基于BIM技術(shù)的小高層住宅建筑節(jié)能設(shè)計應(yīng)用研究

陳瑞芳 陳瑞龍

1. 鄭州城市職業(yè)學(xué)院建筑工程系 河南 新密 452370；2. 河南綠地廣場置業(yè)發(fā)展有限公司 河南 鄭州 450000

前言

近些年來，我國的社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，極大的帶動了建筑工程行業(yè)的迅速增長。尤其是在小高層住宅建筑方面，隨著城市人口的不斷增加，其小高層住宅建筑也越來越向舒適、環(huán)保、美觀等現(xiàn)代化、科技化方向發(fā)展，這也使得建筑施工的工程內(nèi)容、技術(shù)要求和數(shù)據(jù)信息越來越繁雜。而BIM技術(shù)正是基于這一行業(yè)現(xiàn)狀發(fā)展起來的，并越來越廣泛的應(yīng)用于各類建筑工程當(dāng)中，不僅極大地減輕了設(shè)計人員的任務(wù)量，也有效提升了建筑設(shè)計的效率和質(zhì)量。下面，文章就BIM技術(shù)以及其在小高層住宅建筑設(shè)計的具體應(yīng)用進(jìn)行簡單的分析和探討。

1 BIM技術(shù)概述

1.1 BIM技術(shù)的定義

BIM技術(shù)即建筑信息模型技術(shù)，BIM是它的英文字母縮寫。該技術(shù)的提出是在20世紀(jì)末，由美國的學(xué)者查克伊斯曼提出的。查克伊斯曼學(xué)者利用計算機(jī)將建筑設(shè)計中的一些問題展示出來，實現(xiàn)了建筑設(shè)計中的幾何模型信息、功能和性能等的資源整合，再利用性能強(qiáng)大的計算機(jī)系統(tǒng)表現(xiàn)出來。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行建筑項目的施工、設(shè)計及使用等階段的情況模擬，以便于建筑設(shè)計師在相應(yīng)的工程施工圖、方案設(shè)計圖、施工進(jìn)度、維護(hù)管理以及運行建造中找出存在的問題。

1.2 具體操作

在建筑設(shè)計過程中，BIM技術(shù)在進(jìn)行建筑工程各個狀態(tài)和各個階段的數(shù)據(jù)表達(dá)時通常利用CAD技術(shù)進(jìn)行描繪，在進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲時通常是利用電子模型的形式，這種儲存方式對以后的數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)統(tǒng)籌以及數(shù)據(jù)調(diào)閱非常方便。

1.3 BIM技術(shù)的應(yīng)用特點

設(shè)計師在建筑工程設(shè)計的過程中，應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑工程建造、運營，同時還應(yīng)用在使用過程中的圖紙設(shè)計階段、決策階段、施工驗收階段、銷售階段以及使用維護(hù)階段等階段，通過3D模型的轉(zhuǎn)換技術(shù)，形象地在計算機(jī)上呈現(xiàn)出來，在很大程度上加快了建筑工程的協(xié)調(diào)、統(tǒng)籌等基本工作，而且大大提高了建筑的質(zhì)量，同時也推動了建筑工程設(shè)計的發(fā)展，提高了建筑工程的設(shè)計效率。在建筑工程設(shè)計中初次應(yīng)用CAD技術(shù)時，設(shè)計效果圖更為直觀，能充分地將建筑物的建筑特點反映出來。在建筑工程設(shè)計中BIM技術(shù)的應(yīng)用，大大提高了建筑工程設(shè)計中設(shè)計師的設(shè)計效率，而且利用電子資源形式將建筑設(shè)計中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，不但可以共享設(shè)計方案的信息，而且在有需要的時候也可以進(jìn)行方案修改[1]。

2 小高層住宅建筑節(jié)能設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 BIM技術(shù)可以自動生成數(shù)據(jù)文檔和設(shè)計圖紙

在BIM技術(shù)發(fā)明并得到應(yīng)用之前，分類、整合和修改數(shù)據(jù)文檔和設(shè)計圖紙都是由人工進(jìn)行的。工作人員所面臨的工作內(nèi)容不僅耗時多，而且十分繁重，一旦對某個細(xì)節(jié)進(jìn)行修改，那整個建筑設(shè)計方案也要做相應(yīng)的修改。當(dāng)BIM技術(shù)應(yīng)用于計算機(jī)輔助建筑節(jié)能設(shè)計之后，這種局面就大大得到改善，所有相關(guān)的數(shù)據(jù)文檔和設(shè)計圖紙都可以由系統(tǒng)自動生成，并且實現(xiàn)了向客戶端的上傳。除了這些好處之外，建筑設(shè)計師立體方案的制作也可以在創(chuàng)建好的BIM上實現(xiàn)，這樣可以使圖紙的管理和流程的修改得到大大的簡化，使設(shè)計效率得到較大提高[2]。

