结合某工程分析BIM技术在绿色建筑中的设计应用

庞月美

摘要：在绿色建筑的设计中，BIM技术的应用不仅降低了建筑工程的能源消耗，还实现了建筑行业的绿色化发展。本文重点结合上海中心大厦工程案例，对BIM技术在绿色建筑中的设计应用进行了详细的分析及探讨。

Abstract： In the design of green buildings， the application of BIM technology not only reduces the energy consumption of construction projects， but also realizes the green development of the construction industry. This paper analyzes and discusses the design and application of BIM technology in green buildings with a focus on the case of Shanghai Center Tower.

關键词：BIM技术;绿色建筑;设计应用

Key words： BIM technology;green building;design and application

中图分类号：TU17                                         文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）11-0258-02

0  引言

建筑行业是我国经济发展的支柱。在我国建筑工程施工规模日益增大、施工数量日益增多的同时，资源短缺、环境污染等问题也充分的暴露了出来。随着人们节能环保意识的觉醒，对于建筑工程的施工建设也提出了更好的要求。建筑行业加快了绿色建筑的发展。而将BIM技术应用到绿色建筑设计中，不仅可以加强建筑工程施工成本的控制，还可以提升绿色建筑设计的效果。而且，将BIM技术应用到绿色建筑设计中，还可以最大限度的降低建筑施工对于生态环境的污染，为人们提供一个绿色、环保、和谐的居住空间，提升人们的生活质量，实现人与自然的和谐共生。

1  BIM技术在绿色建筑设计中的应用优势

1.1 实现了数据共享和协同作业

绿色建筑工程的施工规模较大，在实际的施工建设过程中涉及到的信息和数据必然也十分庞大。如果信息和数据不能共享，绿色建筑工程的施工建设将会受到严重的影响。而BIM技术的应用就可以以信息为载体，搭建一个专门的沟通平台。在这一平台上，无论是建设单位、设计单位，还是施工单位都可以进行各种信息的共享。而这正是实现多方协同作业的基础[1]。

1.2 优化了设计方案

除了给出建筑模型之外，BIM技术的应用还可以模拟出建筑的各种性能，展现出现实中无法展现的效果。例如，利用BIM技术建模，可以有效模拟出建筑工程的能耗情况、采光效果以及通风效果，而设计人员就可以根据这些数据进一步优化和改进设计方案，减少后期施工过程中设计方案的反复修改。也就是说，BIM技术的应用使得绿色建筑的设计质量得到了明显提升[2]。

1.3 实现了设计过程的可视化

可视化是BIM技术应用中体现出来的最大优势。在传统的建筑工程方案设计过程中，设计单位以CAD技术的应用为主，只能得到平面设计图，只能供专业人士浏览，无法让非专业的业主看懂。这样，业主就不能及时发现图纸中的一些细节问题。而BIM技术的应用就可以通过3D立体模型表现出建筑中所有要素之间的关系，即便是非专业人士，也能够看懂[3]。

2  工程概况

上海中心是一座以办公为主的绿色建筑工程，同时兼具会展、酒店、观光娱乐以及商业等功能。该工程主要位于上海陆家嘴金融中心区Z3-2地块，总建筑面积为574058万m2，地上总建筑面积410139m2，地上124层塔楼、7层裙房，高632m，地下5层。该工程由Gensler事务所进行方案设计，由同济大学建筑设计研究院进行施工图的设计。

3  BIM技术在上海中心绿色建筑设计中的具体应用

3.1 BIM技术在节能方面的应用

在绿色建筑的评价标准中，节约能源和利用能源是必不可少的内容。BIM技术可以直接进行可视化三维模型的构建，并通过分析能量消耗的软件，根据提前设置好的标准和规范，结合当地的气象数据，对模拟结果进行针对性的调整和优化。

上海中心大厦的结构选型方面，最初有不少于20套的设计方案。而之所以选择矩柱与支外伸臂加上支核心筒的结构体系，就是因为BIM技术的应用让设计者对复杂的几何形态变化有了一个非常深刻地理解，使得呈现在设计者眼前的结构选型变得简单而直观。塔楼的立面系统中设计了内幕墙结构，是当时世界上最高、最大的建筑双层立面。这种双层立面是上海中心大厦塔楼最具代表性的设计特点。每15层还设计了一个贯穿于塔楼八个重要区域的巨大中庭。中庭的存在，对于内幕墙内办公室和酒店内部的制冷负荷的降低有着积极的作用。而大厦的螺旋顶端，还具有收集雨水、对雨水进行回收利用的作用。大厦顶部的风力涡轮发电机，还可以为大厦提供持续不断的绿色电能。

上海中心大厦中设计了两个冷热源系统。其中，低区的冷热源系统在B2层，主要针对65层以下的楼层。该系统主要由三部分构成：第一冷冻机房、第二天然气热电联产系统、第三冰蓄冷系统。高区的冷热源系统在82层和83层，以6个高效率离心式冷制机房为主要构成。这两个冷热源系统的应用使得设施在泵冷过程中产生的运输能量消耗得到了有效的控制。同时，在塔顶上设计冷却塔，还可以预留出更多的地面空间，进行绿化设计。绿化面积越大，越能减弱热岛效应，上海中心大厦的建筑工程就越符合绿色建筑工程的建设标准。

