BIM技术在绿色住宅建筑设计中的应用研究

摘要：为有效应对建筑物能耗过高这一难题，应积极致力于推动建筑行业的可持续发展，以实现节能减排、绿色环保的目标。本文以新的经济环境为背景，以BIM技术为研究方向，深入研究此项技术在绿色住宅建筑设计中的应用。首先，简要阐述BIM技术的绿色建筑设计流程，如概念设计、深化设计、施工设计；其次，从采光、通风、日照、朝向等几个方面，分析BIM技术在实际建筑设计中的具体应用；最后，结合具体项目案例，提出行之有效的应用措施，旨在为人们提供舒适的居住环境，推进建筑与自然环境和谐共生。

关键词：BIM技术；绿色住宅；建筑设计；具体应用文章编号：2095-4085（2024）05-0114-03

0引言

近年来，随着“绿色生态、节能环保”理念的持续深入以及可持续发展战略的积极实施，建筑行业明确了相关规范，大力推行绿色住宅建筑物，为新时期下的建筑行业指明了发展方向。通过加强对BIM技术（建筑信息模型）的研究和应用，可以进一步优化绿色建筑设计环节，解决其中所存在的诸多问题，进而提升绿色住宅建筑设计水平更好地达到绿色住宅建筑要求。

1基于BIM技术的绿色建筑设计流程

1.1概念设计

该环节内容主要是对建筑项目的初步构思，以“绿色节能”为设计标准，以“创新性”为设计的核心，进一步明确主体与个体间的分配关系。基于三维建筑模型，BIM技术的概念设计要由设计方、施工方、监理方共同参与，在各方协调、详细分析下，设计人员要了解业主诉求及绿色建筑设计标准，并要对施工现场进行实地考察，分析绿色住宅建筑对周边环境造成的影响，减轻其对生态环境的破坏。由于概念设计处于项目前期，所以要从宏观角度加以布局，合理分配相关任务。（1）需要利用BIM软件计算分析土建施工中的土方量，并用软件系统中的功能完成三维模型构建。（2）可以使用BIM软件将施工区域内的地形地貌进行颜色标记，反映出该区域地势高低起伏，也能将其应用于建筑物的朝向和坡度中。（3）通过利用BIM技术对建筑住宅区中的道路布局加以设计，如绿化、消防、交通等，取代了以往繁琐的绘图工作。

1.2深化设计

深化设计是在概念设计阶段完成的基础上实现的，涉及了动力学、流体学等多个专业领域。通过使用BIM软件系统构建三维建筑模型，完成对建筑物整体的细致分割，解决概念设计中所存在的问题，需要消耗大量时间加以规划设计。为此，设计人员要合理梳理构建绿色建筑三维建筑模型中的细节，从中找出不规范、不合理的地方。在此基础上，应提供详尽的工程量、报价策划以及模拟动画，以确保专业设计、楼层净空等内容完全符合相关标准和要求。同时，除了要考虑绿色住宅建筑物所需性能外，还要分析建筑物运行中对周边环境的影响。（1）采光设计。通过完成此阶段的分析工作，如模拟阳光、电器照明、规划朝向等，优化设计绿色建筑采光方案。（2）通风设计。利用BIM软件系统模拟三维建筑模型，从中选择出最优的通风系统设计方案。（3）噪声设计。应用BIM软件中的相关功能，对绿色建筑物的消音、隔音等性能加以分析，以便于选择更加优质的隔音材料。（4）热工设计。使用Ecotect软件模拟建筑物环境温度，有效提升建筑物的保温和隔热性能［1］。

1.3施工设计

此阶段的工作是做好施工图纸及方案的设计任务，这些施工资料是建筑施工的主要依据。鉴于建筑设计中“绿色节能、生态环保”等设计理念的渗透，加之施工标准化、精细化等设计要求的提出，所以对施工图纸及方案的要求较高，需要对此投入更多的时间和精力。通过将BIM技术融入其中，以合同方案中的建筑物数据为基准，建立三维建筑模型，包括平面、立面及剖面等。通过分析采光、通风、噪声等方面的相关数据，既可以有效简化建筑设计环节，又能降低绿色建筑设计中的错误概率。应用BIM技术在施工设计阶段主要分为以下几个方面。（1）通过将BIM技术应用于施工管理中，可以切实提升施工设计的精准性，有效控制施工阶段的成本预算，确保工程项目能够按时完工。（2）在管线优化方面，BIM软件系统的应用可以助力设计人员发现设计缺陷，及时优化施工设计方案。（3）通过应用BIM技术，可有效汇总建筑项目所有的设计资料。

