绿色公共建筑设计中BIM技术的运用

【摘要】近年来，我国建筑业提出“绿色建筑”的全新概念，在公共建筑中大行其道，取得显著的经济、社会与环境效益。与此同时，相比于早期建筑，绿色公共建筑有着结构造型复杂、能耗过高、设计难度大的特征，对建筑设计水准提出了更高要求，传统设计方法有待改进。鉴于此，文章以BIM技术作为切入点，简要叙述BIM技术价值，探讨BIM技术在绿色公共建筑设计中的应用情况，依托技术构建一套全新的设计方法。

【关键词】BIM技术；绿色公共建筑；设计方法

1BIM技术在绿色公共建筑设计中的应用价值

1.1专业协调方面

各专业建立的BIM模型间保持紧密联系，在总数据库带动下同步更新，帮助设计人员全面掌握其他专业设计成果，如暖通等专业的管道碰撞、与土建结构碰撞时，将在模型上直观呈现这一问题，由设计人员对管道布置进行调整。同时，各专业设计人员也可基于BIM模型召开视频会议，相互沟通、协商专业冲突问题。

1.23D建模方面

早期项目中普遍绘制二维CAD图纸，由多张图纸共同表达三维立体空间，存在绘图量大、理解困难的问题，而BIM技术可以直接构建3D模型立体化呈现三维空间，无须开展繁重的绘图工作，还可以更为直观、准确地表达设计意图与建筑结构造型[1]。

1.3模拟检查方面

凭借BIM软件强大的逻辑分析和数据处理能力，设计人员可以在软件中开展模拟施工实验，模拟不同假定条件下的施工过程，对比实验结果是否达到预期设计要求，从中发现并解决设计问题，为深化设计提供依据。

2BIM技术在绿色公共建筑设计中的具体应用

2.1室外环境设计

2.1.1日照分析方面在BIM软件中导入建筑总平面图、立面设计图、幕墙或外墙设计图等图纸作为证明材料，在软件中模拟分析绿色公共建筑的室外光环境，判断既定设计方案是否造成光污染或是影响周边建筑日照条件，根据分析结果对建筑外立面造型、相邻建筑物间距、建筑围护形式等设计内容加以调整，直至通过室外环境设计评价。同时，也可开展日照辐射分析实验，在实验期间观察栽植不同品种植物、植物在不同位置栽植时的生长情况，从中选择最佳的植物品种与栽植位置。

2.1.2朝向分析方面由于各个公共建筑的所处区域气候条件、现场地形地貌与地势走向有着明显差异，要求设计师遵循因地制宜原则，根据现场环境情况计算最佳的建筑朝向。设计师可借助BIM技术实现这一目的，在软件中开展日照分析、风环境模拟等一系列实验，兼顾日照、景观视线、通风等多项要素，在其基础上设定建筑朝向[2]。例如，在福建古田山庄项目中，建筑群位于丘陵地带，建筑依山傍水、现场地形高低起伏不定，设计人员使用ECOTECT软件进行日照分析实验，生成三维朝向图、建筑朝向竖直投影图等图纸，最终将建筑群朝向设定为南偏东25度（见图1）。

2.1.3风向优化方面在早期部分建筑工程中，忽视了风环境分析工作，未根据现场风环境情况调整建筑布局和改变场地物理环境，在后续建筑使用期间偶尔出现涡旋、滞风等现象，严重时引发污染物扩散、室外散热效果不佳、通风不畅等一系列问题出现。对此，设计人员需要借助BIM软件开展风向优化工作，在软件中搭建与布局结构一致的场内场景，导入当地气候条件来模拟风环境，根据模拟分析结果来调整设计方案。仍以福建古田山庄为例，风向优化分析过程如图2所示，当地属于亚热带海洋性季风气候，在每年的9月～1月为西北风向和北风，在2月～8月为东南风向，基本不会出现过冷、过湿现象。根据模拟分析结果，选择在基地西北角区域栽植密林和草坡用于遮挡寒冷风向，在基地东南角部位设计铺砖广场用于引导凉爽的东南风向，并对建筑物的窗墙比、开窗方向进行调整，明显改善了室内自然通风条件，预估每年可节省545kW的空调能耗[3]。

2.2节能与能源利用设计

2.2.1在围护结构热工性能分析方面设计人员在BIM模型中添加保温材料热工性能、墙体材质等有关围护结构的参数值，检查模型参数值是否符合《公共建筑节能设计标准》（GB50189）的相关标准，判断围护结构热工性能是否达标，在性能不达标时采取调整墙体厚度、使用其他品种保温材料、改变建筑围护构造层次等措施，直至围护结构热工性能达标[4]。

