時(shí)間:2023-03-23 16:31:31
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1引言
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展,社會(huì)各界越來越關(guān)注生態(tài)破壞、環(huán)境污染和氣候變化等問題,以綠色發(fā)展為代表的可持續(xù)發(fā)展理念漸入人心。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國建筑業(yè)能耗約占全社會(huì)總能耗的1/3[1]。同時(shí),隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn),建筑業(yè)的能耗總量還將繼續(xù)增加。因此,綠色建筑的推行將勢(shì)在必行。綠色建筑以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo),通過規(guī)劃設(shè)計(jì)和工程建設(shè),使資源得到最佳利用,減少環(huán)境污染。綠色建筑能為人們提供舒適、健康的居住環(huán)境,使空間更加高效、便捷,促進(jìn)人與自然、建筑的和諧發(fā)展。BIM技術(shù)在西方發(fā)達(dá)國家已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,使人們意識(shí)到其在降低建筑項(xiàng)目全壽命周期能耗,滿足“綠色建筑”相關(guān)要求,改善和提升綠色建筑全壽命周期實(shí)施效率方面的潛能巨大[2]。本文基于綠色建筑全壽命周期的理念,從最初的BIM模型、設(shè)計(jì)糾錯(cuò)到管道綜合檢測(cè)、施工協(xié)調(diào)管理以及虛擬現(xiàn)實(shí),再到最終的運(yùn)營管理,系統(tǒng)分析BIM技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用。
2項(xiàng)目介紹
徐州某綠色工程項(xiàng)目(5#樓、13#樓)位于徐州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)(見圖1),毗鄰銅山區(qū)、新城區(qū),位于徐州市城市發(fā)展的重點(diǎn)方向之一。項(xiàng)目規(guī)劃用地面積為63242.99m2,共包含四棟8層洋房、十棟高層(15層~27層)、商業(yè)及幼兒園,總建筑面積約217913.19m2,項(xiàng)目采取工程總承包(EPC)模式,立足于“以人為本”的設(shè)計(jì)理念,運(yùn)用新型工業(yè)化建造方式,深度融合綠色健康、裝配式組合結(jié)構(gòu)、科技智慧等集成技術(shù),打造綠色三星、健康三星、高品位、高質(zhì)量、高舒適度的時(shí)尚人文國際社區(qū)。其中,本次申報(bào)的5#樓建筑面積為5337.50m2,13#樓建筑面積為5108.62m2,5#樓和13#樓建筑高度均為24.40m,地上八層,地下一層,其中地上為住宅,地下為非機(jī)動(dòng)車庫和機(jī)動(dòng)車庫及其設(shè)備用房。建筑設(shè)計(jì)使用年限為50a,主要結(jié)構(gòu)類型為裝配式混凝土剪力墻,地上建筑耐火等級(jí)為二級(jí),地下建筑耐火等級(jí)為一級(jí)。項(xiàng)目100%采用精裝修,其中5#樓戶內(nèi)采用裝配化裝修方式。
3課題研究思路
①利用BIM技術(shù)進(jìn)行成本分析,分析測(cè)算綠色建筑與普通建筑的投資差異與各項(xiàng)指標(biāo),驗(yàn)證綠色建筑在成本方面的可行性與可推廣性。②實(shí)施階段利用BIM技術(shù),通過碰撞檢查、4D虛擬建造、優(yōu)化綠色施工方案等BIM應(yīng)用點(diǎn),結(jié)合BIM平臺(tái)輔助施工管理,總結(jié)出綠色建筑BIM應(yīng)用的方式方法,推動(dòng)建筑行業(yè)綠色、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。
4BIM技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用流程
