BIM 技术在绿色施工中应用

随着BIM (建筑信息模型) 技术的快速发展和基于BIM 技术的工具软件的不断完善,BIM 作为一种新兴的项目管理工具正逐渐被中国的工程界人士认识与应用,也将带来建筑领域的一次绿色革命。

1 BIM 建筑信息模型

BIM 设计软件包含极广,一切可用于工程需要的软件都可以算为BIM技术,不但有AutodeskRevit、CAD、Tekla、3Dmax、SketchUp、Navisworks、MAYA 等工程与三维软件,EXCEL等办公类软件也可以运用在BIM 技术中。BIM 技术是多元化平台,各取所长的提供整体建筑的信息数据。

BIM 是一种全新的工程信息化协同管理方式,它颠覆了传统的建筑设计模式、造价模式、施工管理模式。通过整体虚拟建筑信息模型实现全方位、整体化的土建设计及管网控制、工程量预算等工作。涉及领域越发广泛,目前大量用于设计、建造、管理等数字化管理工作,这种方法支持建筑工程的集成管理环境。通过建立虚拟的建筑工程三维模型,实现设计阶段的协同设计,施工阶段的建造全过程一体化和运营阶段对建筑物的智能化维护和设施管理,提供完整的与实际情况一致的工程信息库,使建筑工程在其整个进程中显著提高效率、大量减少工程风险及浪费。

2 BIM 技术在绿色施工中的应用

一座建筑的全生命周期应当包括建筑原材料的获取,建筑材料的制造、运输和安装,建筑系统的建造、运行、维护以及最后的拆除等全过程。所以,要想使绿色建筑的全生命周期更富活力就要在节地、节水、节材、节能及施工管理、运营及维护管理五个方面深入拆解这一全生命周期,不断推进整体行业向绿色方向行进。

2.1 节地与室外环境

节地不仅仅是施工用地的合理利用,建筑设计前期的场地分析、运营管理中的空间管理也同样包含在内。

2.1.1 场地分析

场地分析是研究影响建筑物定位的主要因素,是确定建筑物的空间方位和外观、建立建筑物与周围景观联系的过程。BIM 结合地理信息系统(Geographic Information System,简称GIS),对现场及拟建的建筑物空间数据进行建模分析,结合场地使用条件和特点,做出最理想的现场规划、交通流线组织关系。利用计算机可分析出不同坡度的分布及场地坡向,建设地域发生自然灾害的可能性,区分可适宜建设与不适宜建设区域,对前期场地设计可起到至关重要的作用。

2.1.2 土方开挖

利用场地合并模型,在三维中直观查看场地挖填方情况,对比原始地形图与规划地形图得出各区块原始平均高程、设计高程、平均开挖高程。然后计算出各区块挖、填方量(见图1)。

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图1 土方开挖

2.1.3 施工用地

建筑施工是一个高度动态的过程,随着建筑工程规模不断扩大,复杂程度不断提高,使得施工项目管理变得极为复杂。施工用地、材料加工区、堆场也随着工程进度的变换而调整,BIM 的4D 施工模拟技术可以在项目建造过程中合理制定施工计划、精确掌握施工进度,优化使用施工资源以及科学地进行场地布置。

2.1.4 空间

空间管理是业主为节省空间成本、有效利用空间、为最终用户提供良好工作生活环境而对建筑空间所做的管理。BIM 可以帮助管理团队记录空间的使用情况,处理最终用户要求空间变更的请求,分析现有空间的使用情况合理分配建筑物空间,确保空间资源的最大利用率(见图2)。

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图 2   房间管理

2.2 节水与水资源利用

BIM 技术在节水方面的应用体现在协助土方量的计算,模拟土地沉降、场地排水设计。

以及分析建筑的消防作业面,设置最经济合理的消防器材。设计规划每层排水地漏位置雨水等非传统水源收集,循环利用。

2.3 节材与材料资源利用

从绿色“材料”到BIM 应用,当科技与现实更具创新的、更实在的结合于一体之际,绿色建筑已经不是一个梦。

2.3.1 管线综合

综合管线设计及管网综合排查,目前功能复杂、大体量的建筑、摩天大楼等机电管网错综复杂,在大量的设计面前很容易出现管网交错、相撞及施工不合理等问题,以往人工检查图纸比较单一不能同时检测平面和剖面的位置。BIM 软件中的管网检测功能为工程师解决这个问题。检测功能可生成管网三维模型,并基于建筑模型中。系统可自动检查出“碰撞”部位并标注,这样使得大量的检查工作变得简单。空间净高是与管线综合相关的一部分检测工作,基于BIM 信息模型对建筑内不同功能区域的设计高度进行分析,查找不符合设计规划的缺失,将情况反馈给施工人员,以此提高工作效率,避免错、漏、碰、缺的出现(见图3、图4)。