2.2 BIM技術(shù)可以對建筑數(shù)據(jù)信息進(jìn)行智能分析與處理

作為一種數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，BIM得以建立的環(huán)境是虛擬環(huán)境。工作人員把小高層住宅建筑數(shù)據(jù)錄入BIM模型后，系統(tǒng)會智能分析和處理有關(guān)的建筑數(shù)據(jù)，之后可觀測的全面的成果方案就會自動生成出來。有了BIM技術(shù)，建筑設(shè)計人員就可以完成對各個細(xì)節(jié)的全方位觀察，使設(shè)計的空間感和立體感得到增加，從而為完善、細(xì)致空間設(shè)計提供有利條件。建筑設(shè)計人員可以充分利用虛擬數(shù)據(jù)處理能力（BIM技術(shù)所特有的能力），在數(shù)據(jù)庫中的建筑信息相對完善后，對設(shè)計圖紙和相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動對比，使得施工數(shù)據(jù)和實際預(yù)算之間的差異能夠清晰顯示出來，使精確管理得以實現(xiàn)[4]。

2.3 BIM技術(shù)可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行自動變更和調(diào)整

在建筑設(shè)計中，管理要覆蓋到各個環(huán)節(jié)。因為各個環(huán)節(jié)聯(lián)系比較緊密，整個流程的科學(xué)程度取決于其中每個環(huán)節(jié)的是否科學(xué)合理。如果流傳中的一個環(huán)節(jié)出了問題，那信息比對就要重新進(jìn)行。模型處理技術(shù)是BIM技術(shù)的重要特點。設(shè)計人員利用這個技術(shù)就能夠?qū)υO(shè)計成果進(jìn)行立體化展示，就能夠?qū)⒃O(shè)計中存在的問題快速找出并進(jìn)行有效的調(diào)整和變更。BIM信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)不是孤立存在的，而是有機(jī)的聯(lián)系在一起，是共存的。所以，當(dāng)一個數(shù)據(jù)被改變時，與之相關(guān)的數(shù)據(jù)也會自動進(jìn)行調(diào)整，這使得建筑設(shè)計的改動和調(diào)整的流程得到很大程度的簡化。

3 BIM技術(shù)的小高層住宅建筑節(jié)能設(shè)計應(yīng)用研究

3.1 小高層住宅建筑的設(shè)計規(guī)劃

通常情況下，建筑空間的特征主要表現(xiàn)為周圍景觀、住宅造型以及交通流線。在建筑的空間設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)，利用BIM的數(shù)字本身具備的3D可視功能以及相應(yīng)的地形分析方法，進(jìn)行小高層住宅建筑中外觀造型、交通流線以及周圍景觀的綜合設(shè)計。首先需要進(jìn)行施工現(xiàn)場的仔細(xì)勘查，再利用相關(guān)分析軟件，對小高層住宅建筑現(xiàn)場的土層起伏狀況、結(jié)構(gòu)以及承重方面的情況、建筑空間體量情況進(jìn)行分析，從而進(jìn)行建筑外部空間的設(shè)計規(guī)劃，在此基礎(chǔ)上建立3D信息模型。隨著小高層住宅建筑應(yīng)用空間的不斷擴(kuò)大，小高層住宅建筑的施工質(zhì)量受外界因素的影響越來越大。而當(dāng)前人們的生活質(zhì)量已經(jīng)普遍提高，對住宅的要求也越來越多。比如在將REVIT應(yīng)用于小高層住宅建筑設(shè)計時，應(yīng)該對小高層住宅建筑周圍建筑物、地質(zhì)情況和植被分布等進(jìn)行了解，包括小高層住宅建筑周圍的地質(zhì)環(huán)境、巖石分布、建筑物分布、綠色環(huán)境等。然后通過REVIT工具進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對周圍環(huán)境進(jìn)行模擬，包括氣候狀況、光照效果和噪音等。根據(jù)模擬分析，對小高層住宅建筑避雷效果、采光效果和抗震效果等進(jìn)行掌握。設(shè)計人員在進(jìn)行小高層住宅建筑設(shè)計時，就可以根據(jù)動態(tài)模擬情況，對可能出現(xiàn)的大風(fēng)天氣、雨雪天氣和干燥氣候等情況進(jìn)行考慮，從而設(shè)計出相應(yīng)的遮陽設(shè)計、取暖設(shè)計等，為用戶提供一個穩(wěn)定、舒適、安全的居住環(huán)境[5]。