對(duì)于綠色建筑來說,它的生命周期可以分為四個(gè)階段,依次是決策階段、設(shè)計(jì)階段、施工階段以及最后的運(yùn)營管理階段。而BIM技術(shù)價(jià)值的實(shí)現(xiàn)往往要通過數(shù)值信息的前期分析,到BIM模型的建立和BIM虛擬現(xiàn)實(shí),直至最后利用BIM信息平臺(tái)進(jìn)行項(xiàng)目運(yùn)行管理。通過大量的實(shí)踐和理論分析,BIM技術(shù)的應(yīng)用過程和綠色建筑全周期的各個(gè)階段正好能相互匹配,體現(xiàn)了良好的適配性。決策與設(shè)計(jì)階段是方案從無到有產(chǎn)生的過程,利用BIM技術(shù)提供的數(shù)值信息(外圍環(huán)境和綠色潛能)進(jìn)行科學(xué)決策,根據(jù)BIM三維模型輔助設(shè)計(jì)優(yōu)化。施工階段是將綠色建筑從模型轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的過程,利用BIM的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),模擬整個(gè)施工過程,找出不合理的地方,提前進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。后期運(yùn)維階段,是保證綠色建筑持久有效地發(fā)揮其功能的過程,依據(jù)前期搭建起來的BIM信息管理平臺(tái),對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)施等科學(xué)合理地管理,保證將綠色建筑的“綠色”效益發(fā)揮到最大化(見圖2)。
5BIM技術(shù)在綠色建筑中的實(shí)施策劃
5.1決策設(shè)計(jì)階段
5.1.1 基于BIM的科學(xué)決策在綠色建筑設(shè)計(jì)之初,就要對(duì)建筑環(huán)境和能源的可持續(xù)發(fā)展做出有效的預(yù)算。在一些復(fù)雜的模型計(jì)算和分析中,采用傳統(tǒng)的建模和參數(shù)設(shè)置會(huì)導(dǎo)致很多誤差。然而,BIM的出現(xiàn)有效地解決了這一問題?;贐IM技術(shù)提供的數(shù)值細(xì)膩些,可以相對(duì)準(zhǔn)確計(jì)算和分析了綠色建筑的環(huán)境和能源參數(shù),從而進(jìn)行合理有效的決策[3]。
5.1.2 基于BIM技術(shù)確立三維模型應(yīng)用BIM技術(shù),可以對(duì)綠色建筑工程進(jìn)行建模,不斷完善綠色建筑工程的三維模型,從而保證建筑工程的完整性,為實(shí)際施工操作提供科學(xué)指導(dǎo)。三維信息模型是在已知二維模型的基礎(chǔ)上,結(jié)合綠色建筑的實(shí)際需要而建立的。對(duì)于一些復(fù)雜、分工不明確的項(xiàng)目,可以直接將二維模型的軸線進(jìn)行三維可視化,從而提高三維建模的完整性和準(zhǔn)確性。
5.1.3 室內(nèi)環(huán)境隔聲控制分析在綠色建筑中,BIM可以用來建立三維可視化信息模型,實(shí)現(xiàn)建筑中的所有信息。具體到窗、梁、柱,包括每層樓板的拆裝。利用所建立的BIM模型統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和室內(nèi)運(yùn)行情況,計(jì)算出該房間的室內(nèi)噪聲水平,以此確定主體建筑的隔聲性能。通過與國家規(guī)范中相應(yīng)的噪聲限值進(jìn)行比較,確定其是否符合相應(yīng)的建筑隔聲要求。
5.1.4 綠色建筑的隔熱保溫分析在預(yù)建模設(shè)計(jì)中,可以在BIM中同時(shí)建立二維和三維模型。在建立模型時(shí),可以給出模型外罩結(jié)構(gòu)的材料熱性能參數(shù)。包括屋面、墻體、門窗的材料和保溫材料。利用BIM軟件中相應(yīng)的計(jì)算功能,將圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)值的輸出與國家有關(guān)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較,以確定設(shè)計(jì)建筑周圍結(jié)構(gòu)的熱工性能和采暖空調(diào)負(fù)荷是否滿足節(jié)能要求。高的材料熱工性能參數(shù)或良好的方案設(shè)計(jì),有助于周邊結(jié)構(gòu)的熱工性能指標(biāo)和采暖空調(diào)年計(jì)算負(fù)荷比現(xiàn)行國家建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)提高10%,從而進(jìn)一步達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中的綠色設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)。
