3-9：围护结构热工属性

传热系数K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度（K，℃），1s内通过1平方米面积传递的热量，单位是瓦/（平方米·度）。通过将BIM模型导入分析软件Ecotect，输入密度、比热容、导热系数、颜色等物理属性后软件可以很快的计算出围护结构的热工属性。如U-value（传热系数）、Admitance（准入系数）、Solar Absorption（太阳吸收系数）、Solar Heat Gain Coefficient（太阳得热系数）、Visible Transmittance（可见光透过率）等。

3.遮阳与天然采光优化

天然采光的光源是太阳，是取之不尽用之不竭的自然资源。但是，强烈的阳光直射也会使人感到不舒服，因此在建筑设计中我们既要充分利用太阳光，又要避免它带来的负面影响。通过将BIM模型导入到PKPM软件中分析，我们得到了各个房间光环境的分析数据，随后通过更改窗户形式，户型微调等方法改善天然采光条件。

图3-10：室采光示意图

四、总结

当然国内的BIM技术发展相对较晚，技术基础和使用环境相对薄弱。在实际运用中有着诸如外国软件本土化较低，缺少BIM行业标准化体系等诸多问题。但是随着国内BIM技术与绿色建筑理论的不断发展，越来的越多的本土化软件及相关规范的颁布，BIM技术与绿色建筑设计的一体化必将是最终趋势，为绿色建筑乃至整个建筑行业的发展提供重要的助力。