2019年第2期(总第47卷 第336期) 建筑节能 doi:10.3969∕j.issn.1673 ̄7237.2019.02.008
■绿色建筑设计与评价
BIM与绿色建筑的高效整合及应用∗
(天津大学建筑学院ꎬ天津 300072)
摘要: 城镇绿色建筑发展中面临诸多复杂问题ꎬ需要引入新技术和新方法ꎮ作为当前中国建筑业的
两大发展趋势ꎬBIM和绿色建筑具有许多相同或相似的理念ꎮ在阐述绿色BIM相关研究与实践的基础上ꎬ对BIM与绿色建筑的高效整合进行了分析ꎬ探讨了BIM在绿色建筑中推广应用遇到的主要障碍并提出合理的解决方案ꎬ认为我国建筑业应尽快推动BIM在绿色建筑中更广泛和深入的应用ꎬ从而实现绿色建筑高效、协作和可持续设计ꎬ进而促进绿色建筑的普及和生态城市的发展ꎮ
关键词: BIMꎻ 绿色建筑ꎻ 高效整合ꎻ 推广应用
中图分类号: TU17 文献标志码: A 文章编号: 1673 ̄7237(2019)02 ̄0036 ̄05
王 楠ꎬ 刘丛红
EfficientIntegrationandApplicationofBIMandGreenBuilding
(SchoolofArchitectureꎬTianjinUniversityꎬTianjin300072ꎬChina)
WANGNanꎬLIUCong ̄hong
Abstract:UrbangreenbuildingsneedtoadoptnewtechnologyandmethodbecauseoffacingmanyanalyzestheefficientintegrationbetweenBIMandurbangreenbuildingꎬdiscussesthemainobstaclesfacedbyBIMinthepromotionandapplicationofgreenbuildingsꎬandproposesareasonablesolution.Itisbelievedthat
complexproblemsduringthedevelopment.AsthecurrentdevelopmenttrendofChina’sconstructionindustryꎬBIMandgreenbuildinghavemanysimilarideas.BasedontheresearchandpracticeofgreenBIMꎬthispaper
theconstructionindustryinChinashouldpromotethewideranddeeperapplicationofBIMingreenbuildingsassoonaspossibleinordertoachievetheefficientꎬcollaborativeandsustainabledesignꎬtherebypromotingthepopularizationofgreenbuildingsandthedevelopmentofecologicalcities.
Keywords:BIMꎻgreenbuildingꎻefficientintegrationꎻpromotionandapplication
0 引言
随着高速城市化和城市人口激增ꎬ能源过度消耗、全球暖化、碳循环失衡等一系列城市生态环境和社会问题日益严峻ꎮ2015年中国建筑运行的总商品能耗864亿tceꎬ约占全国能源消费总量的20%[1]ꎬ消耗大量的能源和资源ꎮ绿色建筑是应对上述问题的有效回应ꎮ“十三五”时期我国将大力推动建筑节能和绿色建筑ꎬ到2020年ꎬ城镇新建建筑中绿色建筑面积比重超过50%[2]ꎮ经过不断的探索和实践ꎬ我国绿色建筑正进入快速发展的新时期ꎬ但同时也面临诸多
收稿日期:2018 ̄04 ̄26ꎻ 修回日期:2019 ̄01 ̄10
∗基金项目:国家重点研发计划(2016YFC0700200)ꎻ国家自然科学基
金重点项目(51338006)ꎻ科技部国家国际科技合作专项项目(2014DFE70210)ꎻ住房城乡建设部建筑节能与科技司北京建筑大学2017年开放课题(UDC2017031212)
问题ꎬ制约着绿色建筑的普及和应用ꎮ
