谈BIM+GREEN的高性能建筑设计探讨范文

摘要：文中对BIM+GREEN技术的概念与优势进行了分析，并提出其在高性能建筑设计中的应用方法，结合绿色建筑分析软件，对建筑的光环境、风环境、声环境等性能进行模拟和优化设计，推动高性能建筑设计与节能发展。

关键词：BIM技术；绿色建筑；高性能；性能模拟

1BIM+GREEN技术概述

1.1概念

BIM为建筑信息模型，可对建筑内全部结构设计参数、工程量与特性等进行计算，并将信息存储到计算机内，在此基础上创建3D可视化模型，为设计者进行模型分析与模拟提供便利。Green为绿色建筑设计理念，要求建筑设计坚持人本化原则，尽量使用环保型施工设备、材料，保证人体健康；科学处理房屋建筑空间结构，充分利用风能、太阳能等自然资源，保证建筑内温湿度，提高建筑性能与居住舒适度。

1.2应用优势

在绿色建筑设计中，BIM技术的应用优势较多，能够弥补传统建筑设计的缺陷，使建筑性能与设计效率得到全面提升［1］。

（1）建筑性能分析。对于不同专业的建筑师来说，常常利用多个软件分析建筑性能，很容易使建筑模型不统一，影响信息共享效果。应用BIM技术后，可将模型变为gbXML格式模拟建筑性能，有效解决软件模型不统一问题；还可利用BIM技术模拟建筑场地的环境与气候，使数据信息更加准确，在设计初期便可将建筑物风环境、声环境、光环境等模拟出来，使场地确定、能耗计算更加准确合理，建设方案更加完善可行［2］。

（2）专业协同设计。建筑施工需要多个专业相互配合完成，各专业技术人员都是工程的重要组成部分，缺一不可。为提高设计效率，需要有一条“线”将各个工序串联起来，实现“协同设计”。BIM具有网络协同功能，各专业负责人在同一中心文件工作，拥有各自副本文件，能够科学规划各专业的设计工作，在协同作业下提高项目设计质量与效率。（3）避免错漏碰缺。建筑设计经常出现错误、漏洞、缺陷、碰撞等情况，需要变更设计，使成本增加。对此，BIM技术的应用可发挥三维漫游技术的功能，在正式施工之前检查设备管线布设情况，提前发现存在的碰撞、不合理等问题，有效避免错漏碰缺等问题产生，避免工程返工造成的资金浪费。

2BIM+GREEN在绿色建筑设计中的应用方法

2.1电能利用设计

在电能使用设计方面，BIM+GREEN技术的应用主要通过CAD设计软件体现出来。在实际操作中，应对管线布局、设计效果、电能应用等因素综合分析，准确计算电力能耗，特别是有害气体含量计算方面。针对绿色建筑进行量化模拟，可打破此类建筑内电力使用设计的界限，对环境污染情况以及周围环境进行全面分析，准确计算载荷，并设计一套完整的电能使用方案，取得理想的电气节能效果。在布线设计方面，应将建筑内电气设备布设情况展现出来，使全部布线设计、设备布局更加合理，由此提高建筑内电能利用率，突出高性能的设计特点。

2.2外墙保温设计

将BIM+GREEN技术应用到外墙保温设计中，可对保温砖、挤塑板两种设计模式进行准确的数据测量与计算，在提高材料利用率的同时，还可使建筑保温数据计算结果更加准确可靠。尤其是在墙体荷载计算时，改变以往平面设计模式的限制，利用BIM技术对基层数据进行分析，与外墙保温相关信息结合起来，不但可使保温层数据更加可靠，还可使外保温负载分布得到科学规划。同时，还可准确计算出热桥值，使外保温设计更加贴近绿色节能设计标准，特别是外墙自然温度引入与汇集方面，保温效果更加显著，在节约大量保温设计成本的同时，还有助于充分利用自然温度，达到高性能建筑设计目标［3］。

2.3项目场地与布局设计

（1）创建场地模型。为提高建筑设计性能，场地设计十分关键。在BIM+GREEN技术应用后，可借助技术自身特点，帮助设计者创建场地模型，将场地真实情况模拟出来，使设计师能够提前采集场地各项参数，将参数归纳整理后，录入到BIM软件内，便可生成相应的模型，为设计者透彻观察与科学设计提供技术支持。在模型创建后，设计师可充分了解建筑的高程数据、坡度数据等信息，在绿色智能设计过程中，可结合场地实际情况，对各个细节进行综合调整，如排水、朝向等等，提高建筑的绿色化水平和性能。

（2）场地布局。只有建筑布局合理，才能将绿色高性能的特点充分展现出来。例如，布局设计可直接影响室内风环境、光环境等。在传统设计中，单纯根据自身经验进行设计，难以达到预期设计效果。但在应用BIM技术后，设计者可借助模型全面探析建设项目，使场地布局更加客观合理，满足建筑透风、采光等标准；在设计过程中，还可将太阳能与建筑有机结合起来，充分利用太阳能，提高建筑绿色智能化程度。

（3）设计模拟。对于绿色智能建筑来说，在前期设计期间，技术人员可利用BIM模拟建筑物的生态化性能，使建筑外形更加艺术，整体布局更加合理。仿真模拟功能的应用还可为智能建筑设计方案落实提供助力，这就要求设计时根据建筑物使用功能，分析该建筑的合理与实用程度，对其进行优化完善，使其施工品质从本质上得以改善，显著提升建筑的绿色智能化水平。在BIM技术应用期间，根据仿真模拟情况还可发现设计方案潜在的问题，帮助设计者尽快调整和优化。

