【摘要】近年來，我國建筑業提出“綠色建筑”的全新概念，在公共建筑中大行其道，取得顯著的經濟、社會與環境效益。與此同時，相比于早期建筑，綠色公共建筑有著結構造型復雜、能耗過高、設計難度大的特征，對建筑設計水準提出了更高要求，傳統設計方法有待改進。鑒于此，文章以BIM技術作為切入點，簡要敘述BIM技術價值，探討BIM技術在綠色公共建筑設計中的應用情況，依托技術構建一套全新的設計方法。
【關鍵詞】BIM技術；綠色公共建筑；設計方法
(資料圖片僅供參考)
1BIM技術在綠色公共建筑設計中的應用價值
1.1專業協調方面
各專業建立的BIM模型間保持緊密聯系，在總數據庫帶動下同步更新，幫助設計人員全面掌握其他專業設計成果，如暖通等專業的管道碰撞、與土建結構碰撞時，將在模型上直觀呈現這一問題，由設計人員對管道布置進行調整。同時，各專業設計人員也可基于BIM模型召開視頻會議，相互溝通、協商專業沖突問題。
1.23D建模方面
早期項目中普遍繪制二維CAD圖紙，由多張圖紙共同表達三維立體空間，存在繪圖量大、理解困難的問題，而BIM技術可以直接構建3D模型立體化呈現三維空間，無須開展繁重的繪圖工作，還可以更為直觀、準確地表達設計意圖與建筑結構造型[1]。
1.3模擬檢查方面
憑借BIM軟件強大的邏輯分析和數據處理能力，設計人員可以在軟件中開展模擬施工實驗，模擬不同假定條件下的施工過程，對比實驗結果是否達到預期設計要求，從中發現并解決設計問題，為深化設計提供依據。
2BIM技術在綠色公共建筑設計中的具體應用
2.1室外環境設計
2.1.1日照分析方面在BIM軟件中導入建筑總平面圖、立面設計圖、幕墻或外墻設計圖等圖紙作為證明材料，在軟件中模擬分析綠色公共建筑的室外光環境，判斷既定設計方案是否造成光污染或是影響周邊建筑日照條件，根據分析結果對建筑外立面造型、相鄰建筑物間距、建筑圍護形式等設計內容加以調整，直至通過室外環境設計評價。同時，也可開展日照輻射分析實驗，在實驗期間觀察栽植不同品種植物、植物在不同位置栽植時的生長情況，從中選擇最佳的植物品種與栽植位置。
2.1.2朝向分析方面由于各個公共建筑的所處區域氣候條件、現場地形地貌與地勢走向有著明顯差異，要求設計師遵循因地制宜原則，根據現場環境情況計算最佳的建筑朝向。設計師可借助BIM技術實現這一目的，在軟件中開展日照分析、風環境模擬等一系列實驗，兼顧日照、景觀視線、通風等多項要素，在其基礎上設定建筑朝向[2]。例如，在福建古田山莊項目中，建筑群位于丘陵地帶，建筑依山傍水、現場地形高低起伏不定，設計人員使用ECOTECT軟件進行日照分析實驗，生成三維朝向圖、建筑朝向豎直投影圖等圖紙，最終將建筑群朝向設定為南偏東25度（見圖1）。
2.1.3風向優化方面在早期部分建筑工程中，忽視了風環境分析工作，未根據現場風環境情況調整建筑布局和改變場地物理環境，在后續建筑使用期間偶爾出現渦旋、滯風等現象，嚴重時引發污染物擴散、室外散熱效果不佳、通風不暢等一系列問題出現。對此，設計人員需要借助BIM軟件開展風向優化工作，在軟件中搭建與布局結構一致的場內場景，導入當地氣候條件來模擬風環境，根據模擬分析結果來調整設計方案。仍以福建古田山莊為例，風向優化分析過程如圖2所示，當地屬于亞熱帶海洋性季風氣候，在每年的9月～1月為西北風向和北風，在2月～8月為東南風向，基本不會出現過冷、過濕現象。根據模擬分析結果，選擇在基地西北角區域栽植密林和草坡用于遮擋寒冷風向，在基地東南角部位設計鋪磚廣場用于引導涼爽的東南風向，并對建筑物的窗墻比、開窗方向進行調整，明顯改善了室內自然通風條件，預估每年可節省545kW的空調能耗[3]。
2.2節能與能源利用設計
2.2.1在圍護結構熱工性能分析方面設計人員在BIM模型中添加保溫材料熱工性能、墻體材質等有關圍護結構的參數值，檢查模型參數值是否符合《公共建筑節能設計標準》（GB50189）的相關標準，判斷圍護結構熱工性能是否達標，在性能不達標時采取調整墻體厚度、使用其他品種保溫材料、改變建筑圍護構造層次等措施，直至圍護結構熱工性能達標[4]。
2.2.2在總平面設計方面以改善室內自然采光通風條件為首要目的，通過優化建筑室內平面布局，起到改善采光通風條件、縮短照明與空調通風等系統運行時間的節能效果。
2.3節材設計
