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bim技术在绿色建筑设计中的应用研究以上海中建广场为例
BIM技术在绿色建筑设计中的应用研究
——以上海中建广场项目为例
摘要：
基于绿色建筑设计理论，本文分析了BIM技术在绿色建筑设计行业中的应用，在当前的大力发展绿色环保的时代背景和电子信息技术高度发展的技术背景之下，本文从生态、节能的角度进行了关于BIM技术在绿色建筑中具体的应用方向做了深入考量。
针对能耗严重、污染日益严重、利用率低下等问题进行了深入探索。
本文分为四个部分，第一部分简单分析了BIM技术与绿色建筑设计的发展现状，第二部分阐述了两者结合在工程建设中各个阶段发挥的优势与应用前景，第三部分则是举出实例分析研究出BIM技术和绿色建筑设计结合的具体应用以及其任然存在的一些问题。
第四部分对整个的研究的动态进行思考，对现阶段我国面临的绿色建筑设计现状提出相应的建议。
关键词：
BIM，绿色建筑设计，绿色环保
引言
建筑业是中国的主要产业，但随着它的不断发展，城镇和农村建设持续增多，建筑行业发展将消耗全社会半数的能源和材料，与此同时也会对环境造成相当大影响。
中国近年高度注重可持续发展模式。
绿色建筑设计正是应对这一矛盾的关键所在，一方面可以解决建筑能耗的总量逐年上升问题，另一方面又节能环保，可谓双赢之举。
2019年有统计数据表现，建筑行业全年总能耗为12.25亿吨，占据全国能源消耗比例的22.12%，建筑能源消耗估计会在2040年达到峰值13.28亿吨。
建筑产生的碳排放量为20.44亿吨CO2，占据全国能源碳排放量比例的19.5%，建筑碳排放量将会在2039年达到峰值24.11亿吨。
此外，还有相关数据表明，2020年，中国现已有的房屋建筑面积总和约为500亿平方米。
建筑物每年占新建筑物的95％，高能建筑物占80％。
所以，怎样有效低建筑业对自然环境的污染和对能源的载荷对建筑业的可持续发展是极为重要的。
建筑业中的环境保护与节能减排越来越受重视，我国制定了一系列的标准与条例，大力发展绿色建筑设计，绿色环保的概念逐渐深入人心。
但由于我国在绿色建筑设计方面起步较晚，学界对于其定义、评价、实际应用等仍比较模糊。
建筑涵盖建筑功能系统，维护结构系统，建筑设备系统等非常复杂。
建筑工程设计师要思考一连串相互影响的、复杂的的各种因素。
随着时间的推移，绿色建筑业的不断发展。
传统的绿色设计方法已经很难以满足人们对绿色建筑的要求和需求。
因此，我们很有必要提出新的绿色建筑设计方法。
这时，BIM技术应运而生。
1BIM技术及绿色建筑设计的概述
1.1BIM技术的定义
BIM这一称号来源于建筑业，它是指在项目实施前，以数学方式探索项目的关键物理结构和功能特征的综合过程，使工程更快更好地完成交付项目，最小化目标项目对环境的影响并且提供更好的工作和生活条件。
BIM技术利用协调统一的信息，在项目的全过程中改进项目的创新设计，并在现实中直观地模拟外观、性能和成本，从而提供更准确的图纸。
BIM技术作为一种新的信息技术，正在不断得到推广和发展。
在这个过程中，创新是不断改进的。
BIM技术可以结合建设项目的工程周期进行相应的工程信息管理，从而同步控制建设周期、建设质量和建设成本，缩短工程建设周期，有效提高工程建筑的技术水平。
1.2绿色建筑设计的定义
绿色建筑设计是指在设计施工过程中使用环境因素，以确保人们的健康和生活舒适，最大程度地减少能源消耗并最大程度地减少对环境的破坏。
在此过程中，通过减少消耗和浪费，可以极大地实现节能和自然共生。
节能，降低能耗，环保，舒适和安全是绿色建筑设计的三个主要特征。
设计科学合理，充分利用了天然气和可再生资源，改变了过去污染发电的应用，体现了了人与自然的和平共处。
从设计之初到绿色建筑设计的竣工拆除，目的是从源头上保护周边环境，解决环境污染问题。
