徐麒
江苏筑原建筑设计有限公司，江苏，常州，213002
摘要：为了能够让广大居民的生活质量得到进一步的提高，本研究在建筑设计中充分体现绿色建筑的设计理念。通过应用建筑信息建模技术（BIM）提高建筑施工的效率，使建筑设计更加科学与环保。首先搜集项目相关资料数据，再对场地各类环境进行模拟训练，得到可应用的量化数字模型，结合建筑功能明确对日照、采光、通风、噪音等的客观需求，迭代计算出模型具体参数。通过建模模拟分析发现，建筑环境（建筑物内外风、光、热、声）的模拟分析是绿色建筑评价的关键指标。因此，基于BIM技术建模及对模型模拟建筑环境数据与真实环境数据比较接近，实施方法步骤和逻辑比较简单，具有实际可操作性。
关键词：建筑信息建模技术（BIM）；绿色建筑；模拟分析
1、引言
现如今全球的能源消耗加剧，绿色建筑的发展变得尤为重要。将建筑的能耗降到最低、与周围环境最大程度的融合成了建筑业关键的发展方向。同时在绿色建筑中引入建筑信息模型——BIM（Building Information Model）技术，从而进一步优化建筑的节能设计，最终达到建筑可持续发展的目标。计算机信息技术在我国建筑行业中的应用非常广泛，而建筑信息建模技术就是其中最重要的一种。建筑信息建模技术是能够实现将施工过程进行数据模拟的网络技术[1]。
面对日益严峻的环境污染问题，我们应该积极地进行反思，探索出一条环保绿色的发展道路。有关部门为了切实改善居民的住房状况，建设环保绿色的建筑已经成为了当务之急。绿色建筑具有降低材料消耗、环保低碳等优势[2]。
BIM技术通过建立合适的尺寸、材料、空间的数据模型，能够对绿色建筑的施工方案进行模拟，从而有效地改进布局、设计、测量、施工环节中的各项技术参数。随着BIM软件功能的进一步完善，该技术将会得到越来越广泛的应用。本文通过阅读大量的国内外文献了解国内外绿色建筑的发展历程、学习BIM技术在绿色建筑中的应用发展，通过BIM软件Revit对实际建筑的建模步骤及重要关键步骤的分析来了解BIM建筑建模的优势。
2、相关技术与方法
2.1 建筑信息建模技术
BIM的概念早在1975年由 Chuck Eastman提出——“Building Description System”所产生。在随后的八十年代，芬兰学者提出了“Product Information Model”系统；1986年，美国学者Robert Aish提出了“Building Modeling”理念；2002年，美国Autodesk公司首次提出了建筑信息模型（Building Information Modeling BIM）[3]。
BIM是主要将创建3D 模型当作重要前提，把建筑项目可行性分析、设计、运作、完工运营等多个时期的内容汇聚到模型中，进而产生完整的三维建筑信息模型，确保相关人员利用选取模型内的信息继续合作。在新加坡 BIM指南中提出BIM的意义在于大量定义好的建模用途、工作分类以及建模方法，从建模入手，在建模时根据参数的变动各专业间的信息交流、协同办公以及相互碰撞检查的纠偏，都很有优势，从而提高信息共享的质量以及工作效率。
BIM的概念可以用三句话来概括：（1）BIM将整个项目内所有的信息以数字化的方式集合在一个3D的模型中。（2）BIM属于信息汇总体，还是在建筑活动各个阶段、各参加组织提取信息开展合作的重要平台，在BIM平台上是实现信息的实时传递。（3）建筑项目各参与方通过修改、补充、更新各专业模型中的信息来优化工作，加强各专业间工作的衔接与交流[4]。
建筑师将自己的设计理念以三维数字化BIM模型展现给业主，包括：几何信息、物理信息、拓扑信息，如表1所示。通过项目参与各方的协同作业、不断完善，最终以数字化模型的方式展现出来。
