郭博仁
中国建筑东北设计研究院有限公司
摘 要
能源的消耗在我国当今建筑业已经占据了社会生活中总能源消耗的很大部分比例,为了促进我国经济的可持续发展,节约资金,"绿色环保"建筑理念应运而生。绿色建筑技术是从建筑公司开始进行规划设计、到建成并投入运营的整个全过程生命周期中,使用健康可持续发展的理念,与人类自然和谐相处共生的一种绿色建筑技术。建筑信息模型（bim）技术是一种以三维图形为主、物件导向、建筑学有关的电脑辅助设计措施。通过综合分析 bim 的可视化设计、协同设计、信息交换互用、性能仿真等优点和其特征,提出了 bim 技术在我国绿色建筑设计中的应用和研究方法,解决了绿色建筑在我国传统建筑设计中普遍存在的问题,并且详细介绍了 bim 技术在我国绿色建筑设计中的应用及其工作过程。
关键词: BIM 技术;绿色建筑设计
从1960年开始的十年间,因为世界正面临生态环境的严重污染和严重失调的自然生态平衡等诸多全球性的社会问题,人们重新开始认识和高度重视如何对自然生态环境进行保护,保罗索勒瑞作为当时美国知名的生态建筑师，他首次把现代生态学和传统建筑学的两门重要基础学科有机地进行融合,提出了"生态建筑学"的新学术研究发展理念。到了1976年,中法巴黎红楼举行的"生态环境-人类社区"洲际国家合作会议在联合国的组织下召开,该会议将人类的自然居住区与其自然的生态环境紧密地相互结合在了一起。随着1980年开始的"可持续发展"这一核心理念的广泛引入和不断提出,世界上许多国家都已经开始积极地深入的研究和探索绿色节能建筑。20世纪90年代,全球首个关于绿色环保建筑的技术评价衡量标准由美和英国正式联合颁布,之后,又由美国绿色建筑委员会在1995年颁发了《能源及环境设计先导计划》，该计划已经逐步成为被乃至全球和整个世界普遍认可接受和广泛认可的建筑评价衡量标准,也已经成为世界各国各级政府部门结合自身实际国情研究制定的和建立各类绿色环保建筑的重要技术评价标准范本。之后诸如加拿大、日本、澳大利亚、德国等地区国家都已经逐步开始组织制定和研究出台不同地区国家对于城市绿色建筑施工工程质量的具体评价标准指标。加拿大主要部分使用的绿色评价评估工具为顶级绿色绿星建筑(gbtool),日本主要部分采用了绿色环境资源效率认证综合预估评价工具体系(casbee),澳大利亚则主要部分采用了蓝色绿星(greenstarsystem)绿色认证综合评价工具体系。这些国家对于绿色建筑的风险评价体系和相关政策的颁布,也促使我们在全世界范围内实现了绿色建筑的快速发展。
目前正在我国的有关绿色生态建筑相关技术应用评估手册研究编制工作最早时期是从2001年,在多位国内专家的共同努力和通力合作之下全面深入地系统研究了在当今世界广大范围内各个国家的针对绿色生态建筑相关技术进行评估的理论基础上,结合了当代我国的实际国情,发表了《中国生态住宅技术评估手册》并制定了"中国生态住宅技术评估体系",《手册》为加快促进当代我国的构建绿色生态住宅和智慧城市绿色建筑健康快速持续发展建设奠定了较强的理论基础。2002年， "绿色奥运建筑评价体系研究"课题在科技部成立,并于2004年出台《绿色奥运建筑评价体系》,2005年中国颁布了《绿色建筑导则》,并设立了"全国绿色建筑创新奖",这标志了我国绿色建筑进入了全面发展的阶段。,2006年1月我国正式批准发布了《绿色建筑评价标准》,这也是国内首部从我国城市社区居民使用房屋和其他公共建筑的全方位生命周期和全角度需求出发,多领域目标、多层次地针对城市绿色公共建筑相关问题研究进行的具体、综合性的建筑评价体系国家标准。由于近年多以来随着咱们我国的发展绿色环保建筑不断深入推进与快速发展,绿色环保建筑的理论实践经验也在不断增多,住建部广泛地组织征求与建筑评价通用标准相紧密适应的专家意见,为了尽快地实施使建筑评价通用标准内容得到更加准确完善,于2014年3月颁布《绿色建筑评价标准》2014版并正式对外宣布,该评价标准也将同时宣布暂停2006版。从2005年一直到2014年,仇保兴的《绿色建筑发展十年回顾》中曾明确指出提到,我国2008年全国绿色材料建筑工程设计项目零初期开始刚刚起步,到2009年能够获得全国绿色材料建筑工程设计质量综合评价等级标志的设计项目20个,到2010年,获得绿色标志的设计项目个体总数大约已经是82个,往后的2011年、2012年、2013年都是以能够明确获得绿色标志的设计项目个数形式成该目标指数一直都在保持快速持续上升,2013年能够获得明确绿色标志的我国绿色工程设计项目多次上升达到704个。这些数据都表明我国的绿色建筑在快速发展中。
一、绿色建筑在现今建筑设计中现存问题:
1、我们对于绿色施工设计观点和理念的了解比较薄弱
现阶段绿色建筑设计工程由于该项目设计工作的时间并不充足。缺少与绿色建筑管理咨询工程师和团队之间的交流,并没有促使在绿色建筑设计的各个环节中绿色建筑管理咨询的团队和工程师真正的参与进来,我们在设计前期还是一直采用了传统的绿色建筑设计管理方法,并没有对工程施工的气候、场地地貌、情况、场地的景观风环境、噪音和场地的声环境等各种影响绿色建筑设计的天然因素都进行科学有利的研究和分析,只是按照设计师自己的实践经验来行前期的设计,这样就会导致绿色建筑的设计"节能"理念未能够从一个工程的起步开始直接融入到整个项目中,没能够从根本上解决工程技术和建筑之间的冲突,而且现在的绿色评估,和建筑物的性能仿真都是直接等待到设计工程的完成之后在才开始进行,并没有给设计工程带来一种指导作用。
2、全生命期内绿色建筑信息缺失
绿色建筑的理念注重全生命期,一个优秀的绿色建筑项目,不仅要在设计中应用到的绿色设计技术,还应该把产生的绿色建筑的设计信息数据传递下去,好使这些设计信息数据指导以后的施工以及项目的运营维护。而现阶段的绿色建筑工程项目日益复杂化,所设计出来的图纸和信息难以从众多的二维图纸中获取有效地利用绿色建筑信息数据并一直持续到整个绿色建筑运行的阶段。在进行绿色建筑的施工过程中进行审查发现,许多绿色建筑设计的信息都得不到了实现,少数能够得以完成的设计也是由于人员对资料数据的保管认知意识较弱,和所参与的项目具备专业的众多性,数据得不到统一交付,导致了绿色建筑信息在全寿命期内出现了缺失。针对当前绿色建筑设计中存在的突出问题,结合 bim 技术的特征,利用 bim 技术解决了绿色建筑设计中的突出问题,优化了绿色建筑的设计。
二、bim协同设计：
绿色建筑是一个跨领域、多阶段的综合性建筑设计的过程,绿色建筑项目在进行设计的过程中,需要企业业主、建筑师、绿建咨询师、结构师、暖通工程师、给水工程师、室内设计师、景观工程师等各个相关专业人员的积极参与和及时沟通。
以便大家在这个项目中统一整体地综合一个建筑绿色环保节能的建筑设计思想,注重整个建筑物的内外部和系统之间的关联,通过自己分享的 bim 模型,随时跟踪到设计方案的调整和修改,让各个专业人员都参与到了项目的开展始终,并且更加注重各个专业的建筑系统内部之间的关联,如安装新型节能窗,保温性能比常规窗的高,在夏天有遮阳通风等功能,这时就需联系设备专业,让设备工程师减少安装空调等设备。以大大降低了能源消耗, bim 技术和协同工程设计的特点为优势,解决了我们的绿色建筑顾问团队和各个参与方之间相互沟通的困难,提高了对于绿色建筑的理解和认识,并可以促使项目各个参与方随时地跟进和了解这个项目,以便于达到更好地实现绿色建筑工程项目。
三、bim性能分析方案对比：
常规的绿色建筑的系统性能分析和模拟,必须由一个专业的技术人员负责操作才能够使用该类型的软件并手动地输入与其有关的数据,而且在设计中使用不同的系统性能分析软件时,就需要通过重新建模方法进行系统的分析,当设计方案中有问题或者是需要更换或者修改时,就可能会导致造成系统中原本较为耗时的数据被录入再次校对,模型重新建模。这样就浪费了大量的人力物力。这也正是导致现在的绿色建筑物性能模拟往往在施工效果图的设计阶段,成为某种具有象征意义的工作。而充分运用 bim 技术,就有可能很好的解决这个问题,因为我们的建筑师在进行 bim 设计的过程中, bim 模型就已存入了大量的设计资源,包括了几何信息、结构物的属性、材料特点和性能。所以进行性能模拟时我们可以不用重新进行建模,只是我们需要将 bim 模型直接转换为基于性能模拟和分析常见的 gxml 格式,就已经可以直接得到了相应的分析结果,这样就会大大减少了性能模拟和分析的难度。其次,通过对学习地点环境、气候等进行了分析和仿真,让建筑师理性科学地进行场地的设计,提出与周围环境和谐共生的绿色项目。在与 bim 方案进行对比时,利用 bim 建立了体量模型,在项目设计前期针对建筑物场地的情况进行了风环境、音响和噪声等模拟分析,对不同的建筑物体量进行了能耗模拟,最终确定了最优的方案,在项目初步设计时,再次通过性能模拟针对最优的方案进行了深化,以更好地实现建筑物绿色发展。
四、bim全生命期建筑模型信息完整传递：
绿色建筑和 bim 都是非常注重建筑物的全寿命期。 bim 技术的信息完备性这一基本特点导致 bim 模型已经包含了整个生命期中的所有信息,并保证了信息的准确性。通过综合应用 bim 技术能够有效解决我们在传统绿色建筑中存在的信息冗繁,信息传播速度低的问题。 bim 模型包含着绿色建筑设计的大量数据,施工所需的材料、设备体系和建筑物所用材料的特殊属性、设备体系的生产厂商等。完整信息通过电子商务流量网络直接传送至运营阶段,使得业主能够更全面地掌握项目,从而实现科学、节能的经营管理。
