BIM技术在绿色公共建筑设计中的应用

缪国栋 江苏省如东中等专业学校高级工程师，教师

在全球各国对绿色建筑关注度日益提升的背景下，普通公共建筑能耗大、保温性能差、光污染、通风不良等问题日益凸显，因此，必须对公共建筑进行绿色设计。而建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是一种可应用于建筑全周期的成熟技术，可以打破各专业间信息交互壁垒，使数据在建筑工程设计不同阶段准确、高速流转，助力绿色公共建筑概念设计、深化设计、施工图设计顺利进行。

1 BIM技术在绿色公共建筑设计中的应用优势

1.1 快速绘制三维模型

虽然二维计算机绘图较之手工绘图在设计质量、速度方面均出现了较大的提升，但是仍然存在图纸繁多、错误率高、协作沟通难度大等情况。加之由于建筑是由人设计、规划的，人为错误在所难免。而利用BIM技术，可以基于3D平台进行三维立体模型的快速绘制。并根据需要进行三维模型剖切实现平面图的快速、准确切割[1]。以Revit平台为例，其专门面向建筑，可以设计人员期望的形式运作。较之计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）制图、建模方式而言，通过娴熟掌握并应用Revit Architecture这样的软件解决方案，模型制作速度更快、准确率更高。

1.2 重整低效工作流

工作流涵盖了设计工作在单位完成进程、进程完成速度两方面内容，BIM技术是对工作流产生直接影响的技术。通过在绿色公共建筑设计中应用BIM技术，可以中断并重整效率低下的工作流，改善高效的工作流。利如，利用Revit技术，可以改善建筑设计流程，提升生产力50%以上。

1.3 多专业协作

在以往的绿色公共建筑设计过程中，各专业间沟通壁垒较大且极易出现冲突。通过将BIM技术引入绿色公共建筑设计中，可以以同一个模型为基础，组织各专业协作设计。通过多专业系统方案之间的空间协调运作，可减少传统绘图与协调方法中的重复劳动，有效缩短绿色公共建筑设计耗时，保证设计时效，并使设计师更加专注高价值设计，为建设方提供最大价值。

2 BIM技术在绿色公共建筑设计中的应用方法

2.1 软件选择

软件选择是绿色公共建筑特定设计任务完成的关键，因此，设计人员应根据绿色公共建筑设计需要，恰当选择软件。一般绿色公共建筑设计应用的BIM软件需要满足不同软件之间的信息交换、构建多专业模型（电气、建筑、设备、结构等）、输入参数、输出多格式数据（TXT、RVA、IFC等）的需要，设计人员可以选择Revit或者鲁班系列软件、广联达系产品。其中，Autodesk软件公司开发的Revit产品在绿色公共建筑设计中应用较为普遍，其是一个集成机械、架构、电气工程、结构的工具，可以自动生成数量、图形、表格的账单，满足绿色公共建筑设计要求[2]。

2.2 概念设计

概念设计是面向整个绿色公共建筑开展架构思索的环节，这一环节可获得多样化设计方案，为后续设计构架确定提供依据。概念设计大体决定了整个绿色公共建筑的结构设备、空间功能分配、施工工法以及体量、位置、外观。相较于以往完全依赖于建筑师知识、经验的设计方式而言，基于BIM的绿色建筑概念设计可以利用软件的参数化设计理念，自动对比需求、制图标准，进行施工图、详图的绘制。同时，利用BIM多专业协作优势，将设备工程师、外结构工程师、运营方、施工方均纳入一个体系，面向绿色公共建筑整个过程，围绕一个共同的目标————绿色设计，共同商讨，分解任务。例如，针对绿色建筑标准要求的绿色公共建筑不应对周边建筑形成光污染等要求，可以制定具体的设计目标，进而以BIM三维模型为基础，从不同专业视角出发详尽描述建筑信息。最后，设计人员可以通过三维模型接口，将各专业描述信息导出节能分析软件可识别的格式，尽快获得分析结果，为后续材料热阻值改进、设计参数调整提供依据。通过几轮专业信息反馈，可以获得完备的概念方案。

2.3 深化设计

概念设计方案获得之后，设计人员可以结合绿色评价标准进行相关方案的深化设计，即利用跨专业整合的方式，分配特定属性、关系，并编制包含抽象建筑几何形状在内的分析数据模型。对照设计意图，进行BIM分析模型的提取，进而利用BIM参数化信息转换功能，满足照明模拟与结构分析、能耗分析、声学分析等绿色公共建筑设计参数导入需要，最终获得涵盖丰富建筑信息的三维模型[3]。以装配式混凝土结构的绿色公共建筑设计为例，设计人员可以首先利用Allplan Precast等软件对单个预制构件进行建模，随后在建筑平面图内拼装构件，进而以“属性”选项工程参数设定的形式，直接在模型上进行节点拆分，进行构件配筋、水电预留预埋、吊点等内容的深化设计。