绿色建筑对全生命周期尤其是设计阶段有更多的要求ꎬ传统的建筑设计缺乏系统化的设计方法和工具ꎬ目前普遍存在的“传统设计+绿色建筑咨询”设计模式ꎬ难以保证绿色设计与实际效果达成一致ꎮ基于AutoCAD、SketchUp等的设计方法割裂了平面功能流线、空间形体设计的互动关系ꎬ各专业间联系松散各自为政、协同性差ꎮ二维图纸无法全面的展示和传递信息ꎬ建筑全生命周期各阶段之间出现沟通不畅、大量重复建模、信息集成度低等瓶颈ꎬ难以保证建筑的绿色性能ꎮ截至2016年9月底ꎬ全国4515个绿色建筑标识项目中获得运行标识的只占6%[3]ꎬ后期运行维护管理与前期设计脱节ꎮ因而ꎬ绿色建筑缺少全生命周期各阶段信息传递和成果共享的支撑平台ꎮ此外ꎬ如何提高设计质量和效率也是目前亟待解决的问题ꎮ
36
王楠ꎬ等:BIM与绿色建筑的高效整合及应用
在绿色建筑发展的同时ꎬBIM日益成熟并成为当前社会普遍关注的热点之一ꎮ作为一种全新的技术、方法和工具ꎬBIM为绿色建筑走出困境带来了生机ꎮBIM在国外已有几十年的发展历史ꎬ于2003年开始引入我国ꎬ在建筑行业中崭露头角ꎮ和行业的主管部门也在积极地推动和引导BIM技术应用及推广ꎮBIM由建筑信息模型(BuildingInformationModel)、建筑信息建模(BuildingInformationModeling)、建筑信息管理(BuildingInformationManagement)三个功能部分组成[4]生命周期的技术ꎬ是创建并利用数字信息模型支持项目全、方法和过程ꎮ研究BIM与绿色建筑的高效整合及应用ꎬ全面提升建筑性能ꎬ对实现绿色建筑设计和可持续发展具有重要意义ꎮ文中分析了BIM在信息集成、性能分析和设计优化、全生命周期过程三个方面与绿色建筑的整合ꎬ尽管在实际推广应用中遇到一些阻碍ꎬ但随着推进和技术成熟ꎬ绿色BIM将是建筑业未来发展的一种趋势ꎮ
1 绿色BIM相关研究与实践
(“绿色建筑和BIM的结合称之为“绿色BIM”
色建筑green、可持续设计BIM”或“BIM、可持续建造等相关概念的基础forgreenbuildings”)ꎬ是在绿上扩展而来的ꎮ根据绿色BIM的已有研究可将其定义为“以建筑信息模型为基础ꎬ生成和管理建筑全生命周期数据信息的过程ꎬ并提升建筑性能ꎬ推动和完成预期的可持续目标”[5]为成熟ꎬ国内关联绿色BIMꎮ绿色的理论研究成果较少BIM在国外发展较ꎬ近两年呈逐渐增多的趋势ꎬ主要集中于BIM在绿色建筑领域中的应用、设计流程及方法研究等ꎮ绿色BIM受到、设计机构和相关行业人员的关注ꎬ他们普遍认为BIM为绿色建筑提供了强有力的技术支撑ꎬ一些具有建设性的应用策略和关键技术被提出[6ꎬ7]BIM有助于优化绿色建筑设计方法和设计流程[8]现降低建筑能耗、减少碳排放量、促进材料再利用ꎬꎮ、实合理开发利用可再生能源的目标ꎮ此外BIM在普通建筑中的应用研究较多ꎬ也为绿色建筑设计提供了一些参考和借鉴[9]从2002年ꎮ
Autodesk公司率先提出BIM理念至今ꎬBIM在业界广泛应用ꎬ并不断尝试与绿色建筑相结合ꎮ在我国城镇ꎬ越来越多的绿色建筑工程实践充分应用BIM理念和技术ꎬ优化设计质量、提高施工效率、节约成本ꎬ为“绿色探索”注入科技因素(见表1)ꎮ
2 BIM与绿色建筑的高效整合分析
21 绿色建筑数字化信息平台
绿色建筑强调从理念和技术的角度提升建筑品质ꎬ分析来自环境、构造、材料等方面的信息ꎬ这在传
统的建筑设计流程中很难高效地实现ꎮ而BIM的核心价值在于“Information”ꎬ即信息ꎬ通过数字化技术对工程项目中涉及的各种信息进行整合ꎬ实现数据模型的快速创建ꎮ这种数据模型的信息全面丰富并且直观可视ꎬ整合了建筑的几何特性(空间布置、结构构件、管线排列等)和功能特性(相关的描述、设施、造价等)ꎮBIM突破了信息复杂度和时间的制约ꎬ使建设全过程的信息保持一致ꎬ从多方协同、可视化的角度ꎬ优化建筑设计、建造和运维ꎬ为绿色建筑提供了全生命周期各阶段共享、多学科互通的数字化信息集成平台(见图1)ꎮ
