bim技术在绿色建筑设计中的应用

bim技术在绿色建筑设计中的应用

近年来，建筑公司促进了绿色建筑的设计规模，并推荐使用了该项目的（建筑信息模型）技术。尤其是2010年，它具有更高的规范性。未来的规划和设计将不可避免地带来变化，并已成为行业共识。BIM指包含建筑物全部信息的电脑模型,模型内的各类数据将在建筑物全生命周期,包括设计、建造、维护、管理等环节发挥作用。BIM应用大致体现在以下3个方面:1)阶段:规划-建筑设计-室内设计-施工-运营;2)参与方:政府、业主、设计、施工、制造、运维、用户;3)应用:城市规划、场地分析、指标控制、成本控制、设计建模、管线综合、性能化分析、绿色认证、室内装修、三维打印、可视化表达、项目管理、施工管理、维护计划等。自2007年至今,笔者及其团队采用BIM模式完成了10个项目,从方案设计、性能分析到施工图设计,在设计阶段上向前延伸至规划,向后延伸至室内装修,打通了BIM在设计应用的各个环节,并增加了上述不同方向的扩展应用,使得BIM不仅是含有信息的模型,还最大程度地使用了这些信息,使其创造更大的价值。1使用pm方法1.1专业助力设计与模拟学习笔者及其团队对BIM应用的切入点选在施工图设计。在相继完成成都青羊开发区G-9办公楼(2.2万m2)、北京西城区青少年科技馆(1万m2)的施工图设计后,于2008年底开始了较大规模的BIM项目—位于北京三里屯的世茂·工三广场设计。该项目总建筑面积21万m2,其中一期16.9万m2,是集商业、酒店式服务公寓、5A级写字楼于一体的地标性综合体(图1)。在推广BIM过程中,设计单位时常会遇到这样的矛盾:在该项目组团队中仅有少数建筑师掌握BIM,且工作经验丰富的建筑师在掌握新的软件和完成从二维到三维的思维方式转换方面更困难,而年轻建筑师工程经验又不足。经过探索实践我们认识到,BIM的工作方式将改变传统项目管理的设计人员构成和推进模式。在初期搭建模型的过程中,由一批年轻建筑师(甚至绘图员)一起工作,他们的脑海中尚没有施工图的图纸概念,其工作是虚拟建造一个三维的全信息模型。而资深建筑师则负责检查已建成的模型,指导修改并亲自绘制其中较复杂的部分,如对某些详图进行二维深化,解决特殊部位的构造难题等。这样的分工协作提高了效率,团队得以快速绘制大量图纸并保证图纸之间的一致性,把建筑师从重复绘图和大量校对中解放出来,并可以方便地体验自己的设计成果,并不断改进,同时Revit的运用还帮助年轻建筑师以直观的方式了解建筑设计。这样的大型综合项目不仅在信息管理与统一上存在难度,同时也使BIM对硬件和网络方面要求甚高,即使项目组全部采用当时最快的PC机,在项目后期模型量达到顶峰时,电脑的运算能力仍处于临界状态。我们采用的应对措施是以中心文件和工作集的方式来组织设计,主服务器上存有中心文件,并根据功能分成多个工作集,单机上打开的是模型副本文件,建筑师定期将自己负责修改的内容上传到中心文件,同时同步下载其他成员修改的内容,保证了所有人的信息一致。施工图设计历时10个月完成,全部建筑专业图纸由Revit完成,一致性非常好,图面表达方式、制图标准统一控制。BIM作为一种新工具并不能直接提高效率,在使用初期效率反而会降低,但是图纸质量会保持或上升。针对大型公建项目复杂的管线综合,我们将设备专业图纸建造成三维模型,并应用NavisWorks软件进行了管线碰撞检查。利用虚拟建造的方式,提高了传统人工管线综合中的工作效率,并避免了可能出现的疏漏所引起的施工现场拆装调整(图2)。