2.2.2在总平面设计方面以改善室内自然采光通风条件为首要目的，通过优化建筑室内平面布局，起到改善采光通风条件、缩短照明与空调通风等系统运行时间的节能效果。

2.3节材设计

相比于传统建筑，绿色公共建筑在施工期间使用到大量的新型绿色建材，不会对现场环境造成严重污染，且绿色建材具备较高的再生利用价值，可以将废弃材料进行破碎加工等处理后制成全新建材，投入循环使用当中。对此，为深挖绿色公共建筑的潜在价值，设计人员需要运用BIM技术进行节材设计，优先使用可循环利用、低污染性和无污染性的绿色材料，将既定设计方案导入BIM软件中进行模拟施工实验，根据试验结果来统计绿色材料的实际用量，在用量偏低时则对方案内容加以调整，确保绿色材料用量不少于总体材料的10%。

3基于BIM技术的绿色公共建筑设计方法

3.1概念设计

在概念设计阶段，应用BIM技术实现可视化呈现、量化考量两项目标。其中，对可视化呈现目标的实现，设计人员直接在BIM软件中构建3D模型，直观呈现公共建筑的设计构思，便于各专业人员直观理解和相互探讨，业主观察3D模型是否符合公共建筑的使用要求，提出较为具体的修改意见，根据反馈意见进行修改，同时，业主与工程参建单位依托BIM模型跟进设计过程，及时提出意见、按照反馈意见来修改方案，这将起到提高设计效率、简化设计流程、避免无效设计的作用。而对量化考量目标的实现，在概念方案设计完毕后，对软件中构建的BIM模型进行分析评估，从模型中提取特征值与参数量，以数据形式显示建筑材料用量、围护结构热工性能、建筑系统运行能耗和总体能耗、碳排放量、光照时长、室内环境温湿度等设计内容的统计分析结果，帮助设计人员从中选择最佳的方案作为初步设计方案。

3.2深化设计

在深化设计阶段，传统设计模式采取建立多专业分析模型、根据模型分析结果来呈现设计效果并加以改进的方法，借助数据化工具，设计效率得到一定程度的提升。然而，这一设计方法存在明显局限性，既需要建立大量的分析模型，且模型无法直接生成图纸与指导后续施工活动开展，实际应用场景有限，设计过程较为繁琐。对此，需要依托BIM技术重构深化设计流程，构建一个横跨全部专业的BIM模型，通过标准化接口转换模型中所提取设计信息的格式，准确描述模型属性，彻底解决重复建模、模型无法准确描述建筑物构造形状的问题，在真正意义上做到整合设计。例如，使用CIS/2、DXF、IFC等作为接口形式，设计人员构建BIM模型，使用多款软件开展深化设计工作，通过接口保持抽象分析模型、BIM模型二者的紧密联系，实时更新建筑信息，同时满足各专业的设计需要，如使用DOE-2软件进行结构分析，使用ESP-r软件进行能耗分析，使用Odeon软件进行声学分析，使用Flnent软件进行力学分析。与此同时，还可以使用BIM软件自带工具检查设计方案中是否存在纰漏隐患，例如，使用碰撞检查功能，检查设计方案与BIM模型中的各处管线、机电设备、预埋件和土建结构是否存在软硬碰撞问题，自动生成检查报告，在报告中以特殊颜色符号标记各处碰撞点位，设计人员对方案进行修改来解决碰撞冲突问题，如调整机电设备安装位置、水电管线敷设间距[5]。

3.3施工图设计

在传统设计模式中，手工绘制图纸是施工图设计阶段的主要工作内容，占用设计人员大量时间与工作精力，还时常出现绘图错误的问题，产生额外工作量，还有可能由此引发设计纰漏、施工质量缺陷。对此，必须在施工图设计阶段运用BIM软件的自动绘图工具，由设计人员在软件界面上进入功能栏、下达控制指令，在BIM信息模型中提取相关信息，直接生成电子版或打印纸质版的建筑平面、立面等种类图纸及统计报表，并通过三维视图清晰表达建筑结构布局。此外，BIM实体模型逐渐呈现出取代图纸作为建筑信息表达方式的发展趋势，设计图纸成为BIM模型的附属品，如果设计图纸格式的法律限制被解除，将彻底改变施工图设计方法乃至公共建筑的设计模式，这对提升设计效率和加快BIM技术应用进程有着十分重要的现实意义。

4结语

综上所述，BIM技术的问世，为绿色公共建筑提供了全新的发展契机，BIM应用也是切实提升建筑设计水准的重要举措。建筑企业务必高度重视BIM技术，正确认识技术价值，在室外环境设计、节能设计、节材设计等场景中对BIM技术进行落地应用，探索以BIM技术为核心、更为适应绿色公共建筑工程背景的全新设计模式。

参考文献

[1]魏炜.BIM技术在绿色建筑设计中实践应用[J].低碳世界，2016（4）：121-122.

[2]陈子颖，林宇，张月燕.BIM技术在绿色建筑设计中的应用[J].建筑设计管理，2013，30（6）：14-16+18.

[3]汤闯，李晓琳.BIM技术在绿色建筑设计中的应用研究[J].哈尔滨职业技术学院学报，2017（1）：101-103.

[4]王慧琛.BIM技术在绿色公共建筑设计中的应用研究[D].北京：北京工业大学，2014.

[5]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（9）：65.

作者:周平凡 单位:中国建筑设计研究院有限公司