3基于BIM+GREEN的建筑性能模拟分析

3.1声环境模拟

（1）软件选用。当前公共建筑多选用Cadna/A系统进行声环境分析，该系统不仅可进行噪声测试，还可科学规划城市噪声，合理分布区域功能。例如，与道路相邻的建筑可设置商业区，此类区域对声环境要求相对较低。利用Cadna/A系统中的计算模拟功能，可结合项目所在地具体情况，灵活调整噪声位置与强度。

（2）标准要求。根据国际标准设计软件的计算原理，无论何种声源的计算都要在标准规定下实施。值得注意的是，该软件计算方式与国情相符合。声环境功能区为Ⅰ类，白天环境噪声限值为55dB，夜间为45dB，适用于居民住宅，声环境功能区类型为科、教、文、卫等对声环境要求较高的区域。

（3）几何模型。通常公共建筑噪音来源于道路、配电系统、供水系统等，周围多分布规划支路、干路等。结合相关规定，城市主干路设计速度为60km/h，次干路为40km/h。根据声环境模拟可知，公共建筑噪音主要源于道路车鸣、空调设备运行等。

3.2光环境模拟

在软件选择方面，利用Radiance与AutodeskEcotect2011结合方式进行模拟，前者利用逆向优化算法，采用蒙特卡洛射线探测器切换算法，使检测算法更加精准，可对建筑采光情况综合分析。后者功能十分丰富，可应用到设计概念中，针对设计可持续性进行分析，最为广泛的是模拟与分析功能，可能会使新建筑架构、性能设计等发生改变。该软件交互功能较强，可对环境中的阴影、阳光等元素进行模拟。在上述软件应用中，应遵循国际采光标准，如表1所示。对于不同类型的公共建筑来说，不同等级采光场所的系数标准、照度标准均不尽相同。例如，在教育建筑中，Ⅲ级采光场所的采光系数标准为3.0%，照度标准值为450lx；Ⅳ级采光场所的采光系数标准为1.0%，照度标准值为150lx；在展览建筑中，Ⅲ级采光场所的采光系数标准为3.0%，照度标准值为450lx；Ⅳ级采光场所的采光系数标准为2.0%，照度标准值为300lx；Ⅴ级采光场所的采光系数标准为1.0%，照度标准值为150lx；在体育建筑中，Ⅳ级采光场所的采光系数标准为2.0%，照度标准值为300lx；Ⅴ级采光场所的采光系数标准为1.0%，照度标准值为150lx。在光环境模拟期间，应根据模拟场所的采光等级计算出采光系数均值，并与标准要求进行对比，判断采光情况是否满足规定。

3.3风环境模拟

（1）软件选择。采用流体动力学分析法（CFD），在PHOENICS2014软件下对室外风环境进行模拟，该软件可模拟强大流动、复杂活动等，可有效降低计算量。在低速不可压流动方面，采用人工压缩器替代以往流体计算方式，并熟练应用CFD技术构成CFD软件，主要由中央解码器和前后两个处理器构成。在实际应用中，无需查找资料和手动输入，便可直接从数据库调取信息。在公共建筑物周围，不可压缩的低速湍流较为常见，且气流遇到建筑物后，不但会降低风速，还会使风的方向发生改变。例如，在模拟气流组织过程中，可计算出门窗风压表，再将该表直接应用到气流组织质量分析中，选出开启部分或者某种类型的窗户，便可直观看到由多种颜色展示的气流组织分布情况。

（2）标准要求。在公共建筑气流组织方面，相关规定指出：在过渡季典型风速状态下，对换气次数超过2次/h的面积比例进行计算，结合绿色建筑评分系统要求进行划分。当面积在70%以下时，得分为7分；面积在70%~80%之间时，得分为8分；面积在80%~90%之间时，得分为9分；当面积超过90%时，得分为10分。

（3）设计参数。在网络划分方面，先要明确网格密度，根据结果要求与建筑物空间指标，针对软件内网格尺寸、细分级数等进行调整；针对面积狭窄、带有拐角等处，适当提升网格密度，才可将气流组织情况完整地模拟出来；然后创建科学的网格，结合气流组织分布情况创建脱硫模型，以RNGk-模型为主。该模型适用于复杂剪切流、大角度失速、钝体尾迹涡、室外空气流动等计算。在公共建筑中，根据换气次数表内容可知，模拟总面积为2603.24m3，换气次数超过2次/h的面积为2485.35m2，占总面积的95.21%。

4结语

综上所述，当前高性能建筑数量不断增加，传统建筑设计方法难以满足设计需求，迫切需要引入BIM技术与绿色设计理念，综合分析建筑能耗、自然采光、通风与噪声等因素，对建筑性能进行真实模拟与优化设计，由此提高设计效率。在未来的发展中，BIM+GREEN模式的应用范围日益扩大，仿真分析时间不断缩短，便于设计者同时对比多个设计方案，真正实现设计与模拟同步开展的目标。

参考文献

［1］崔芳芳.基于BIM技术绿色低能耗建筑集成设计方法与优化研究［D］.昆明：云南农业大学，2017.

［2］姜韶华，武静.基于本体与BIM的绿色建筑智能评价系统［J］.工程管理学报，2016，30（4）：35-39.

［3］路潮，周鑫辉，陈铁.关于BIM在实际建筑过程中的应用研究及优化设想［J］.江西建材，2017（1）：22-23.

作者：甘路 单位：广州名阳建筑设计有限公司江西分公司