施工过程中使用的材料为无公害绿色建材。
绿色环保设计充分体现了基于环保的人性化，科学合理的建筑内部设计秩序充分体现了以人为本的理念。
1.3绿色建筑设计的内容
1.3.1建筑专业工程设计
建筑专业工程设计与绿色建筑相关的内容包括场地规划与社会环境、建筑空间布局、建筑围护结构节能、降声降噪、装饰与装修等。
做好前期工作，从根本上节约土地、节约材料，减少噪音污染、减少材料污染。
1.3.2结构专业工程设计
结构专业工程设计与绿色建筑相联系的内容包括主体结构的设计和建筑材料的选择和使用等。
绿色建筑设计不单是指绿色植物在建筑设计上的应用和单纯的颜色改变，室内空间的使用，美观的要求也要达到一定的标准，同时在外部的形态和构造上具有一定的风格，和周边的自然环境相协调。
此外，环保材料的应用、环保的施工，使得建筑材料循环利用，实现人与自然的和谐共处。
1.3.3暖通专业工程设计
暖通专业工程与绿色建筑设计相关的内容包括采暖系统的设计。
其中采暖系统设计又包括热源系统设计和采暖系统两个分区。
合格的采暖系统全程调试的介入，可以确保绿色建筑本质的实现，并且在经济可控的前提之下确保高舒适性和高节能性，是的建筑内部的使用者健康的工作、生活，使的建筑对环境的负面影响降到最低。
1.3.4给排水专业工程设计
给排水专业工程设计由给水系统、用水器具、管网漏损控制和排水系统组成，在绿色建筑设计中发挥至关重要的作用。
建筑给排水节能设计提倡采用新型环保能源，减少传统能源损耗及污染。
此外合理采用二次供水设备、控制水压、保护给水配件、降低市政自来水和地下水的消耗，提倡高水高用、低水低用。
也能在一定程度上达到绿色环保的目的。
2BIM技术在绿色建筑设计各阶段的应用现状与优势分析
2.1BIM技术在绿色建筑设计中的应用现状
在建筑全生命周期范围内，发展绿色建筑设计的前期设计规划、后期主体建设及人工、材料、机械设备运营的过程中与BIM技术结合的运用范围广泛。
如土地利用状况模拟,把建设基地、现有设施的现状，或现有设施内某一特定区域的现状，以提供规划作业所需的现场信息的设计表示。
此外，BIM设计也得到了广泛的应用。
如建筑的概念设计，包括建筑、结构、使用空间规划等专业设计。
利用三维软件建立设施/建筑的BIM模型，提供相关系统的设计分析，满足业主的空间需求。
像土地利用和交通规划方面也能用来比对最佳方案，用于评估特定区域的空间利用和交通规划。
2.2BIM技术在绿色建筑设计中的应用前景
BIM技术本身就是建立在计算机的基础上，根据信息技术来构建和创建建筑工程数据的施工，从而实现建筑工程数据的同步更新和管理。
因此，BIM技术很容易达到最佳的视觉逼真度效果。
在未来BIM技术在绿色建筑设计中的应用中，三维渲染是BIM技术的主要发展方向之一。
根据施工项目的施工图纸，可以比较真实地呈现施工现场的布局，并制定合理的施工方案进行综合比较。
，选出最佳方案。
提高BIM建模的精度，提升建筑工程中标的几率。
BIM有许多用于设计，操作和维护的软件。
只有符合当前国家标准的软件才能在国家BIM市场上得到认可和推广，并且每种软件都有其自身的优缺点。
只有综合运用，才能充分发挥软件的优势。
如一些成熟的家用软件:
PKPM结构设计，节能设计，绿色建筑设计，清华日照等软件。
总而言之，BIM技术无论是在投标和建设阶段的投标成本工作方面来说，还是招投标、施工阶段管理和控制工作方面来说，在各个阶段都起到了举足轻重的作用，提高了工作的效率和企业的效益。
从设计到运行和维护，应用前景十分广阔。
2.3BIM技术在绿色建筑设计各阶段的应用优势分析
2.3.1项目可行性研究阶段
在可行性研究阶段，业主必须安排大量的人力、财力等资源进行分析。
BIM技术能够生成用于演示、模拟和分析的绿色构建模型，显著提高了演示结果的可靠性。
BIM软件生成的3D模型直接来源于软件项目，可以在项目的任何阶段提供准确的3D视图。