1.2模拟体验设计案例近些年来,人类生存环境面临空前的恶化,节能减排已经成为大势所趋,推动绿色建筑的发展是建筑师不可推卸的责任,而BIM则是绿色建筑设计的必经之路。在北京南闹市口3-1号地块还建办公楼设计中,在BIM模型的基础上使用IES(VE)模拟办公楼指定房间全年的自然通风量与温湿度数值,通过与舒适度指标相比较,缩短了空调使用期,并为建筑师指定合理的开窗率,保证过渡季自然通风的舒适度。同时,中庭自然采光及遮阳效果模拟、暖通专业搭建含有信息的管道模型也成功利用BIM软件完成并应用于设计计算。在北京西城区后广平小学及幼儿园设计中,运用CFD软件模拟操场1.5m处的冬季风速,校园区北侧两栋高层建筑阻碍冬季风进入校园,人行高度的风速大多小于5m/s,能够满足冬季室外舒适性要求;体育场局部位于北侧高层建筑的绕流区,风速达到67m/s,会对人体舒适度产生影响;建筑A、B之间的连廊处形成冬季风口,可采用加强窗户密闭性等措施以减少冷风渗透所带来的热损失。另外,通过模拟室内光环境,为建筑遮阳设计及电气照明布置提供准确数据指导,避免不良光环境对儿童视力的影响(图3)。1.3bim+住宅设计居住建筑规划与设计中BIM同样具有优势:1)规划阶段以含有信息的建筑体块推敲总图布置,从模型提取数据计算经济技术指标并调整方案;从风压、日照、视野、噪音等多方面模拟小区环境,进行规划的多方案比选。2)将室内设计、设备电气的设计信息与建筑模型整合,深化住宅厨卫精装修设计,并用BIM平台将审核过的信息固定下来,成为未来住宅设计中黑盒子(图4)。3)住宅精装化是未来中国的一个必然趋势,也是最直接降低建筑业能耗的方式,BIM与室内装修的结合可以更精确地控制效果和投资。4)针对不同风格项目制作模型族库,为同类型住宅大量的复制提供可能性(图5)。5)建立工程量统计的流程,为建筑经济专业提供指定的数据,作为概预算工程师的参考,可与传统方式进行比对。6)3D打印、虚拟漫游等技术可以让我们与业主更好地沟通。在金隅地产唐山某住宅项目中,BIM完成的住宅施工图在细节处理、准确性、设计周期等方面完胜传统方式。坡屋面的交接、墙身的细节都处理得非常到位,并且同时为甲方提供了工程材料用量的参考数据。在项目结束后,各类特殊构件迅速归入族数据库,作为今后的类似项目的积累,未来的住宅设计将以此为基础,在保证效率的同时,不断提高设计精细化(图6)。2对平等的理解2.1bim技术在段总成图设计阶段建筑师在拥有核心建模的能力后,对BIM的应用逐渐向不同方向、不同阶段、不同软件延伸,让BIM发挥更大的价值。第1阶段核心模型搭建:最初是以三维建模的方式绘制施工图;第2阶段设备专业加入:从为大型项目做三维空间的管线碰撞检查,到直接应用MEP软件进行施工图设计;第3阶段绿色建筑分析:以BIM模型为基础进行绿色建筑和性能化分析;第4阶段向前、后阶段扩展:向前—规划阶段延伸,甚至和GIS(地理信息系统)结合;向后延伸至室内装修设计,完成精细化设计的目标(图7)。2.2参与全生命周期所需的业主是受实际上,业主是BIM变革最大的受益者。BIM带来的效益贯穿建筑的全生命周期,而参与整个过程的只有业主。在不同阶段,业主需要不同的信息,也享受BIM带来的高效和便捷。同时,也只有业主可以控制协调相关各单位执行BIM标准的情况,业主应成为BIM的主要推动者。