绿色建筑的实现还依赖于各种工具ꎮBIM系列软件具有功能强大、方便易用、速度快、表达效果好、交互性强等特点ꎬ支持IFC标准和其他OpenBIM数据交换标准的多种开放式数据格式(如gbXML、LandXML等)ꎮ不同软件间的数据接口打通ꎬ实现数据传递和信息共享ꎬ便于项目协作ꎬ也为软件计算分析以及项目过程监控提供了极大便利ꎮ22 绿色建筑性能分析和设计优化
建筑设计在绿色建筑全生命周期起着主导作用ꎮ在方案设计的同时需要对建筑环境、能源等可持续性能进行判定ꎮ面对复杂的模拟计算和性能分析工作ꎬ传统的重复建模和参数设置方式不仅效率低且准确性差ꎮ而承载了建筑数据信息的BIM模型可以导入各类模拟软件中有效对接ꎬ并设定相关参数和属性ꎬ仿真真实环境中的建筑性能ꎬ快速高效地校验其合理性并及时反馈结果(ꎬ以系统的优化策略指导设计过程气候条件见表2)ꎮ、场地状况等外界因素信息在节地与室外环境方面ꎬBIMꎬ通过日照模型中录入、通风等模拟分析ꎬ从整体上优化建筑布局ꎮ节能与能源利用是绿色建筑设计的重点之一ꎬ对建筑冷热负荷、能源消耗等进行能耗模拟分析ꎬ为节能设计提供依据ꎮ通过与节水率计算相关软件进行数据共享ꎬ亦可达到节水与水资源利用的目的ꎮ碰撞检查和管线综合、结构体系、外立面等的优化设计以及材料选用和成本控制ꎬ可以最大限度地实现节材与材料利用的目标ꎮ根据反馈的性能分析数据ꎬ调整绿色策略以改善建筑性能和提高环境舒适度ꎮ
23 绿色建筑全生命周期过程
在保证建筑性能、室内外环境质量的前提下ꎬ绿色建筑不仅考虑前期规划、方案设计ꎬ还强调在建造施工和运营管理上对环境负责和提高资源使用效率ꎮBIM侧重于协同作业和实际效果ꎬ在时间维度及信息周期上与绿色建筑相配合ꎮBIM发挥辅助设计与辅助管理两大职能ꎬ整合后期建造和运维在内的绿色建筑全生命周期过程ꎬ解决了诸多复杂的项目难题(见图2)ꎮ
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王楠ꎬ等:BIM与绿色建筑的高效整合及应用表1 应用BIM技术的典型绿色建筑工程实践案例
Table1CasesoftypicalgreenbuildingprojectswithBIMtechnology
序号
项目名称
项目图片
绿建评价
序号
项目名称
项目图片
绿建评价
1
上海世博文化中心国家三星级绿色建筑
7
天津南路文体中心零能耗建筑实践项目
2
深圳大梅沙万科中心国家三星级绿色建筑
8
天津建筑设计院科研综合楼
国家三星级绿色建筑、LEED金奖认证
3
北京凤凰岭绿色建筑节能项目
零能耗、零排放的绿色建筑示范项目
9
北京四中长阳校区
全国首个以绿建三星标准建造的学校
4
上海申都大厦改建工程
国家三星级绿色建筑、2015全国绿色建筑创新奖一等奖
10
北京腾讯总部大楼
国家二星级绿色建筑、LEED金级认证
5
上海世博会案例馆
2011全国绿色建筑创新奖
一等奖
11
北京银河SOHO
LEED-CS预认证项目
6
南宁规划展览馆国家三星级绿色建筑
12上海中心大厦
国家三星绿色建筑、LEED-CS白金级认证
注:BIM的主要应用阶段:1-9建筑设计阶段ꎻ10施工阶段ꎻ11运维阶段ꎻ12全生命周期ꎻ图表来源:“创新杯”“龙图杯”BIM大赛获奖作品及其他优秀项目
图1 以BIM模型为核心的数据传递和信息共享(图片来源:根据资料整理自绘)
Fig1DatatransmissionandinformationsharingbasedonBIMModel
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王楠ꎬ等:BIM与绿色建筑的高效整合及应用
表2 BIM绿色性能分析主要软件及功能
Table2MainsoftwareandfunctionsofBIMgreenperformanceanalysis
编号①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩
BIM软件EcotectANSYSODEONFluent
绿色性能模拟与分析
光环境●
风环境○●●
○○○○○○○○
○○○○
○
○○
声环境○○○●
●●●●●●●●●
○○○○○○○○
○○○○○○
○○○
能源○
经济成本
○
碳排放○
水资源
运行平立运行ꎻ
