基于BIM的智能建造技术在绿色建筑中的应用

王娟娟

(山东华宇工学院,山东 德州 253000)

BIM提供了一种集成方法,通过数字建模、数据共享及协同工作,将设计、施工及运营各阶段连接在一起,是一种具有数字化、可视化等特征的全新技术工具,可有效改进施工现场信息管理的不足。BIM特征如表1所示。智能建造技术包括自动化、物联网及人工智能技术,可提高建筑施工效率及质量。而BIM可用来设计这些系统的最佳布局,确保其与建筑整体设计协调一致[1],优化建筑外观、绝缘性、采光性,减少能源消耗。

表1 BIM的特征Tab.1 Characteristics of BIM

智能建造主要包括数字化建模与设计、自动化与机器人技术、传感器与物联网、虚拟与增强现实等,利用现代技术和数字工具,将建筑项目管理和执行提升到一个更高的水平,从而提高效率,降低成本,提供安全的工作环境[2]。智能建造以建筑信息模型为主,是一种三维数字模型,包括建筑几何信息、属性信息及关联数据。本研究以数字化建模与设计中的BIM模型为对象,讨论智能建造在绿色建筑中的应用。

1 基于BIM的智能建造技术构建绿色建筑信息管理模型

基于智能建造技术构建了一个绿色建筑施工现场信息管理系统,采用C/S和B/S两种模式,逻辑框架可分为信息收集层、基于BIM的数据处理层及应用层,如图1所示。

图1 绿色建筑施工现场信息管理框架Fig.1 Framework of information management of green building construction site

2 基于BIM的智能建造技术在绿色建筑工程中的评价

BIM模型已经从辅助工具演变为数据及信息处理的核心,利用BIM信息模型的模拟、可视化及参数化能力,可在平台上以兼容的文件格式高效进行绿色建筑评估[3],降低文件传输量,节省成本,减少人力需求,解决评估周期过长的问题。可使用各种模拟软件工具来模拟分析结果,将这些结果与绿色建筑工程评估标准进行比较,确保评分透明,不受主观判断的影响,减少了手工审核工作量,提升了准确性。表2是具体的指标体系。

表2 指标体系Tab.2 Indicator system

2.1 计算机BIM技术改进方法

基于熵权方法,考虑绿色建筑评价体系指标的可变性,对其进行改进,得到了更加完善的计算指标权重模型。若待评价项目对应的评价指标原始数据矩阵为X=(xij)n×m,则如式(1)所示。计算步骤及公式如表3所示。

表3 基于熵权法的计算步骤及公式Tab.3 Calculation steps and formulas based on entropy weight method

(1)

2.2 基于熵权法的客观权重确定

熵权法通过计算与每个指标相关的价值系数来确定指标权重,熵权较大,表明具有更大的重要性,可反映该指标的权重。基于评价指标体系的准确性及可适用性需求,邀请8名专家对智能施工技术在绿色建筑中的应用进行分析,评估结果见表4。

表4 指标评分结果Tab.4 Results of indicator results

2.3 客观权重结果计算

依据专家的打分结果,应用软件基于熵权法进行编程,计算得到各评价指标的客观权重,具体计算方法见表3,最终得到的指标权重如表5所示。

在一级指标中,运维管理(B1)所占权重最大,是项目运维阶段的重点,即工程项目的运维管理,是基于BIM技术对项目设备、空间、能耗、结构健康监测、消防应急进行管理。在二级指标中,运维平台安全性(C22)所占权重排第一,表明运维平台安全性的重要性。消防应急管理(C15)占有较高权重,反映了运维管理(B1)在项目运维阶段BIM应用评价中的重要性。BIM通过数字化建模提供了建筑设计及规划的可视化工具,可提升建筑能源利用率,如优化窗户布局、选择合适的绝缘材料。BIM允许多个团队成员在同一个数字平台上协同工作,这有助于不同人员之间的信息共享及协调,减少建筑设计及施工过程中的冲突,更好地控制资源及材料,避免浪费。智能建造技术可用于建筑监控及管理,提高能源使用率。通过物联网传感器数据分析可实时监测能源消耗,采取措施降低能源浪费。

3 基于BIM的智能建造技术

3.1 空间规划技术

在绿色建筑工程时空冲突分析方面,可利用BIM空间规划技术对立交运行进行动态安全管理[4]。碰撞检测主要包括设备管道冲突与碰撞检测、机械冲突与碰撞检测,如塔吊选址、施工机械碰撞、施工机械与建筑结构碰撞等施工安全分析。建筑碰撞检测及过程优化过程如下：输入建筑模型,生成结构模型和力学模型检测报告,包括优化设计方案及施工方案。

3.2 施工现场疏散技术

BIM技术可应用于建筑的各个阶段,特别是在施工阶段可建立真实的施工现场环境,利用虚拟施工技术动态展示整个施工过程,模拟施工人员疏散所需的模型环境。借助BIM生成三维环境仿真,验证疏散流程的可行性和科学性[4]。借助多维参数模型和智能仿真模型进行实时仿真,保证疏散信息的完整性。通过建筑疏散场景、设置疏散人员及障碍物,实现对疏散模拟结果的有效分析。

4 结束语

BIM在建设项目中的应用有助于实现施工安全管理的信息化,提升其可见性、沟通性及协调性,有效预测施工风险,保证管理沟通的信息畅通。将智能建造技术应用于绿色建筑中,可更好地规划、设计、管理绿色建筑项目,提升能源利用率,进一步推动绿色建筑的发展。