3.2 打造綠色環(huán)保建筑，減少建筑能量消耗

單方面追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展，容易導(dǎo)致環(huán)境的污染，這就是我國目前發(fā)展中遇到的非常嚴(yán)重的問題，因此，我國提出了相應(yīng)的國家綠色環(huán)保發(fā)展理念。為響應(yīng)這一理念，建筑企業(yè)在進(jìn)行居民住宅建設(shè)時，在建筑設(shè)計中必須體現(xiàn)出建筑的節(jié)能、環(huán)保以及綠色、低碳的設(shè)計理念。在小高層住宅建筑設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計時，必須發(fā)揮出建筑的節(jié)能作用。在進(jìn)行小高層住宅建筑的節(jié)能設(shè)計時，利用BIM模式從以下三個方面入手進(jìn)行設(shè)計：首先，建筑的單體節(jié)能。需要進(jìn)行建筑室內(nèi)外相關(guān)信息數(shù)據(jù)的整合，之后再利用特定的程序模式，模擬構(gòu)建出建筑物的循環(huán)節(jié)能系統(tǒng)，再通過太陽能、自然風(fēng)等綠色能源的利用，實現(xiàn)墻體存能、建筑綠化降溫；其次，建筑總平面的節(jié)能。設(shè)計師應(yīng)該利用分析軟件對建筑的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，充分發(fā)揮出分析軟件具有的功能，分析和預(yù)測建筑的實際內(nèi)外部環(huán)境，在建筑的設(shè)計過程中進(jìn)行建筑平面的調(diào)整，從而實現(xiàn)建筑的節(jié)能；最后，建筑的基地規(guī)劃設(shè)計節(jié)能。這種建筑節(jié)能方式主要是利用建筑的環(huán)境進(jìn)行能源節(jié)約，利用分析軟件分析建筑的環(huán)境。比如在進(jìn)行小高層住宅建筑設(shè)計應(yīng)用時，可以通過BIM技術(shù)中的可持續(xù)性設(shè)計理念，對建筑材料和能源消耗等進(jìn)行設(shè)計。在設(shè)計過程中，應(yīng)該注重對住宅周圍建筑環(huán)境的保護(hù)，選擇一些綠色建筑材料，從而降低對環(huán)境的污染?？梢栽O(shè)置相應(yīng)的通風(fēng)設(shè)計，利用自然風(fēng)力進(jìn)行通風(fēng)和降溫處理，減少空調(diào)對人體造成的傷害。在進(jìn)行光照模擬設(shè)計時，應(yīng)該注重對日照熱度、低能消耗、太陽能及自動化模式的設(shè)計，從而為住宅用戶提供更加便捷的光照模式[6]。

3.3 建筑模型構(gòu)建的設(shè)計制作

在進(jìn)行建筑模型構(gòu)建時，模型構(gòu)件是基礎(chǔ)。在建筑工程設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)，采取相應(yīng)的數(shù)字代號將建筑模型中的模型構(gòu)件代替，將原來的數(shù)字模型轉(zhuǎn)向為立體模型。就目前而言，大多數(shù)模型構(gòu)建都是應(yīng)用BIM設(shè)計利用建筑信息參數(shù)化的技術(shù)來實現(xiàn)。這種技術(shù)主要是根據(jù)模型構(gòu)件的性質(zhì)、功能進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)體系的模型像素區(qū)域劃分，比如注釋符號像素、視圖像素等。比如在進(jìn)行小高層住宅建筑模型構(gòu)建時，首先應(yīng)該進(jìn)行模型像素區(qū)域的劃分，然后對各像素設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，比如像素的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、施工以及標(biāo)高等參數(shù)[3]。設(shè)計好參數(shù)之后，根據(jù)小高層住宅建筑的實際情況進(jìn)行參數(shù)修正，從而將構(gòu)建出小高層住宅建筑的整體信息構(gòu)建出來，包括樓頂平視圖、住宅三維視圖以及樓層剖面圖等。再將各圖形信息進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)注，可以利用圖形尺寸、符號、荷載、文字等進(jìn)行標(biāo)注，進(jìn)一步更明確、更直觀地將小高層住宅建筑展示出來，為小高層住宅建筑的施工提供切合實際的視覺效果，保證建筑的質(zhì)量[7]。

3.4 對管道排布的優(yōu)化

例如，一個建筑工程的管線合理排布，是后期通電、通暖、給排水的基礎(chǔ)。在結(jié)合相關(guān)安裝的專業(yè)知識基礎(chǔ)上，建立BIM模型進(jìn)行碰撞試驗，當(dāng)出現(xiàn)碰撞的情況時，應(yīng)該遵循：施工易避難、小管線讓大管線的原則。通過問題的提前預(yù)測和解決為后期的安裝做好準(zhǔn)備，進(jìn)行管道排布方案的優(yōu)化，提高安裝的科學(xué)性和合理性[8]。

4 結(jié)束語

BIM技術(shù)是對于建筑設(shè)計方案推敲的一種全新的技術(shù)類型，它改善了以前建筑設(shè)計技術(shù)的不足之處，最大程度的對我國資源進(jìn)行節(jié)省，同時考慮到更多的因素對建筑物內(nèi)部及外部結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，對一些特殊情況和自然現(xiàn)象進(jìn)行有效的推敲，設(shè)計出最為合適的建筑方案，為建筑業(yè)的發(fā)展做出了不可言喻的作用。