基于BIM 技术的绿色建筑设计质量管理研究

赵雄 王汉庄 但阳

0 引言

建筑从施工到后期使用，都会造成大量能源消耗，并且建筑还会影响到其他领域，包括空气质量、河流水体等，为了推动我国持续性发展，推动绿色建筑设计势在必行。首先要融入绿色环保理念，倡导生态与社会的协调统一，尤其是消耗较大的高层建筑，更应该提高绿色环保性能，其次设计环节中突出自然环境条件，不过这也需要应用现代科技，对绿色建筑设计质量展开管理。BIM 技术具有功能模拟、系统优化以及细节特点改进的作用，通过构建虚拟模型即可完成设计优化，为绿色建筑设计、施工创造有利条件。

1 BIM 技术综述

1.1 BIM 技术定义与理论

BIM 技术经过多年发展已经日渐成熟，甚至成为建筑领域中不可或缺的技术之一，作为现代科技主要利用数字化功能可以对整个建筑工程进行优化，而且能够为不同时段、阶段的决策提供有效依据。BIM 技术的用途非常广泛，涉及建筑领域的各个方面，是目前比较有效的信息化工具，不仅能够实现数据信息的交互，同时有利于解决各类问题，最终实现各方协调配合。初级阶段BIM 技术主要应用在优化建筑设计中，不过现阶段BIM 技术不仅限于优化完善等功能，可以提高建筑工程的信息量，并将各类问题简单化，包括设计问题、施工问题都可以借助BIM 技术进行解决，切实提高建筑效率与水平。

1.2 BIM 技术特点与优势

BIM 技术有很多应用优势，目前应用最多的就是模拟功能，简单来说就是提前进行测量获取数据信息，构建出三维立体建筑模型。该模型能够展示出真实的场景，为后续设计提供了充分便利，并且可以持续性调整优化，例如想要提高绿色建筑的节能效果，就可以借助BIM 技术进行日照模拟、通风模拟，对建筑的位置和朝向进行确定，最终获得科学合理的设计方案，有利于减少建筑使用过程中的能源消耗。其次，三维立体模型要比传统二维图纸更为直观，借助BIM 技术的可视化特点，提前了解施工中需要注意的问题，为后续的工程建设打下扎实基础。

1.3 BIM 技术在绿色建筑设计中的应用现状

BIM 技术给建筑工程带来了巨大效益，所以在建筑领域中BIM 技术得到广泛认可，目前来看BIM 技术主要应用在前期设计阶段，针对各个施工环节的展开优化完善，还能针对经济成本风险展开预测，对于施工过程中的成本投入有很大影响。另外BIM 技术有利于信息传递，支持各部门、各岗位协调工作，而数据信息的及时传递，也为工程建设创造了有利条件，因此BIM 技术在设计阶段中的应用优势尽显。在绿色建筑设计中，BIM 技术也将继续发挥出提高施工水准、预防施工事故、减少成本投入的优点，为绿色建筑发展创造有利条件。

2 绿色建筑设计理念与原则

2.1 绿色建筑设计理念

绿色建筑的设计核心是尽量减少能源、资源方面的消耗，同时降低对生态环境的污染破坏，因此要尽量选择提高建筑环保性能的新技术、新材料。除了材料的建筑位置规划，通风、日照等因素也会对建筑本身的环保性能造成影响，可以通过调整建筑朝向位置，同时加强太阳能、风能、生物能等自然资源的使用，使用过程中不会对自然环境造成影响。由此可见绿色建筑的设计强调与周边环境互相融合、协调统一。并且要采用绿色纯天然材料，在施工前必须通过环保检验，确定不会对人体造成危害，以此来降低传统粗放型建筑设计理念下，造成的建筑废弃物过多、资源能源过度消耗等问题，打造高质量的居住空间环境。

2.2 绿色建筑设计原则

建筑应该作为一个开放的体系并与环境构成有机系统，在设计上应追求最佳环境效益，充分体现出对自然环境与社会生态环境的关心和重视，避免对当地的生态造成破坏，借助建筑地形、地势的优势，结合绿色环保材料与工艺的使用，节约能源减少污染。首先绿色建筑设计要始终坚持环保原则，考虑经济成本的同时，照顾到周边生态环境成本，尽量选择污染较小的设计方案。其次应重视适用性原则，体现出以人为本的理念，既对用户的关心，增强用户与自然环境的沟通，在健康舒适且充满活力的环境下生活、工作，充分保障用户安全与健康，推崇社会、生态和谐共处，从而发挥出绿色建筑设计的高效原则。