2BIM技术在绿色住宅建筑设计中的具体应用

2.1室内采光设计和分析

建筑室内环境中的光照情况对人们的居家生活具有深远的影响，如光色的冷暖、照度的高低等。在绿色住宅建筑设计中，设计人员可以利用BIM技术构建建筑物室内的三维数字模型，并从多维度分析建筑物表面的日光照射情况。如当地气候、建筑朝向、窗户大小、遮阳措施等，以便于准确掌握不同时间的日照情况，并在此基础上更好地规划设计室内照明系统，从而降低建筑物中照明、空调等设备的能源消耗，并实现建筑物整体的视觉效果。同时，在充分利用自然光照的基础上，也不可忽视遮光设计，这就要求设计人员应使用BIM技术模拟建筑光照的动态变化。可以通过合理设置玻璃幕墙、遮阳窗帘、绿色植被等减轻自然光的直接照射。除了要科学运用自然光之外，也要将人工采光方式融入其中。通过利用BIM技术对建筑物的采光特性加以分析，明确建筑物内具体位置及户型分布，从而进一步优化照明系统设计。比如，设计人员在BIM模型中添加天空穹顶元素，可以精准地模拟自然光射入角度及强度，有效减轻建筑物能源消耗，进而实现绿色节能的目标。

2.2室内通风设计和分析

从绿色建筑设计中发现，风速、风压、风向等因素直接决定了室内空气质量及通风效果，所以要对此环节加以重视。在这一过程中，设计人员要综合考虑建筑物的室内环境及周边区域等因素并进行检测。通过合理应用BIM技术模拟出真实的三维建筑模型，来计算分析影响室内通风的因素。如建筑物周边环境的风速、风压、风向等要素的改变，可在此基础上为该模型结构附加室内外分离环境，以便于对建筑物的主体布局和通风结构进行优化和完善，从而减少建筑物内空调、通风系统的使用率，进一步降低建筑物的能源消耗。同时，BIM技术的有效应用，可以帮助设计人员从庞大繁多的数据产品库中挑选出与之对应的通风设备，并利用BIM系统中的模块功能来模拟建筑物的通风情况，使其更加准确地计算出风力参数。如果建筑物内通风设备发生变化时，设计人员可以利用BIM软件模拟出建筑物中的通风设备，并对已经改变的通风系统加以优化和调整，最终实现降低建筑物通风系统能耗的目的，达到绿色住宅建筑设计要求（如图1）［2］。

图1室内通风系统设计

2.3建筑日照设计和分析

为进一步增强建筑物的舒适性，就要利用BIM技术对三维建筑模型进行多角度分析，包括建筑朝向、高度及周围环境等。比如，设计人员可以在BIM模型中添加周围高楼、树木等元素，从而更加准确地模拟出太阳光的入射角度和强度，以此来优化建筑日照设计。除了考虑建筑物周边环境的影响，BIM技术应用也可对建筑物自身结构和布局进行分析，预测出不同时间段内的日照情况。例如，在绿色住宅建筑设计中，可结合当地实际环境，通过利用BIM技术对建筑日照情况进行预测，以便于准确判断当地一年四季内建筑物的日照变化。如夏季日照强度较高，建筑制冷系统运行负荷较大；冬季日照强度较弱，建筑采暖系统运行负荷较大等。以此来优化建筑物的朝向和布局，使其能够更加科学合理地利用自然光，减少人工采光的方式，从而降低建筑物系统的运行能耗。此外，还可以将BIM技术与太阳能分析软件相结合，深入挖掘建筑太阳能资源利用的潜力。例如，使用BIM模型来模拟建筑物表面的太阳能吸收面积，预测不同时间段内的太阳能收集量，并以此为基础对太阳能利用系统加以优化设计［3］。