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BIM技术除了在项目全生命周期的不同阶段进行信息的处理以外，还可实现绿色建筑设计中的能量信息的收集、管理与分析，并为整个项目提供智能化的基础作业平台。
2.2 绿色建筑的设计与应用
由于不同地区的经济发展水平、地理位置各不一样，因此不同国家地区对绿色建筑的定义也有所不同。一个建筑是否评定为绿色建筑和其所处的周围环境有着密切的联系，并且与该地区建筑节能的发展有着密切关系，绿色建筑不是独立存在的。2006 年，我国建设部颁布的《绿色建筑评价标准》中提出，一个建筑在其全生命周期范围内能够最大程度的降低资源消耗则称之为绿色建筑，为大众提供健康舒适的人居环境，与自然和谐共处，即：节能、节地、节水、节材、减少污染保护环境。我国在建筑的设计、建设、使用全过程中明确退出了相应的绿色建筑评价标准，并在标准中明确地提出了节能要求、节能目标。一定程度上为绿色建筑提供了设计方向，在各个方向上全面促进绿色建筑的发展[5]。
发展绿色建筑的基本要求由如下几点：一方面，以人为本。绿色建筑设计的最基本的考虑是人居环境的舒适和健康，发展绿色建筑的前提是保障建筑物室内生活、工作及自由活动空间的质量，包括使用者的身体和精神上的需求。另一方面，造价合理。相比较传统建筑考虑到建设项目的绿色度问题，发展绿色建筑的前期设计规划、后期主体建设及人工、材料、机械设备的使用总价比传统建筑的造价要来得高。从全生命周期这方面看，绿色建筑在前期建设期间的造价确实比传统建筑高，但是在后期的运行使用阶段、维护阶段，其能源消耗、运营管理费用较传统建筑有明显降低。从建筑全生命周期的角度出发，积极推进绿色建筑的发展。
发展绿色建筑的目的包含以下几点：一方面，节约资源。充分利用可再生资源，如：太阳能；采用节能性能良好的设备，如：采用雨水回收系统对雨水进行回收再利用；采用绿色健康建材，如：木质板材、家具。另一方面，保护环境。最大程度使用可回收、可降解的建筑原材料并考虑原材料的产地运输距离，如：竹材、钢板；生活垃圾分类处理，充分利用自降解。
3、模型构建及结果分析
3.1 建模信息
（1）建模对象：项目选择某港口靠船装卸作业平台为研究对象，BIM技术在本项目中水工靠船装卸作业平台、水工挡土墙陆域形成、管线综合、工艺系统布置、办公辅助区等均有广泛运用，具体包括码头平台、场地、各单体全专业协同设计、碰撞检查、施工模拟、BIM出图等。
（2）建模平台：建筑信息模型是一个集成系统化的流程，平台以数字化方式来表征关键建筑的物理特征和功能特征。本文采用由Autodesk公司打造的专业化三维建筑信息建模工具Revit 2016、Civil 3D和同属Autodesk公司研发的BIM模式应用体系下的绿色建筑云框架GBS（green building studio）作为研究平台；三个应用软件平台的数据能交互使用。例如，Revit 输出的GBXML（green building extensible markup language）文件格式可完全兼容导入GBS平台数据库。
3.2 建模计算流程
Autodesk Revit平台Civil 3D平台是目前主流的建筑信息建模平台。平台之间具有良好的关联性，所建模型，一处变更，多处自动更新；同时Revit具有数据复合能力、数据接口兼容、数据交互扩展方便、全周期动态模拟等特征。但Revit也有其局限性，例如，平台对曲面几何形态的构建计算采用布尔运算机制，很难构建复杂的物理形态。本文利用Revit和Civil相结合来构建港口模型，实现从构思、设计、分析、建模、数据可视化、文档制作、施工出图的集成化流程。基于BIM 平台建模及构建整体计算流程如图1所示。