3 BIM 技术在绿色建筑设计质量管理中的应用

3.1 建筑场地环境分析

借助BIM 场地气候展开详细分析，以此来优化绿色建筑设计方案，在场地环境分析过程中主要运用BIM 软件Autodesk Ecotect Analysis 将场地气候数据转换为图像信息，使设计师能够直接了解建筑场地相关的数据，包括了解地面平整度、地势坡度等，并根据计算合理安排建筑的位置与朝向。场地设计需要将建筑与周围环境看作为整体，以确保两者能够形成统一，从而发挥出绿色建筑的最大化效率，包括节约土地资源、能源等。不过场地气候环境分析相对复杂，必须通过BIM技术进行建模，通过三维数字转换技术模拟场地。需要提前对场地数据展开收集，包括地图矢量化采集、人工测绘以及航天影像测绘，借助地理数据信息即可完成模型建设。由于建筑场地大多处于不平整的状态，所以在场地分析中要明确好高程与坡度两个重要因素，利用BIM 技术即可快速分析各项指标，这样就能保证场地平台符合建筑要求。除了施工位置的调整以外，场地分析还会有利于后续施工环节，通过模拟确保场地达到最佳的平整度，后续施工中就会减少开发和回填，而原有地形、地貌也会得以保留，包括场地中自然排水。因此BIM 技术有利于优化绿色建筑设计方案，减少施工中的土方开挖。在以往建筑设计中道路布设需要相关人员深入现场进行绘制，从而选择最佳的道路布设方案，BIM 技术的应用可以根据标高自动形成曲面、平面、纵断面等，帮助设计师快速分析，提出不同的道路布设方案。

3.2 建筑体型位置设计分析

对于建筑设计来说外形也是比较重要的环节，目前来看人们对于建筑外形的需求较高，因此建筑外形不能为简单的方形体，必须符合实用性与美观性的要求，甚至很多建筑需要具备精神象征，能够作为城市中的标识而存在。比如北京奥运会所采用的体育馆水立方，基本上就属于标志性较强的建筑物，所以在设计中要考虑到建筑形体问题，同时做好内部结构实用性设计，加上节能方面的考量，才能达到绿色建筑设计需求，因此BIM 技术的应用必不可少。当下建筑中常用的Revit 软件，就有一项自适应功能，而该功能可以根据数据信息快速建模，并且具备透视功能，对建筑外形整体效果展开观察，为方案设计创造了有利条件。另外利用BIM 技术可以实现建筑位置设计优化，这也需要对场地环境等数据进行分析，结合环境因素才能明确建筑物的具体朝向与间距，实现最终的总体布局。在朝向方面日照、通风、热辐射，都是较为关键的气候因素，也是选择朝向的前提条件，例如借助BIM 技术对日轨图进行分析，以此来展现出建筑朝向与日照之间的关系，包括阳光照射的具体区域、角度、变化范围等，甚至可以模拟一整年的光照效果，而设计师也可以根据日照情况运用太阳能，这也是提高建筑绿色环保性能的重要举措。间距的确定也要参考光照和通风，尤其通风对流环境的建立，这也是绿色建筑的主要体现，通过BIM 技术模拟不同角度的风向，从而得出不利于外部环境的通风，找到最佳的室内通风条件，设计师要尽量沿气流方向增加建筑的间距设计，或者通过大风向入射角的布设，提高建筑的通风性能。

3.3 建筑整体性能分析

对于绿色建筑设计来说，后续投入使用能源消耗也是重点考虑的环节，这与建筑整体性能有着密切关联，所以在设计中要充分模拟环境因素，以此来实现绿色节能设计，降低使用过程中的能源消耗。在环境模拟过程中，主要采用了CF 的仿真工具，该软件可以对绿色建筑通风要求进行评价，同时反映出自然风气流的密度、主导方向、最大流速，两者结合即可优化完善建筑性能。除此之外建筑隔音也是比较重要的因素，这需要对场地噪声进行模拟，从而满足住宅建筑的需求，可以采用计算机声环境预测模拟分析技术，这是目前比较简单便捷的模拟方法。能耗方面是绿色建筑设计的重中之重，这也是和传统建筑的最大区别在分析过程中需要将全年的能耗作为评价指标，另外我国对于建筑有着相应的节能标准，在模拟过程中可以按照标准对建筑能耗展开判断，比如运用IES 软件，就可以模拟优化提高建筑节能性。除此之外要考虑好自然因素，比如创造良好的自然通风与采光条件，不仅有利于提高建筑的舒适度，同时减少不必要的照明与空调能耗，另外通过模拟分析会决定施工中所使用的材料，包括饰面材料、围护结构、外墙材料等，对整体设计进行优化，打造舒适宜居的环境氛围。

3.4 建筑材料与工艺分析

在绿色建筑设计中，材料与工艺是两大核心，建筑是否能够符合环保标准，取决于材料与工艺的使用。材料与技术的选择至关重要，决定了绿色建筑的质量好坏、投资成本，另外还会影响维护保养，比如材料与工艺的使用存在问题，后续建筑容易出现质量缺陷，不得不投入大量的修复资金。在当前的绿色建筑设计中，具有环保性质的建筑材料得到广泛运用，此类建材不仅使用了环保资源作为原材料，同时制造过程也采取了清洁生产技术，对于人类的身体健康格外重视，应用在建筑中不会产生有毒、放射性污染物，符合现代绿色建筑设计理念。在材料与工艺的选择上，同样可以借助BIM 技术进行优化设计，包括改变建筑材料的种类、材质等，尽量选择与绿色环保理念相匹配的工艺，或通过BIM 技术对设计中的问题予以解决，切实提高建筑材料与工艺的环保性能。现阶段有很多符合绿色环保理念的材料和工艺，例如建筑中的地暖、太阳能幕墙等，都可以适当降低能源消耗，并且结合BIM 技术，即可判断建筑材料中是否具备放射性物质，减少对人体造成的危害，明确建筑材料环保性能，满足绿色建筑原生态要求，构建舒适、健康的建筑内控空间环境。