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2.3.2 复杂工程预加工预拼装

BIM 技术最拿手的是复杂形体设计及建造应用,可针对复杂形体进行数据整合和验证,使得多维曲面的设计得以实现。应用信息技术系统及设备,现代建筑师可以充分直观地展示新时代的设计理念和建筑美学,可以尽情地表达大胆的创意和神奇的构思,塑造并优化创作成果,使其创作成果达到传统创作方式无法比拟的新境界。而工程师可利用计算机对复杂的建筑形体如曲面幕墙及复杂钢结构,进行拆分后利用三维信息模型进行解析,在电脑中进行预拼装,分成网格块编号,进行模块设计,然后送至工厂按模块加工,再送到现场拼装即可。

同时数字模型也可提供大量建筑信息,包括曲面面积统计、经济形体设计及成本估算等(见图5、表1)。

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2.3.3 物料跟踪

随着建筑行业标准化、工厂化、数字化水平的提升,以及建筑使用设备复杂性的提高,越来越多的建筑及设备构件通过工厂加工并运送到施工现场进行高效的组装。根据BIM 中得出的进度计划,提前计算出合理的物料进场数目。BIM 结合施工计划和工程量造价,可以实现5D(三维模型+成本)应用,做到“零库存”施工(见表2)。

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2.4 节能与能源利用

以BIM 技术推进绿色建筑,节约能源,降低资源消耗和浪费,减少污染是建筑发展的方向和目的,是绿色建筑发展的必由之路。节能在绿色环保方面具体有两种体现。一是帮助建筑形成资源的循环使用,这包括水能循环、风能流动、自然光能的照射,科学地根据不同功能、朝向和位置选择最适合的构造形式。二是实现建筑自身的减排,构建时,以信息化手段减少工程建设周期,运营时,在满足使用需求的同时,还能保证最低的资源消耗。

2.4.1 方案论证

在方案论证阶段,项目投资方可以使用BIM 来评估设计方案的布局、视野、照明、安全、人体工程学、声学、纹理、色彩及规范的遵守情况。BIM 甚至可以做到建筑局部的细节推敲,迅速分析设计和施工中可能需要应对的问题。BIM 可以包含建筑几何形体以为的很多专业信息,其中也包括许多用于执行生态设计分析的信息,利用Revit 创建的BIM 模型通过gbXML这一座桥梁可以很好的将建筑设计师和生态设计紧密联系在一起,设计将不单单是体量、材质、颜色等,而也是动态的有机的。Auotdesk Ecotect Analysis;s 是市场上比较全面的概念化建筑性能分析工具,软件提供了许多即时性分析功能,如光照、日光阴影、太阳辐射、遮阳、热舒适度、可视度分析等,而得到的分析结果往往是实时的、可视化的、很适合建筑师在设计前期把握建筑的各项性能(见图6)。

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2.4.2 建筑系统分析

建筑系统分析是对照业主使用需求及设计规定来衡量建筑物性能的过程,包括机械系统如何操作和建筑物能耗分析、内外部气流模拟、照明分析、人流分析等涉及建筑物性能的评估。BIM 结合专业的建筑物系统分析软件避免了重复建立模型和采集系统参数。通过BIM 可以验证建筑物是否按照特定的设计规定和可持续标准建造,通过这些分析模拟,最终确定、修改系统参数甚至系统改造计划,以提高整个建筑的性能,建立智能化的绿色建筑。

2.5 施工及运营管理

施工单位惯常的 “重建轻管”使绿色目标难实现,真正的效益是建筑节能技术和管理三七开的。

2.5.1 建筑策划

BIM 能够帮助项目团队在建筑规划阶段,通过对空间进行分析来理解复杂空间。特别是在客户讨论需求、选择以及分析最佳方案时,能借助BIM 及相关分析数据,做出关键性的决定。在过去一座建筑的诞生是由设计人员将脑中的三维的建筑构想用二维的图纸表现出来再经由施工人员读取二维的图纸来构建三维的建筑的过程。而BIM 是由三维立体模型表述,从初始就是可视化的、协调的,直观形象的表现出建筑建成后的样子,然后根据需要从模型中提取信息,将复杂的问题简单化。