相比于傳統建筑，綠色公共建筑在施工期間使用到大量的新型綠色建材，不會對現場環境造成嚴重污染，且綠色建材具備較高的再生利用價值，可以將廢棄材料進行破碎加工等處理后制成全新建材，投入循環使用當中。對此，為深挖綠色公共建筑的潛在價值，設計人員需要運用BIM技術進行節材設計，優先使用可循環利用、低污染性和無污染性的綠色材料，將既定設計方案導入BIM軟件中進行模擬施工實驗，根據試驗結果來統計綠色材料的實際用量，在用量偏低時則對方案內容加以調整，確保綠色材料用量不少于總體材料的10%。
3基于BIM技術的綠色公共建筑設計方法
3.1概念設計
在概念設計階段，應用BIM技術實現可視化呈現、量化考量兩項目標。其中，對可視化呈現目標的實現，設計人員直接在BIM軟件中構建3D模型，直觀呈現公共建筑的設計構思，便于各專業人員直觀理解和相互探討，業主觀察3D模型是否符合公共建筑的使用要求，提出較為具體的修改意見，根據反饋意見進行修改，同時，業主與工程參建單位依托BIM模型跟進設計過程，及時提出意見、按照反饋意見來修改方案，這將起到提高設計效率、簡化設計流程、避免無效設計的作用。而對量化考量目標的實現，在概念方案設計完畢后，對軟件中構建的BIM模型進行分析評估，從模型中提取特征值與參數量，以數據形式顯示建筑材料用量、圍護結構熱工性能、建筑系統運行能耗和總體能耗、碳排放量、光照時長、室內環境溫濕度等設計內容的統計分析結果，幫助設計人員從中選擇最佳的方案作為初步設計方案。
3.2深化設計
在深化設計階段，傳統設計模式采取建立多專業分析模型、根據模型分析結果來呈現設計效果并加以改進的方法，借助數據化工具，設計效率得到一定程度的提升。然而，這一設計方法存在明顯局限性，既需要建立大量的分析模型，且模型無法直接生成圖紙與指導后續施工活動開展，實際應用場景有限，設計過程較為繁瑣。對此，需要依托BIM技術重構深化設計流程，構建一個橫跨全部專業的BIM模型，通過標準化接口轉換模型中所提取設計信息的格式，準確描述模型屬性，徹底解決重復建模、模型無法準確描述建筑物構造形狀的問題，在真正意義上做到整合設計。例如，使用CIS/2、DXF、IFC等作為接口形式，設計人員構建BIM模型，使用多款軟件開展深化設計工作，通過接口保持抽象分析模型、BIM模型二者的緊密聯系，實時更新建筑信息，同時滿足各專業的設計需要，如使用DOE-2軟件進行結構分析，使用ESP-r軟件進行能耗分析，使用Odeon軟件進行聲學分析，使用Flnent軟件進行力學分析。與此同時，還可以使用BIM軟件自帶工具檢查設計方案中是否存在紕漏隱患，例如，使用碰撞檢查功能，檢查設計方案與BIM模型中的各處管線、機電設備、預埋件和土建結構是否存在軟硬碰撞問題，自動生成檢查報告，在報告中以特殊顏色符號標記各處碰撞點位，設計人員對方案進行修改來解決碰撞沖突問題，如調整機電設備安裝位置、水電管線敷設間距[5]。
3.3施工圖設計
在傳統設計模式中，手工繪制圖紙是施工圖設計階段的主要工作內容，占用設計人員大量時間與工作精力，還時常出現繪圖錯誤的問題，產生額外工作量，還有可能由此引發設計紕漏、施工質量缺陷。對此，必須在施工圖設計階段運用BIM軟件的自動繪圖工具，由設計人員在軟件界面上進入功能欄、下達控制指令，在BIM信息模型中提取相關信息，直接生成電子版或打印紙質版的建筑平面、立面等種類圖紙及統計報表，并通過三維視圖清晰表達建筑結構布局。此外，BIM實體模型逐漸呈現出取代圖紙作為建筑信息表達方式的發展趨勢，設計圖紙成為BIM模型的附屬品，如果設計圖紙格式的法律限制被解除，將徹底改變施工圖設計方法乃至公共建筑的設計模式，這對提升設計效率和加快BIM技術應用進程有著十分重要的現實意義。
4結語
綜上所述，BIM技術的問世，為綠色公共建筑提供了全新的發展契機，BIM應用也是切實提升建筑設計水準的重要舉措。建筑企業務必高度重視BIM技術，正確認識技術價值，在室外環境設計、節能設計、節材設計等場景中對BIM技術進行落地應用，探索以BIM技術為核心、更為適應綠色公共建筑工程背景的全新設計模式。
參考文獻
[1]魏煒.BIM技術在綠色建筑設計中實踐應用[J].低碳世界，2016（4）：121-122.
[2]陳子穎，林宇，張月燕.BIM技術在綠色建筑設計中的應用[J].建筑設計管理，2013，30（6）：14-16+18.
[3]湯闖，李曉琳.BIM技術在綠色建筑設計中的應用研究[J].哈爾濱職業技術學院學報，2017（1）：101-103.
[4]王慧琛.BIM技術在綠色公共建筑設計中的應用研究[D].北京：北京工業大學，2014.
[5]劉婷.BIM技術在綠色建筑設計中的應用研究[J].住宅與房地產，2019（9）：65.
作者:周平凡 單位:中國建筑設計研究院有限公司