基于 bim 技术的平台来进行各种绿色建筑设计,可以是参照我国传统的建筑设计管理流程,对各种绿色建筑设计管理流程都进行了规范,并且要将绿色建筑设计的理念融入到每个建筑设计环节中,使之发展成为一种可以在建筑设计学院中进行实践性操作的一种工作管理方法和一种工作流程。首先,建立一支绿色建筑设计师的团队,由于这些绿色建筑所需要的专业比较广泛,所以我们更应该在建筑、结构、电气、装置等专业人才团队的支持下,增设了规划、经济、景观、生态环保以及建筑绿色咨询等相关专业人才。当一个绿色建筑项目团队被扩建后,还需要在此基础上继续进行与 bim 技术团队的融合,开始时需要指定一位专门的负责人作为 bim 技术团队的经理,这就需要一个 bim 技术团队的负责人应该必须是对于 bim 的技术及整个绿色建筑的设计、施工、运行全面有深入了解的专业技术人。他们相关负责人应当亲自率先带领 bim 建模师、bim 数据分析师、 bim 咨询师和绿建设计小组,进行各项绿建工程的整体施工工作内容的策划与编制。
(1)确定建设项目的目标,包括绿色建筑项目建成后的评价等级,搭建 BIM交流平台让各参与方探讨研究项目的定位,统一形成共同的设计理念。(2)为了制定项目的工作流程,在 bim 经理的指导带动下,指定实际负责项目的技术人员和工程师来设计项目 bim 模型,并为此确定各自的项目 bim 技术应用之间的先后次序和相互关系,让所有项目团队的成员都能够知道如何了解各自的项目工作流程和与其他项目团队的工作流程之间的联系。(3)通过设计和制定在建立一个模型的过程中各种不同类型信息的共享和交换需求,定义不同的参与者之间进行的信息共享和交换需求,使每一位信息的创造者和信息的接受者之间都必须十分清楚地认识到这些信息共享和交换的主体性、标准和要求。(4)确定实施在 BIM 技术下的软件硬件方案,确定 BIM 技术的范围,BIM 模型的详细程度(5)确保绿建设计团队在设计每个阶段的介入,保证对绿色建筑项目以绿色建筑评价标准的要求进行指导和优化。因为我国现有绿色建筑设计导则和其评价指标标准的规定条文划分大多数都是按建筑、结构、电气、设备等相关的专业系统划分或者说就是按"四节一环保"绿色建筑管理体系划分,缺少了以建筑项目的时间纵向和维度划分为主要标准的划分,作者在设计上参考了传统建筑设计的时间流程也把绿色建筑设计划分为了设计的前期、方案由设计阶段,初步设计、施工效果图设计四个阶段组成。作为基于 bim 技术的绿色建筑设计领域中应用的工作流程。这样就能够保证绿色建筑设计思想理念的运用到整个建筑设计中。使设计人员简单了解作为参考工作流程。
在进行绿色建筑设计前期阶段,应用 bim 的技术对场地进行科学的气候分析,包括对于地图、太阳光线辐射分析,让场地设计师充分认识和了解场地的气候,尽量选择采用被动式的设计技术,整理制定出适合绿色建筑设计的技术策略,然后利用 bim 的技术对其进行场地建模,在该设计模型的基础上再次进行场地高程、坡度、排水等因素进行分析,根据分析的结果对场地规划和设计作出科学合理的决定。
在实施绿色建筑解决方案设计阶段,应用 bim 的技术参数化、可视化等功能特点,对建筑物进行快捷的概念化建模,并充分利用太阳光、日照、通风等仿真模拟对各种建筑物的体型、总平面布局等进行主动式的设计,然后以简易 bim 模型的结果作为基础,进行初步的性能评估和分析,对比筛选出最佳解决方案。
bim设计平台技术是要泛指在设计实施新型绿色节能建筑的各个初步设计工作阶段,应用符合bim平台技术的设计参数标准化、协同化等设计的基本特征,协同整合建筑、结构和移动装置以及电气等各个设计专业,对已经过筛选的最优设计方案数据进行具体的数据深化分析设计。并通过理论结合实际采用麦克风图像模拟、光图像模仿、热图像模拟、音频图像模仿、声学图像模拟等多种建筑性能类型模拟,进行了外围建筑物的结构体型、布置、外围建筑墙体基层结构、住宅高层楼房室内排水深度等的性能设计和分析优化,以期更便于设计达到目前我国各类绿色住宅建筑的性能评价质量指标。
绘制绿色环保建筑工程施工图纸在设计第一施工阶段,应用了abimm等技术对施工管线内部进行了高度可视性优化管线排布,并对施工管线内部进行了一次碰撞性试验检查,预先设计仿真好了施工管线作业为后期绿色环保建筑施工做好准备。
参考文献
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