5.1.5 節(jié)水與水資源利用分析只有提高水資源利用率,才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。將BIM技術(shù)應(yīng)用于綠色建筑設(shè)計(jì)中,根據(jù)三維信息模型,結(jié)合局地暴雨強(qiáng)度計(jì)算公式和局地暴雨強(qiáng)度系數(shù),可以建立一個(gè)較為完整的大型數(shù)據(jù)庫。該模型還可以作為雨水積蓄計(jì)算的重要依據(jù),根據(jù)不同的材料和不同的景觀在雨水收集方式上,進(jìn)一步確定徑流系數(shù)的影響,并根據(jù)綠地面積、建筑面積和道路面積計(jì)算集雨量同時(shí)及時(shí)優(yōu)化調(diào)整設(shè)計(jì)方案[4]。
5.2施工階段
5.2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)BIM技術(shù)可以利用屏幕讓工程技術(shù)人員在BIM平臺(tái)上的三維建筑空間中進(jìn)行虛擬漫游、虛擬設(shè)計(jì)、仿真持續(xù)時(shí)間、過程動(dòng)畫、虛擬銷售等活動(dòng),其結(jié)合了當(dāng)前架構(gòu)領(lǐng)域的精髓,并基于共享平臺(tái)發(fā)布和共享。
5.2.2 管線綜合通過建立建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電一體化等學(xué)科的BIM模型,可以避免虛擬三維環(huán)境中各學(xué)科之間的碰撞沖突,從而大大提高管道的綜合設(shè)計(jì)能力和工作效率。在狹窄的空間內(nèi)找到最合理的管道布置方案,盡量提高凈空高度,使業(yè)主能直觀地理解設(shè)計(jì)意圖,使設(shè)計(jì)真正滿足業(yè)主的需要,便于今后的運(yùn)營管理。
5.2.3 施工現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)控制在綠色建筑的施工過程中,很容易出現(xiàn)一些不可控因素。過去,傳統(tǒng)的做法是在施工過程中發(fā)現(xiàn)問題,然后提出整改方案,但這會(huì)導(dǎo)致一個(gè)環(huán)節(jié)的變化,另一個(gè)環(huán)節(jié)的變化。如果不及時(shí)采取有效措施,將給施工帶來很大風(fēng)險(xiǎn)。然而,BIM的出現(xiàn)改善了這一問題。通過使用BIM技術(shù),可以識(shí)別出施工早期的問題,并能盡早解決這些問題。BIM是構(gòu)建綠色建筑的整體模型,無論哪個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生變化,系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)重新計(jì)算和模擬其他信息,這大大減少了施工人員重建模型的步驟,使企業(yè)利潤最大化。
5.3運(yùn)行管理階段
5.3.1 設(shè)備集成管理利用BIM模型可以整合各系統(tǒng)在三維模型中直觀展示,同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速的查詢和調(diào)取。通過竣工模型提供的資料,可以設(shè)置設(shè)備養(yǎng)護(hù)和更換自動(dòng)提醒,把安全隱患控制在萌芽狀態(tài)。
5.3.2 突發(fā)事件應(yīng)急處理維護(hù)階段對(duì)于突發(fā)事件的處置在于準(zhǔn)確和快速,例如疏導(dǎo)人員的撤離,設(shè)備緊急關(guān)閉或更換,重要領(lǐng)導(dǎo)來訪的安保等。通過BIM模型可以很好地解決目前存在的問題。
5.3.3 公共安全管理1)視頻監(jiān)控通過配備監(jiān)控大屏幕可以對(duì)整個(gè)廣場(chǎng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行操作。所有監(jiān)控設(shè)備均定位于模型中。點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)部位即可查看改點(diǎn)監(jiān)控視頻,代替?zhèn)鹘y(tǒng)按照編號(hào)查看,極易查詢錯(cuò)誤。2)可疑人員的定位利用視頻識(shí)別及跟蹤系統(tǒng),對(duì)不良人員、非法人員,甚至恐怖分子等進(jìn)行標(biāo)識(shí),利用視頻識(shí)別軟件使攝像頭自動(dòng)跟蹤及互相切換,對(duì)目標(biāo)進(jìn)行鎖定。3)火災(zāi)消防管理基于BIM信息化技術(shù)的管理系統(tǒng)可以通過噴淋感應(yīng)器感應(yīng)信息,迅速確定火災(zāi)第一發(fā)生點(diǎn)。