3.5 建筑新型能源利用分析

新能源利用也是判断建筑环保性能的重要指标，并且能够对后续的应用造成显著影响，因此在绿色建筑设计中最不能缺少的就是新型能源规划，可以对整个建筑进行分析，将新型能源应用在多个层面，这也需要借助BIM 技术进行立体化模型建设。比如通过模拟对建筑的光照进行分析，就可以使用光伏玻璃、太阳能，提高可再生资源的使用效率，建筑的环保性能也会大大提高。除此之外像风能也是比较优异的新能源，可以满足建筑最基础的能源使用，除此之外太阳能空气集热器等装置，同样有利于调整建筑内部环境，所以自然资源是创造清洁型能源的重要途径，也会助力我国绿色建筑设计发展。BIM 技术可以充分反映出建筑形态与内部空间结构，加上周边气候环境的分析，即可对新型能源的利用有更好地理解，改变原有的设计方案，运用新型能源提高内部空间感受，节约不同的能源消耗。

3.6 建筑给排水设计分析

在绿色环保理念不断推广的条件下，建筑的节水性能也得到广泛重视，不少绿色建筑在设计中应用了节水技术，通过供给、排放、处理、储存以及再利用的模式，形成水资源的循环应用，尤其在民用建筑中会节约非常多的水资源。当下可以从建筑的给排水设计中进行入手，通过BIM 技术对高层水压进行模拟，从而科学合理的设计给排水系统，包括排水管道以及水流量控制，既能满足高层用户的需求，同时节省更多水资源消耗。在材料选择方面通过BIM 技术即可帮助设计展开优化，提高材料的绿色环保性能，布局上同样可以模拟规避管道之间的冲突。除此之外给排水附属设施在安装时，运用BIM 技术进行模拟能够减少安装问题，同时简化给排水管道施工流程，避免造成二次返工的现象，提高绿色建筑的经济效益。

3.7 建筑暖通设计分析

以往在建筑暖通设计中，主要通过绘制二维图纸作为参考，在设计中缺乏全面性，并且施工人员很容易误读设计师的想法，所以造成施工错误，不得不面临返工带来的经济损失。在BIM技术的支持下暖通工程将会得到优化，基于三维立体模型的构建，让施工人员能够明确了解各项技术环节，尤其是空调系统中的隐蔽工程，可以借助BIM 技术将需要明确的部分予以详细说明，这样就能减少施工中的理解错误，避免盲目施工造成质量问题。另外BIM 技术可以反复对设计方案进行调整，直到符合绿色环保理念，在反复模拟演示中找到其中的缺陷，从设计出最佳的施工方案。通过优化暖通系统的性能将会得到提高，同时消除了噪音等负面影响，因此暖通系统在建筑设计中至关重要，也需要设计师运用好BIM 技术进行优化完善，提高建筑的环保性能。

3.8 优化施工流程减少污染

为了减少后续施工中的污染现象，绿色建筑设计应充分融入绿色环保理念，基于BIM 技术分析对自然生态环境造成的破坏程度，优化整个施工方案，降低对生态环境的影响。首先运用BIM 技术对施工过程进行模拟，比如施工过程中会产生的空气污染、噪声污染等，通过与周边居民的距离计算出影响程度，优化作业时间即可降低污染。虽然建筑工程对于环境造成的污染在所难免，不过仍然可以通过预防和控制减轻污染现象，在出现灰尘污染时通过洒水保持现场湿润，施工过程中产生的污水必须经过处理才能排放，固体废料可以通过回收利用的方式处理，不能采用填埋、焚烧等方法，通过采用BIM 技术施工过程中的污染现象得到改善，促使建筑符合绿色环保节能要求。

4 结语

绿色建筑设计是我国重要的发展战略，从以往提出的生态文明建设就能看出，我国对于环保事业的重视程度，这也改变了建筑行业发展趋势。随着环保理念逐渐深入，与建筑设计形成充分融合，目前来看绿色建筑设计能够同时兼顾经济与生态两个方面，在满足社会发展的同时，保证生态环境平衡，因此有利于提高日常生活质量，推动建筑行业与生态环境保护协调发展。当下在绿色建筑设计中应发挥出BIM 技术的作用，对各个施工项目进行有效完善，尤其在建筑成本投入方面，通过BIM 模型进行深化，促进建筑质量得到提高，推动我国绿色建筑稳步发展。