整合至Revit产品系列
运行运行
基于Revitweb服务平台基于ArchiCAD的插件运行ꎻ基于Revit的插件Sefaira网页版ꎻ基于Revit的插件
运行运行运行ꎻ基于Revit的插件
运行运行运行
GraphisoftEcoDesignerSTAR
IESVESefairaEnergyPlusDesignBuilderPKPM系列软件
eQUESTDOE-2
GreenBuildingStudio
注:●代表主要功能ꎬ○代表次要功能ꎻ其中①-为国外软件ꎬ为国产软件ꎮ图表来源:根据资料整理自绘ꎮ
设计阶段的BIM模型可以持续地为绿色建筑各
个阶段提供完整可靠、直观清晰并且实时协调的各种数据ꎮ在建造施工阶段ꎬ3D-BIM模型中加入时间信息形成工程项目4D-BIM施工动态管理平台ꎬ实施进度计划与模型关联、进度仿真模拟与分析、质量安全管理等ꎬ较为准确地保证或缩短工期ꎮ在建筑全生命周期中ꎬ相对于设计、建造阶段ꎬ项目运营管理的时间往往更长久ꎮ良好的运营管理是绿色建筑的重要组成部分ꎬBIM运维平台能够处理大量复杂数据ꎬ使空间信息与实时数据融为一体ꎬ管理人员可以直观、清晰地了解楼宇信息、能源信息、室内温湿度实时变化、通风情况等相关运行状态ꎬ配合节能运行实现高效管理[10](见图3)ꎮ
图3 基于BIM的绿色能源和环境管理信息系统
(以表1-11北京银河SOHO为例)[10]
Fig3BIM ̄basedinformationmanagementsystemof
greenenergyandenvironment
3 BIM在绿色建筑中的推广应用
BIM技术在中国建筑业迅速发展ꎬ并在许多城镇
绿色建筑项目中得到应用ꎮ但从当前现状情况来看ꎬ由于多数人对BIM认知较少或片面、人员培训等所需金钱和时间成本高、标准和工具本土化程度较低等原因ꎬ以及习惯传统工作方式的设计师接受新软件的积极性并不高ꎬBIM的推广面临一些阻碍ꎬ需要重点突
图2 应用BIM的绿色建筑全生命周期过程
(图片来源:根据资料整理自绘)
Fig2ThelifecycleprocessofgreenbuildingwithBIM
破和有序的解决ꎮ31 理论研究方面
绿色建筑和BIM在国外都经历了几十年的发展
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王楠ꎬ等:BIM与绿色建筑的高效整合及应用
历程ꎬ先后引入我国ꎬ近年来逐渐被关注和探讨ꎮ有关绿色建筑的现有成果中ꎬ缺乏以BIM视角进行的系统性研究ꎮ、设计机构和相关行业人员应借鉴国外较为完善的绿色BIM经验ꎬ结合我国研究现状ꎬ加大研发投入和工程实践应用ꎬ增加BIM标准、工具等研究的深度和广度ꎬ以满足绿色建筑设计、管理和评价的多方面需求ꎮ
32 绿色建筑的更新与发展完善
BIM在绿色建筑中的应用还处于起步阶段ꎬ缺乏符合中国国情的绿色BIM认证程序、完善的标准和相应的技术指导ꎮ及管理部门应采取措施推动绿色BIM的发展:1)我国«绿色建筑评价标准»中将应用BIM技术列为创新加分项ꎬ在建筑的规划设计、施工建造和运行维护阶段中的两个或两个以上阶段应用得2分[11]的绿色BIM标准体系ꎬ应进一步加大分值引导ꎬ对BIM技术应用进行细化ꎻ2)建立完善ꎮ
在绿色建筑创新奖、绿色建筑示范工程等国家及地方性绿色建筑奖项或表彰奖励中ꎬ鼓励BIM技术的应用ꎻ3)在绿色建筑评价过程中ꎬ进一步拓宽基于BIM技术的软件模拟测评工具的使用[12]
色BIM专用数据库ꎬ积累符合我国绿色建筑要求的
ꎻ4)逐步建立绿
材料及其性能指标ꎮ33 BIM本土化过程
BIM技术的应用依赖于有效的工具ꎬ而国内市场以国外软件占据主流ꎬ虽然可选择性较高ꎬ但普遍缺少符合国内出图标准和要求的图例ꎮ对于三维图纸缺乏相关技术标准ꎬ应用BIM的项目设计成果仍然以BIM模型生成二维图纸并根据国家标准进行验收ꎮ因此ꎬ需要根据我国的计算标准、制图标准进行再研发ꎬ实现信息标准化和规范化ꎮ加强本土化应用ꎬ增强数据的互用性ꎬBIM与绿色建筑的整合及应用还有很长的路要走ꎮ
34 整合工具开发和技术集成应用