模型数据分析与计算步骤：
首先搜集项目相关资料数据，明确场地环境、水文地质、区域气候等基本设计条件，熟悉建筑规模、建筑性能、工程造价等各类信息；同时，分析历史日照、光辐射、风能资源、水文等与建筑构建的融合点，应用GBS 平台对场地各类环境进行模拟训练，得到可应用的量化数字模型，结合建筑功能明确对日照、采光、通风、噪音等的客观需求，迭代计算出模型具体参数。具体步骤描述：
1.对BIM模型的建筑层高、朝向、结构、地理位置等基本信息进行参数设置；
2.对模型中建筑各楼层平面进行空间区域划分；
3.在GBS的客户端建立建筑基本信息，包括项目所在地、建筑类型、环境参数、气象、水文、地质等参数；
4.将Revit计算输出结果（GBXML数据格式）上
传至GBS服务器进行计算；
5.将建筑外围护等结构参数与GBS计算输出的环境模拟数据（CSV格式）进行整合，对数据进行归一化定量分析。
3.3 建模结果分析
如何在建筑工程的全寿命过程中，最大限度地考虑节约资源（节能、节地、节水、节材）、同时保护好环境和减少各类污染，设计建造出与自然和谐共生的建筑物一直是绿色建筑追求的目标。其中建筑环境（建筑物内外风、光、热、声）的模拟分析是绿色建筑评价的关键指标，通过对所建模型的分析计算得出具体的参数指标。
（一）日照阴影分析。通过观察日轨图，分析建筑典型日不同时候的日照阴影，建筑周边无其他建筑遮挡，且建筑相互之间无遮挡，日照情况良好，符合GB/T50378 的要求。
（二）自然采光分析。通过采光系数云图和采光照度云图的参数分析，采光系数与室内具体位置有关，靠近窗口的采光系数高，单侧采光系数0%～50%，办公楼室内主要功能房间采光系数满足《建筑采光设计标准》GB50033-2013 对公共建筑采光的要求。
（三）室外风环境分析。冬季场地内风速小于5m/s，室外风放大系数小于2，有利于室外行走，建筑迎风面、背风面压差较大，需要采取防风措施；过渡季、夏季室外通风良好，人员活动区域无较大面积漩涡和无风区域，外窗内外表面压差大于0.5Pa。
（四）噪声分析。场地内噪声符合现行国家标准《声环境质量标准》GB3096-2008的4a类要求，昼间不超过70d B(A)，夜间不超过55d B(A)。
4、结论
通过对实际工程项目的研究实验表明，基于BIM技术建模及对模型模拟建筑环境数据与真实环境数据比较接近，实施方法步骤和逻辑比较简单，具有实际可操作性。该教学模式及平台的设计对建筑方案的设计具有很好的技术参考性；同时，对于工科建筑BIM教学具有很好的教学指导意义。
本项目只涉及BIM模型的日照阴影、自然采光、室外风环境、噪声分析方面，对建筑性能具有影响的因素如：对热岛分析、能效计算、建筑材料、结构抗震、门窗玻璃材质、节能方式以及一些技术措施等没有涉及，同时对专业软件参数设定的复杂性也使得研究结果存在一定的局限性。
参考文献：
[1]杨娟，张岫琪. 对绿色建筑设计理念在建筑设计中的应用策略的探讨[J]. 设计与案例，2019（10）：119-120.
[2]朱通通. 基于BIM技术的建筑日照与风环境研究[J]．价值工程,2017（5）：109-111.
[3]顾颖. 绿色建筑与智能建造工程实训中心建设方案初探[J]. 教育现代化, 2019, 6（83）：316-317+320.
[4]孙德熙, 王聪聪, 杜培群, 等. 基于BIM技术的全生命周期绿色建筑评价研究[J]. 江西建材, 2020(07):224-225+227.
[5]韩雷, 曾晓真. 绿色建筑节能设计中BIM技术的应用[J]. 智能建筑与智慧城市, 2018(12):33-34+40.