BIM技术在学校绿色建筑设计中的应用

李 聪

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术在绿色建筑领域中发挥着重要价值，其三维可视化数据模型能够整合建筑施工期间产生的各项数据信息，并为设计人员提供信息模型，为各施工环节提供数据支持[1]。本文以我国某学校绿色建筑工程为例探究BIM 技术的实际应用，为确保新时代建筑领域的健康发展，需要将绿色节能作为施工建设的重要理念。依托BIM 技术以及各类信息处理软件从多个维度分析绿色建筑工程概况，最大限度地避免风险隐患对施工质量产生影响，发挥BIM技术在学校绿色建筑设计领域中的应用价值。

1 工程概况

以我国某市政府重点开发地区中的学校建设项目为例，项目的用地面积为41 682.21 m2，总建筑面积40 120 m2，地上建筑面积23 584 m2，地下建筑面积为16 536 m2。本项目所在地区气温平均值为23 ℃，最高气温和最低气温分别集中在7 月和1 月，温度分别为27 ℃与15 ℃。本项目所在地区通风较好，平均风速为2.7 m/s，全年日照时间相对较长，降水量相对较大。本工程周边区域并没有高层建筑遮挡，采光不受其他建筑影响，也不影响周边建筑的采光需求。本项目地形相对平坦，地势西高东低，标高为134.5 ～139.5 m。

2 BIM 技术在本项目中的优化应用分析

2.1 能源利用优化

本工程中采用主动式节能与被动式节能双结合的方式，施工人员需从建筑体量入手，结合遮阳、采光等多个环节不断优化原有技术方案，并利用BIM 技术构建三维可视化模型进行通风模拟以及采光模拟，确保各项技术方案的有效性。本工程在设计阶段由技术人员对学校绿色建筑体量进行了全方位的考量，对施工环节提出如下要求：利用建筑外廊实现自遮阳，避免辐射较强的南立面因过度日照对教学环境产生影响；主要教室及办公室南北方向设置，以便实现最佳光照效果[2，3]。

2.1.1 采光模拟分析计算

为实现教室最佳的采光效果，技术人员在采光设计期间要结合建筑模型，利用天然采光模拟分析技术，采用逐点照度模拟计算法进行计算。

在实际应用期间，首先需要观察整个建筑模型，寻找房间与地面间距1 m的点位合并水平面，按照精度划分多个网格。其次，设计人员需要输入各种条件参数，如室内材质和外遮挡物等对采光质量产生影响的相关参数。在此期间，设计人员需设置工作平面位置、天空模型以及分析指标类型。最后，需利用特定算法对网格内每一节点进行迭代照度计算，如利用蒙特卡洛算法计算照度值与室外照度的比率，该比率为对应节点采光系数[4]。为确保预期施工建设质量，还需技术人员根据该节点采光系数，判断此时教室是否达到绿色建筑施工要求，若误差较大，则需进行重新规划并计算。

设计人员在采光模拟分析时需要考虑建筑周围的遮挡物，避免对模拟结果造成偏差。在不影响学校建筑室内空间合理利用的前提下，优化房间的进深或增加房间净高，提升建筑自然的采光程度。图1 为教室内外不同点采光值变化。

图1 教室内外不同点采光值变化（来源：网络）

2.1.2 风环境变化计算

本工程中计算通风参数时，技术人员需要将提前准备好的BIM 信息模型导入计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）软件中，从流体力学层面分析风速及热岛区域。为确保技术人员能够从多个维度进行数据分析，本工程还利用了欧特克软件研发有限公司旗下的虚拟风洞模拟软件，以此模拟室内外的风环境[5]。依托虚拟风洞模拟软件，能够从3D 视角实时观察建筑结构风环境的变化情况。

为避免学校教室空调系统中风机盘管出现霉菌，本工程严格遵循学校布局原则，合理调整窗口外的遮阳装置。所有教室空调系统均采用地源热泵技术，空调系统末端结构为干式风机盘管，能够有效避免干式风盘在实际运行期间，因内外温差产生冷凝水造成盘管内出现霉菌。

2.1.3 热工分析

热工分析主要包括探究建筑表面温度、日照辐射量以及日照时间，设计人员需要从总平面布局角度出发，优化调整建筑遮阳与保温方案，减少热导效应对室内热舒适度产生的不良影响。日照分析侧重于学校建筑群组之间相互遮挡的适应关系，根据每个教室对室内日照的实际需求合理设计学校绿色建筑的整体布局[6，7]。技术人员依托Ecotect Analysis软件开展日照分析，模拟学校建筑全年日照总时数以及形成日照时间分布图，从而优化调整建筑间距，节约土地资源利用的同时，有效避免建筑群遮挡影响建筑日照需求。对学校教学楼太阳热量收集情况以及热辐射进行数据计算，全面分析各教学楼不同季节温变情况，并对当前教学楼施工构件热工性能提出优化措施。