2.3bim实施过程中的浪费现象根据一组美国建造业研究学会(ConstructionIndustryInstituteTM)的数据:建筑业和制造业两者的非增值部分相差巨大,建筑业存在着57%的浪费,在同样的时间里,制造业的浪费为26%,两者相差高达31%(图8)。美国政府积极推动BIM的目的就在于提高工程建设行业的生产效率,其中核心的标准就是由国际协同工作联盟IAI制定的工业基础类标准IFC(IndustryFoundationClasses),用以统一信息在不同软件平台间转化的语言,避免信息的流失,也加强了建筑业与制造业的联系,提高建筑行业的工业化水平。遗憾的是目前中国的BIM还没有制造业的参与,这仍是不完整的BIM。3制定相关政策,鼓励bim发展1)BIM软件本地化不充分目前国内设计单位使用BIM软件面临的最大困难是本地化模板和族库。几年来BIM的中国用户一直在自己制作符合国家制图规范的本地模板和族库,软件厂家也偶尔发布官方模板,但是缺乏一个有效的组织平台,大部分先行的用户还是处在自力更生、各自为战的状态。对于准备转入BIM的设计企业,本地化族库的制作和整理仍是技术门槛和成本门槛。2)缺乏培训和咨询虽然有社会化的培训机构,一些大学也相继开设BIM课程,面对今年爆发的对BIM设计师的需求,还是远远不能满足需求。另外对软件操作的培训相对容易,如何从软件操作进入实际项目操作,建立新的工作流程,则需要一定的项目经验与控制能力。3)行业高速发展的巨大惯性几乎所有的业主在听到关于BIM的介绍后都会关注同一个问题:新系统的速度会比传统方式快吗?的确,从开发的角度来看时间就是金钱,绿色建筑、精细化设计等理念都比不上快速的资金周转以及和政策赛跑。选择合适的项目、合适的业主,是设计公司走好BIM的关键一步。对于任何设计公司,第一个运用BIM的项目都会伴随着设计效率的降低,这要求业主对BIM的坚定支持和对初始阶段周期延长的容忍。4)缺少来自政府的支持美国俄亥俄州政府于2009年底出台了一份旨在推动BIM应用的协议,协议规定了凡是政府类项目,造价在400万美元以上或机电造价占项目40%以上的项目,必须使用BIM。对BIM项目还给与付款上的优惠条款,如将施工图部分的设计费(占总合同10%)提前在方案、初设阶段支付。我们的行业管理部门应明确提出针对BIM项目取费标准或其他鼓励政策,以鼓励国内设计单位的BIM应用。同时针对BIM项目大部分工作前移的特点,调整目前的项目审核流程。4经验和经验4.1bim的时间相对于目前被房地产开发商压缩至不合理的设计周期,BIM会要求正常的设计周期。用与传统方式相同的时间,BIM会越做越快、更详细、高度一致性。BIM节约未来的时间。相比传统二维方式,BIM在设计初期进展会相对缓慢,随着时间推移,速度会迅速加快。4.2个月内的成员结构变化BIM改变了传统的分工模式,不再以图纸张数计算工作量。基于对模型剖切的出图方式,参加项目人数可以降至原来的70%。成员结构的变化:年轻建筑师逐渐成为团队主力。BIM直观的方式是对年轻建筑师最好的培训,他们能够随时检验自己的工作,加深对建筑空间、建筑构造的理解。有经验的建筑师只需掌握BIM软件的基础部分,他们的工程经验和控制能力将在BIM团队中发挥重大作用。4.3年及其不同培训时间的bim1)获得并维持高级管理层的支持;2)资金(软件、功能更强大的硬件以及培训时间);3)一位BIM负责人,并支持其领导这一变革过程;4)从小处开始,逐渐积累动力。经过23个项目之后,才能见到真正的效用,每个小的成功都将成为进一步广泛应用的驱动因素。4.4培训期间员工工资经多次尝