绿色建筑性能涉及光、风、声、热环境等复杂的分析ꎬ常规方法以的绿色建筑软件进行模拟分析会耗费大量时间ꎬ可能出现数据遗失或是模型设定错误ꎬ整合BIM与绿色建筑基本模拟的工具开发可以减少此类问题ꎮ整合绿色BIM设计和评估的工具开发可以辅助设计师在设计阶段进行评估分析ꎬ提供更贴近实际状况的评估结果ꎮ此外ꎬ要着力增强BIM、大数据、云计算、物联网等信息技术集成应用能力ꎬ将绿色建筑全生命周期庞大的数据信息转向云端数据库进行作业与储存ꎬ从而减轻BIM系统承载的负担ꎮ
4 结语
绿色建筑不仅要贯彻“绿色”理念ꎬ还应该在整个40
设计、建造、运维阶段全面采用能帮助实现“绿色”标准的新技术ꎮBIM与绿色建筑的高效整合则为绿色建筑提供了重要的技术平台与实现手段ꎬ帮助解决城镇绿色建筑发展遇到的难题ꎮ“十三五”期间ꎬ住建部将全面提高建筑业信息化水平ꎬ开展多专业间的数据共享和协同ꎬ推进基于BIM的建筑工程设计、生产、运输、装配及全生命期管理[13]术ꎬBIM将在全国普及ꎮ随着绿色建筑与ꎮ作为国家重点推广技BIM研究的不断发展ꎬ相关、标准、工具的完善ꎬ推动两者的整合及应用将对绿色建筑普及和生态城市发展具有重要的意义ꎮ绿色BIM将成为中国建筑界的新常态ꎮ
参考文献:
2017[[1]清华大学建筑节能研究中心[2]M].北京:中国建筑工业出版社.中国建筑节能年度发展研究报告ꎬ2017:8.
筑节能与绿色建筑发展中华人民共和国住房和城乡建设部“十三五”规划的通知.住房城乡建设部关于印发建[L].2017-03-01.[3]绿色建筑标识项目统计住房和城乡建设部建筑节能与绿色建筑综合信息管理平台[EB/OL].(2016-10-01)[2017-12-.05]全国.http://www.cngb.org.cn.
[4]httpsNBIMSAlliance://www.-USbuildingSMART.TMnationalbimstandard.)[EB/OL].National(2015org/.
-BIM07-Standard22)[2017-United-12States®(-05].[5]ing(YujieBIM)LuforꎬZhileigreenWubuildingsꎬRuidong:acriticalChangꎬetreviewal.Buildingandfutureinformationdirectionsmodel ̄[J].AutomationinConstructionꎬ2017ꎬ83:134-148.
[6]尔滨郭云鹏:哈尔滨工业大学.绿色建筑全生命周期中的ꎬ2013.BIM技术应用策略研究[D].哈能[7]ꎬ2015ꎬ43(12):44蔡坤妤ꎬ王廷魁.地域性绿色建筑设计初期的-50.BIM应用[J].建筑节大学[8]许娟ꎬ2014.BIM.平台下基于设计流程的建筑节能设计[D].天津:天津大学[9]翟建宇ꎬ2014.
.BIM在建筑方案设计过程中的应用研究[D].天津:天津[10](2015曾臻-.银河SOHO智慧建造—基于BIM/wenku.的运维管理baidu.[comEB//OLview].20bfc81bad1251-f0122dc)381[2018f199-.html.
1-15].https://[11][12]GBT态下绿色建筑发展理论与实践刘劲50378—2014ꎬ.“建筑信息建模绿色建筑评价标准”技术在绿色建筑中的应用与探索[S].
———第五届中国中西部地区土木建筑学[C]//新常术年会论文集ꎬ中国乌鲁木齐:中国矿业大学出版社ꎬ2015:36-39.[13]发展纲要中华人民共和国住房和城乡建设部[N].中国建设报ꎬ2016-09-22.2016~2020.
年建筑业信息化作者简介:王楠(1990)ꎬ女ꎬ山东济宁人ꎬ建筑学专业ꎬ博士研究生ꎬ
主要从事绿色建筑与建筑节能、BIM技术应用的研究(378608630@qq.
com)ꎮ
指导教师(通讯作者):刘丛红(1968)ꎬ女ꎬ天津人ꎬ建筑学专业ꎬ教
授ꎬ生态城市与绿色建筑研究所副所长ꎬ主要从事可持续建筑设计、绿色建筑设计与评价的研究(conghong_liu@163.com)ꎮ
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