2.5.2 施工进度模拟

当前建筑工程项目管理中经常用于表示进度计划的甘特图,由于专业性强,可视化程度低,无法清晰描述施工进度以及各种复杂关系,难以准确表达工程施工的动态变化过程。通过将BIM与施工进度计划相链接,将空间信息与时间信息整合在一个可视的4D(3D+Time)模型中,可以直观、精确地反映整个建筑的施工过程(见图7)。对整个工程的施工进度、资源和质量进行统一管理和控制,以缩短工期、降低成本、提高质量。此外借助4D 模型,施工企业在工程项目投标中将获得竞标优势,BIM 可以协助评标专家从4D 模型中很快了解投标单位对投标项目主要施工的控制方法、施工安排是否均衡、总体计划是否基本合理等,

从而对投标单位的施工经验和实力作出有效评估。BIM360 使BIM 模型可以是网页上调用,配合施工现场的实时监控,可以使工程师在办公室就可以办公。

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2.5.3 运营维护

BIM 技术的应用不仅仅体现在建筑的设计、规划、施工等阶段,而且还体现在绿色建筑运营阶段。在建筑物使用寿命期间,建筑物结构设施(如墙、楼板、屋顶等)和设备设施(如设备、管道等)都需要不断得到维护。一个成功的维护方案将提高建筑物性能,降低能耗和修理费用,进而降低总体维护成本。BIM 模型结合运营维护管理系统可以充分发挥空间定位和数据记录的优势,合理制定维护计划,分配专人专项维护工作,以降低建筑物在使用过程中出现突发状况的概率。对一些重要设备还可以跟踪维护工作的历史记录,以便对设备的适用状态提前作出判断。

2.5.4 灾害应急模拟

利用BIM 及相应灾害分析模拟软件,可以在灾害发生前,模拟灾害发生的过程,分析灾害发生的原因,制定避免灾害发生的措施,以及发生灾害后人员疏散、救援支持的应急预案。当灾害发生后,BIM 模型可以提供救援人员紧急状况点的完整信息,配合温感探头和监控系统发现温度异常区,获取建筑物及设备的状态信息,通过BIM 和楼宇自动化系统的结合,使得BIM 模型能清晰地呈现出建筑物内部紧急状况的位置,甚至到紧急状况点最合适的路线,救援人员可以由此做出正确的现场处置,提高应急行动的成效。随着建筑设计的日新月异,规范已经无法满足超高型、超大型或异型建筑空间的消防设计。BIM 数字模拟人员疏散时间、疏散距离、有毒气体扩散时间、建筑材料耐燃烧极限、消防作业面等,使实际应用前就研究好最安全的人员疏散方案,为发生意外时减少损失并赢得宝贵时间。

综合上述应用,总结来说可以在建筑建造前做到可持续设计分析,使得控制材料成本,节水,节电,控制建筑能耗减少碳排量等,到后期的雨水收集量计算、太阳能采集量,建筑材料老化更新等工作做到最合理化。在倡导绿色环保的今天,建筑建造需要转向实用更清洁更有效的技术,尽可能减少能源和其他自然资源的消耗,建立极少产生废料和污染物的工艺和技术系统。可以看出BIM 的模拟性并不是只能模拟设计出的建筑物模型,还可以模拟不能够在真实世界中进行操作的事物。BIM 进行模拟实验,例如:节能模拟、紧急疏散模拟、日照模拟、热能传导模拟等。在招投标和施工阶段可以进行4D 模拟(三维模型加项目的发展时间),也就是根据施工的组织设计模拟实际施工,从而来确定合理的施工方案来指导施工。

同时还可以进行5D 模拟(基于3D 模型的造价控制),从而来实现成本控制;后期运营阶段可以模拟日常紧急情况的处理方式的模拟,例如地震人员逃生模拟及上面提到的消防人员疏散模拟等。

3 结语

建筑技术和信息技术相结合,建筑是主体。BIM 是信息技术在建筑中的应用,赋予建筑“绿色生命”。应当以绿色为目的、以BIM 技术为手段,用绿色的观念和方式进行建筑的规划、设计,采用BIM 技术在施工和运营阶段促进绿色指标的落实,促进整个行业的进一步资源优化整合。我们可以相信传统制图方式会被逐渐淘汰,以BIM 为开端的协同绿色设计革命已经悄然开始。


来源于互联网。


文章分类: BIM
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