2.1.4 水循环利用

在水循环利用中，本工程施工建设期间采用了统一场地用水规划以及水量平衡策略，如利用滴灌系统以及节水用具作为学校节水设备的主要组成部分，以此显著降低水资源浪费现象。技术人员利用BIM 信息模型对学校不同区域的消防分区进行了多系统设计，结合实际情况实现自动喷淋系统以及给排水系统的自动选型，凸显学校绿色建筑中给排水系统的智能化特征。

2.2 材料管理优化

与传统施工建筑不同，本工程施工期间在施工材料选择方面依托BIM 技术实现了施工材料精细化成本控制，有效避免了施工材料浪费对单位经济效益造成的损失。本工程中建筑立面结构主要采用玻璃幕墙、石材、大面积丝网镂空壳体与氟碳喷涂铝合金板材。为实现成本精细化控制，技术人员根据国家标准有关工程量清单的详细要求，利用工程算量软件计算各建筑模型所需的施工材料实物量并不断缩小误差，得出各项施工材料概算的最佳计算结果。

2.3 施工管理优化

施工管理期准备阶段主要包括场地和环境控制。本工程中排水系统将污水引流至三级沉淀池，随后排向市政管道，避免对城市污水处理系统产生影响。在施工现场周边区域架设防噪墙，并严格管控工地照明灯与电焊设备。重点区域中安装水表，严格控制各职能部门工作期间的用水量，采用标准化节能电动工具满足所有施工人员生活需求。在各项施工环节开展期间，为提高施工质量，技术人员依托BIM 平台中的可视化和仿真软件进行管线预埋安装模拟及施工进度模拟，结合施工现场实际情况明确各项潜在施工隐患。另外，还应及时与施工人员进行协商，最大限度避免风险隐患对施工质量产生影响。

2.4 运营管理优化

制度建设和智能化系统建设是本工程中运营管理工作开展的重要方向。技术人员依托运维管理平台开展运维工作前，已经实现了本工程中所有办公楼的照明系统、语音对讲系统、空调系统以及门禁系统的集成控制。依托物联网技术的智能传感器能够实时检测每个教室内的空气温湿度情况，若发现室内温湿度过高，则内部输入输出模块就会自动向空调传输指令，实现区域内温湿度智能化控制。

此外，本工程中在每个教室内都安放了空气质量传感器，若传感器发现同一时刻二氧化碳浓度过高，将会向系统返回预警信息并自动控制通风系统及时送风。依托BIM 技术的程序化管理体系能够实现不受时空间限制的自动化管控，无论是移动端设备还是电脑端设备都能够发出指令实现管控[8，9]。

3 BIM 模型分析

3.1 碰撞分析

依托BIM 技术的碰撞实验能够有效帮助施工人员规避各项施工风险，提高施工质量。本工程中由于涉及大量的机电暖通系统以及给排水系统的安装，为避免上述2 种系统因结构设计问题出现安全隐患，需利用BIM 技术的碰撞试验进行分析。实际应用期间，技术人员在Revit 软件中将机电暖通系统模型、给排水系统模型导入同一文件，并在碰撞检验功能命令窗口中选择协作命令，以此实现对上述2 种构件的碰撞检查。当系统运行一段时间后，会自动在显示器上为设计人员生成详细的冲突报告名单，名单中的高亮位置为构件碰撞的详细位置，冲突报告名单如表1 所示。

表1 冲突报告名单

此时技术人员便可与负责管道维修施工环节的技术人员进行技术交底，在特定区域内留下预留管线位置[10，11]。还可利用碰撞检测分析建筑整体结构与管线之间，以及关键节点部位的控件之间是否存在碰撞冲突现象。本工程建设面积属于大中型，若为超大型建筑，则可利用BIM 平台中的可视化和仿真软件进行详细计算，并将所得的各类数据报告单独导入Excel 表格中。

3.2 工程量分析

技术人员可以在Revit 软件中根据明细表显示各类图元及数量的相关信息。通过数据分析以及数据整理的方式向客户和其他职能部门工作人员传达项目工程量的有关数据，也可将明细表导入其他软件中，利用不同格式方便有关人员查阅。上述过程能够实现本工程中各项数据信息的精细化与信息化管理。

Revit 软件为本工程的墙明细表提供了大量的数据选项，设计人员可结合实际情况进行个性化编辑。这些数据贯穿整个建筑项目的全生命周期，可结合实际情况灵活变换。依托BIM 技术还能够构建清晰直观的材质提取明细表（表2），该表中包含面积、厚度等各类参数，也可将该表导入其他软件进行分析。

表2 材质提取明细表

4 结语

本文以我国某学校绿色建筑工程为例，分别从水循环利用、材料利用以及能源利用等多个维度，探究了BIM 技术在学校绿色建筑设计领域中的应用价值。本工程依托BIM 技术有效实现了施工材料的精细化处理，并结合实际情况优化技术方案，满足实际施工需求。