6基于BIM技術(shù)精細(xì)化造價(jià)差異分析
基于“構(gòu)件級(jí)”BIM造價(jià)模型,利用量價(jià)結(jié)合的特點(diǎn),針對(duì)本綠色住宅與普通住宅的差異,精細(xì)化分析造價(jià)差異。5#樓和13#樓應(yīng)用了區(qū)域集中供暖、海綿城市設(shè)計(jì)、保溫隔熱設(shè)計(jì)、活動(dòng)外遮陽、除霾新風(fēng)系統(tǒng)、太陽能光熱系統(tǒng)及空氣智能監(jiān)控等技術(shù),5#樓和13#樓建筑綜合節(jié)能率為75%以上(見表1、表2)。通過BIM模型與同小區(qū)內(nèi)普通住宅對(duì)比發(fā)現(xiàn):預(yù)制剪力墻增加110.8m3,增加造價(jià)37.9萬元;預(yù)制陽臺(tái)隔墻增加4.32m3,增加造價(jià)1.5萬元(見表3)。通過借用BIM模型量價(jià)對(duì)比發(fā)現(xiàn):高品質(zhì)綠色住宅采用預(yù)制夾心保溫外墻板做法,比普通樓外墻采用砌筑外墻+外墻保溫做法,每立方增加造價(jià)2220元,總造價(jià)增加71.4萬元(見表4)。海綿城市增量成本主要包括下凹式綠地、雨水花園、透水鋪裝、蓄水池、監(jiān)控系統(tǒng)以及排水溝六大實(shí)施成本,共計(jì)154.98萬元。
7結(jié)語
本工程在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段、施工建造階段充分利用了BIM技術(shù),在前期進(jìn)行碰撞檢查,直觀解決空間關(guān)系沖突,優(yōu)化工程設(shè)計(jì)以及管線排布方案,減少在建筑施工階段可能存在的錯(cuò)誤和返工。施工人員利用碰撞優(yōu)化后的方案進(jìn)行施工交底、施工模擬,可提高施工質(zhì)量以及與業(yè)主溝通的能力,減少施工成本。通過對(duì)構(gòu)件吊裝、現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量、安全、進(jìn)度管理、機(jī)電管線施工等多方面的傳統(tǒng)方式與BIM技術(shù)方法應(yīng)用對(duì)比后發(fā)現(xiàn),BIM技術(shù)可減少浪費(fèi)返工,變被動(dòng)為主動(dòng),提高施工效率。本項(xiàng)目預(yù)計(jì)避免浪費(fèi)100余萬元,工期縮短50d。綠色建筑是可持續(xù)發(fā)展的理念具有減小生態(tài)環(huán)境負(fù)荷,提高建筑環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)中充分落實(shí)綠色理念,為人們提供健康、適用和高效的使用空間,與自然環(huán)境和諧共生,大大提高居住區(qū)民生幸福指數(shù)。本項(xiàng)目兩棟樓作為在建的三星級(jí)綠色裝配式建筑,具有良好的使用功能、布局和用戶體驗(yàn)。符合建設(shè)低碳生態(tài)城市、推廣普及低碳綠色建筑的發(fā)展潮流,促進(jìn)了綠色生態(tài)、低碳環(huán)保政策的落實(shí),對(duì)當(dāng)?shù)丶爸苓叧鞘型七M(jìn)節(jié)能減排、綠色生態(tài)理念起到示范引領(lǐng)作用,為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。BIM技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn),因?yàn)樗兄诟玫毓?jié)約能源、原材料和水。它是未來綠色建筑設(shè)計(jì)的主要方向之一。它能有效降低建筑業(yè)的能耗和環(huán)境污染,對(duì)建筑業(yè)的健康和長遠(yuǎn)發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響。
參考文獻(xiàn)
[1]楊彩霞,李曉萍,尹波,等.中國建筑低碳發(fā)展戰(zhàn)略路徑及對(duì)策研究[J].建筑節(jié)能,2015(7):107-111.
作者:潘正偉 潘昊哲 夏忠衛(wèi) 田秋紅 潘莉 李輝 單位:江蘇博智工程咨詢有限公司 江蘇大學(xué)京江學(xué)院