2.4噪声控制设计和分析

解决施工中的噪声污染是绿色住宅建筑设计中需要重点关注的问题。在此期间，设计人员要对建筑物周边环境进行观察，收集以往建筑物在运行期间室内所接收的噪声数据。然后通过BIM技术对建筑物产生噪声的来源、分贝等进行分析，并根据建筑噪声实际情况及其关联性，高效构建建筑噪声环境模型。在进一步完成专业分析后，对绿色住宅建筑设计方案进行优化，从而实现对噪声的有效控制，降低建筑室内所接收的噪声分贝。同时，需严格遵循国家关于噪声的相关规范，在BIM系统中录入相应等级和标准。结合绿色住宅建筑设计模型进行对比分析，持续优化和改进现有建筑设计方案，并要充分考虑建筑物周边环境中的各种噪声来源，适当调整自身设计理念和思路，最终规划设计出最优的方案计划，从根本上解决了建筑物内隔音效果差的问题。

2.5建筑空间设计和分析

在绿色住宅建筑设计中，建筑空间是尤为重要的，这就要求设计人员应从多角度考虑和分析，最大限度地降低建筑施工难度，以确保建筑工程设计、施工效果。通过合理应用BIM技术，将有关于绿色住宅建筑项目的数据归入其中，构建出完整的三维建筑模型，可以直观地观察建筑室内空间情况，分析和判断出室内环境、空间布局中各个功能之间有无冲突或问题，从而及时发现问题，最大限度上减少数据误差。从建筑空间角度出发，其所涉及了各式各样的要素，如室内环境、空间布局、建筑距离、建筑层高等。利用BIM技术构建三维立体模型，可以直观、全面地审视建筑空间结构，进而精准判断建筑空间布局是否契合业主的实际使用需求。通过这种方式，能够全面把握建筑空间结构的细节，并对其进行优化设计，以提升建筑物室内空间的利用率和合理性，从而满足绿色住宅建筑设计要求（如图2）［4］。

图2建筑空间布局规划

2.6建筑热工设计和分析

建筑热工是通过对建筑物的热量传递、能量消耗等方面加以分析，有效利用BIM技术，可以大大提高建筑设计效率和质量，从而实现绿色建筑设计目标。通过应用BIM技术，可以添加建筑设计中的各项元素，构建建筑热力学模型，模拟建筑物内的温度、湿度、热量等参数，帮助设计人员优化建筑热工性能，并预测建筑运行费用和维护成本，从而利于设计人员全面统筹建筑生命周期成本，达成绿色住宅建筑设计标准。在此期间，要重点关注建筑外墙结构，进一步改善外墙保温性能，具体方法如下。（1）使用聚苯材料，可以减少建筑物所承受的热荷载，提升外墙保温性能。（2）使用双层中空玻璃材料，降低建筑外窗导热系数，阻碍室内外热量传递。（3）建筑楼顶要采用保温系统，将屋顶导热系数变小，维持建筑室内恒温。（4）可以在建筑外墙容易受到较强光照的位置安装遮阳板，如完全遮挡、垂直遮挡、水平遮挡，以起到隔热保温的作用［5］。

3结语

综上所述，BIM技术在绿色住宅建筑设计中发挥着举足轻重的作用。这促使设计人员必须深入剖析绿色建筑设计的每一个细节，从采光、通风、日照、噪声控制、空间布局到热工性能等多个维度全面探索BIM技术在建筑设计中的实际应用。这不仅能够显著降低建筑设计的成本支出，还能有效提升建筑施工质量，从而促进建筑行业可持续发展。

参考文献：

［1］贺卫红.绿色建筑节能设计中BIM技术应用探讨［J］.陶瓷，2022（5）：143-145.

［2］项忠荣.建筑设计中掌握绿色建筑设计的要点探讨［J］.居业，2023（11）：90-92.

［3］冯雪源.BIM技术在绿色建筑设计中的应用解析［J］.建筑工程技术与设计，2019（33）：342.

［4］张天宝.民用建筑中绿色建筑节能设计的应用分析［J］.百科论坛电子杂志，2020（5）：10-11.

［5］张锦波.BIM技术在绿色智能建筑设计中的应用研究［J］.绿色建造与智能建筑，2023（3）：43-45.