3.2 BIM技术在节材方面的应用

绿色建筑的设计对于建筑材料种类的选择，以及建筑材料的实际用量有着明确的规定。例如，在整个绿色建筑结构中，400MPa级别以上的钢筋用量占比应当在85%以下。而纵向承重构件以混凝土材料的应用为主，但是需要将C50强度的混凝土用量控制在50%以上。在实际的施工过程中，要想对这些施工材料进行严格的控制，设计人员就必须要进行精密而复杂的计算。如果使用人工计算，不仅计算结果得不到保证，还需要耗费大量的时间。而BIM技术的应用，就可以在短时间内完成计算，同时还可以进行三维模型的构建，了解该设计方案中的材料选择是否符合绿色建筑设计标准，并通过调整建筑结构的方式，最大限度的节约施工材料。例如，在绿色建筑的施工建设过程中，一般会选择可再生资源以及可循环利用的材料。根据相关部门的统计，可循环材料在绿色建筑中的应用占比建材总量的10%。工作人员只需要将建筑单位提供的可循环使用材料汇总表以及利用比例计算表输入到BIM系统中，就可以通过明细表模块将该建筑工程中对于可循环使用材料的种类和重量计算出来，判断该绿色建筑设计是否符合节能标准。

上海中心大厦的螺旋式上升的建筑外观造型中，包含了55%的锥形结构，而这可以让风力和结构效能的组合达到最佳，在钢筋和混凝土等建筑材料的使用成本方面节省24%。并且有两个独立幕墙，由于上海的冬天气候并不寒冷，所以选择了26mm的LOW-E玻璃为最外层幕墙的施工材料。另外，项目的施工过程中，由于参与建设的单位非常多，涉及到的信息数据也异常庞大、复杂，在成本控制方面具有较大的难度。而BIM技术的应用，就可以进行相关建筑模型的建立，同时在三维环境中对建筑结构进行修改和调整，加强了决策者与领导者对工程施工过程的控制，使得整个施工过程变得有序而合理，材料浪费以及工程返工现象得到了有效的控制。

3.3 BIM技术在室内环境设计中的应用

绿色建筑的室内环境设计主要涉及以下几个方面：第一室内空气质量、第二室内声光环境、第三室内温湿度调节、第四室内水质控制等。BIM技术的应用可以以三维可视化模型为基础，优化室内环境质量，保证绿色建筑空间内的舒适度。首先，BIM技术可以进行绿色建筑的自然采光模拟，分析该建筑工程所处区域的天光是否具有可用性，然后参考我国绿色建筑设计自然采光标准，进行建筑所处内外光环境的模拟。这样，就可以指导设计人员的建筑工程的自然采光设计。其次，BIM技术可以进行室内自然通风模拟，帮助设计人员更好的了解该建筑工程的通风情况，然后再对通风口的位置、尺寸以及建筑布局进行调整，确保室内具有良好的通风换气条件，让居住在其中的人们产生舒适的感觉。

在上海中心大厦的施工过程中，为了优化室内的空气质量，在BIM技术的辅助下，设计了基于需求控制的通风系统，即CO2监测系统。在这一系统的运行下，室外空气只有经过特殊的处理、过滤以及测量，才能够输入到室内空间中。而上海中心大厦的通风系统，经过监测，在较低的压力下就可以保证空气的正常输入。所以，在上海中心大厦的低区能源中心，放置一台螺旋式地源热泵机组就可以满足相关需求。

3.4 BIM技术在机电管线施工中的应用

在绿色建筑的构成中，机电管线最为关键。在机电设备类型与数量越来越多的情况下，机电管线的施工难度也越来越大。而BIM技术的应用，就可以对整个机电管线进行科学的分析，进而确定出最科学的机电管线施工方案，提升整个机电管线的施工效率以及施工质量。另外，BIM技术还可以直接构建出机电管线的4D模型，通过模拟将建筑时间和建筑空间结合在一起，对机电施工的施工进度进行合理的把握。

上海中心大厦的机电系统异常复杂，设备层中间穿插着很多杆件，二维设计本根无法解决这一问题。在这种情况下，设备层的设计就必须要借助BIM技术的三维设计来完成，通过三维设计来避免杆件之间出现碰撞现象。即通过Autodesk Navisworks系列软件对管线碰撞进行检测，然后再结合检测结果调整管线，最后再利用BIM技术的三维可视化功能，将相应的安装顺序、施工方案以及最终效果图呈现出来，供设计人员分析，消除设备专业管线布置中的错、漏、碰等问题，对建筑施工起到了很好的指导作用。

4  结语

综上所述，绿色建筑是未来建筑行业的发展趋势。而BIM技术在绿色建筑设计中的应用，具有十分重要的作用。但是BIM技术在绿色建筑设计中的应用还十分有限，所以我们要继续加大BIM技术的研究，不断的拓宽BIM技术在绿色建筑设计中的应用渠道，不断的提升绿色建筑的节能环保性能。

参考文献：

[1]卜涛，鹿瑶.BIM技术在绿色建筑设计中的应用[J].四川建材，2019，45（11）：47-48.

[2]郭良，姜钦青.BIM技术在绿色建筑设计中的运用研究[J].工程建设与设计，2019（20）：32-33.

[3]张颖.关于BIM技术的绿色建筑设计思路分析[J].建材与装饰，2019（30）：124-125.

[4]王宁.基于BIM技术在绿色建筑设计中的应用分析[J].居舍，2019（30）：66.

[5]李冲.BIM技术在绿色建筑设计中的应用[J].建材与装饰，2019（28）：109-110.

[6]刘婷.BIM技术在绿色建筑设计中的应用研究[J].住宅与房地产，2019（09）：65.

[7]段培培，刘春花，王玲玲.BIM技术在绿色建筑中的应用[J].建材与装饰，2019（05）：19-20.

[8]張伟莉.基于BIM技术的绿色建筑设计应用对策[J].建材与装饰，2019（04）：125-126.