2.4 施工图设计

施工图特指指导施工的设计图纸，与施工效率紧密相关。利用BIM技术自带的施工图绘制功能，可以直接将视图界面点至所需平面图的相关楼层，获得对应楼层的平面图。或者在三维视图下，进行楼梯的剖切，获得楼梯位置的详细图纸。整个过程不仅可以实现施工图纸的快速、准确绘制，而且可以清晰展示复杂结构，便于绿色建筑施工作业顺利。

3 BIM技术在绿色公共建筑设计中的应用实践

3.1 项目概况

C建筑为中学教学楼，为地上5层结构+地下1层自行车停放处。局部区域为地上4层，地上建筑面积31456 m2，总建筑面积为32151 m2。该建筑拟采用BIM技术，围绕绿色设计方针多专业协作，从新能源使用视角入手完成设计目标。而业主对该项目设计要求为达成《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378——2014）中的2星级要求，即在节地与室外环境、节能与能源利用、节水与资源利用、节材与资源利用、室内环境质量等方面评分中总得分达到60分[4]。例如，场地内土壤中氡浓度小于2万Bq/m3等。

3.2 设计方案

在节地与室外环境方面，通过BIM自带资源库，C建筑选用了5 mm屋顶保护层+5 mm防水卷材+20mm水泥砂浆黏结层等作为围护结构。

在节水与资源利用方面，通过基于BIM的多专业协同，C建筑选用了供水压力为0.30 MPa的城市自来水，并利用2根给水管配合2路供水，构建了环状供水管网，前4层由市政直接供给，四五层则选择加压给水。同时，整个项目设计了地埋式酸碱中和池及雨水收集装置，可以收集较为洁净的雨水用于景观灌溉，减少了直接排放污水对环境造成的危害。

在节材与资源利用方面，通过基于BIM的三维模型构建，C建筑选择了国家大力推广的高强度、可循环、高耐久的建筑材料，可避免建筑物有害物质对使用者、运行结构的危害。例如，预拌砂浆、混凝土，减少了粉尘、噪声污染。

3.3 BIM模拟分析

在室内外环境质量方面，需要综合考虑日照、通风、能耗等多种因素，进行恰当设计。首先，结合《城市居住区规划设计规范》关于建筑日照的规定，将Revit软件中的RVT格式模型导出为DXF格式，进而导入Ecotect中，形成ECO格式的日照分析模型。具体分析时，可以选择大寒日08:00——16:00建筑遮挡日照最不利一处窗户为目标，分析当日太阳照射项目形成的阴影，满足住宅建筑日照规定的方案，进而经软件分析数据汇总，以日照分析图+计算阐述文件的形式，为绿色公共建筑环境质量设计提供支持。

其次，鉴于高大建筑物会通过改变区域近地面层风场结构而影响环境舒适性，甚至威胁公共建筑内外安全性。因此，设计阶段可以结合《绿色建筑标准》关于建筑周边人行区风速低于5 m/s的要求，在概念设计时贯彻避开冬季主导风向、便于夏季自然通风的方针。即在Airpak软件的支持下，利用基于BIM的CFD模拟方法，以周围空气龄、建筑表面风压、周围风场风速为指标，建立C建筑室外风环境的模拟模型，分析C建筑周边风场分布、室外风环境对室内不同季节防风干扰[5]。模型中可设定夏季主导风向为南东南，冬季、过渡季节主导风向均为西南，基准高度风速分别为1.90、2.10、2.40 m/s。通过风速矢量计算，判定风速是否满足要求。若因过渡季节、夏季前后压差在1.50 Pa以下导致风速与要求不符，则可以选择引导通风措施。例如，在C建筑西北侧横排栽植本地大冠幅乔木等。引导通风措施实施之后，可以再次对各季节前后压差进行分析，确定自然通风增强效果。

4 结语

虽然当前建筑业特别是绿色公共建筑的设计面临诸多难题，但是由于以BIM技术为代表的新工艺的不断发展，使绿色公共建筑设计存在更大的发展机遇。因此，在绿色公共建筑设计过程中，相关人员可以恰当利用BIM技术，面向绿色公共建筑概念设计、深化设计、施工图设计，最大限度地寻找节约材料、节约能源、节约水源、节约土地的方法，满足绿色公共建筑与自然和谐共生的需求。