而参数设计是指设计人员在设计过程中调整所构建模型的相关参数，实现模型体型等参数的改变，即可视化与参数化。
2.3.2设计阶段
以CAD二维图像为基础，利用BIM技术，实现各专业高效的协同设计，能够准确快速地描绘出工作的三维模型方案和施工图纸。
BIM技术能促进各个设计部门之间的合作。
组员们在本地电脑上设计了同样的3D工程信息模型。
每个人的设计内容都能及时同步到文件服务器上的项目中心文件。
甚至成员之间可以通过相互借用一些结构因素进行交叉设计，实现成员之间的实时数据交换。
避免在设计接近完成时进行设计调整，并提高成本效益。
2.3.3施工阶段
BIM技术提供了相当大的优势，比如在施工前检查设计问题:
由于BIM技术使用三维建模，设计过程中不同系统之间的冲突是显而易见的。
如果这些问题在开工前得到识别和解决，就有可能获得良好的施工速度和良好的质量。
此外，通过使用4D构建模拟优化构建计划，将时间维度添加到BIM模型中，利用相关的进度规划软件动态模拟整个建筑的构建过程和某些现场情况。
使用模拟视频可以识别施工程序中的潜在问题，并在施工前优化施工过程。
BIM可以将建设项目的各个阶段和来自不同专业类别的职位信息集成到一个信息模型中。
各种信息都得到了充分的保存和相互关联，极大地消除了传统设计中跨行和跨阶段的信息丢失，减少了工业碎片造成的资源浪费，避免了碰撞和错误产生通过不同的职业。
2.3.4运营维护阶段
BIM完成模型连接到网络，实时收集数据以维持建筑的日常运行，及时发现设备系统中存在的操作问题，并迅速清除设备故障，提高施工过程和运行管理水平。
BIM技术包括直接调用、信息抽取和其他形式的信息调用方法来评估和分析绿色建筑。
主要依据是中国绿色建筑评估标准对公共建筑法规的要求。
在设计阶段，建筑应满足绿色建筑评价标准中控制项目的所有要求，并根据满足一般项目数和优先项目数的程度分为三个绿色等级。
一般项目和首选项目在评估过程中都有各自的评估点，需要提交相关的证明材料。
绿色建筑评价标准的相关规定明确规定了评价要点和认证材料的要求。
利用BIM技术对主要评价点和支持材料进行分析，研究BIM技术在绿色建筑评价条款中应用的可行性。
以下是两个例子:
土地保护和室外环境，以及能源保护和能源利用。
列出了评估标准的相关规定和BIM的绑定点。
使用BIM技术对水资源和水资源的使用，材料和材料的使用以及室内环境质量进行相同的评估和分析。
3BIM技术在绿色建筑设计中的应用实例分析
3.1BIM技术在上海中建广场中的应用实例
上海中建广场位于上海陆家嘴中央金融区，该建筑的各层水平面积约为14800平方米，地上部分涵盖了高层建筑和高层建筑的主体底部。
他的施工图的设计是由中国的某一著名学院的负责建筑设计。
上海中心是以办公场所作为主要的区域，但是同时也涵盖了金融、休闲、展厅、商务、酒店、文化娱乐等等各类功能性场所。
在这一个和谐的超高层建筑综合体是由已完工的上海中心、金茂大厦以及世界金融中心一起组成，他们形成了小刘家嘴中心区的三方对抗。
它可以被称为中国领先的超高层建筑。
上海中心大厦工程以BIM技术为主要绘图方法，以程序软设备作为基础的建模方式，运用BIM建造自由曲面，同时运用参数化BIM技术在设计方案的这一重要阶段控制构型的变幻，最后在端部形成最优最合适的建筑构型。
与此同时，在此过程之中，BIM技术形成了蒙皮，通过预制加工设计实现碰撞检测和仿真，减少现场加工工作量。
该BIM技术的设计实例是极为绿色环保的，它表现出了BIM的技术特性，它是极具代表性的，对于人类对自由、发展的追求以及卓效节俭资金。
这一建筑，作为我国的第一座超高层建筑，它荣获中国建筑界的最高级别的认证，它是极其符合我国的三星级绿色建筑标识和美国绿色建筑体系高级认证的要求。
从设计角度来看，在结构工程师和风源工程师的合作下，最终确定了建筑物向上盘旋的外形，并对其进行了微调，以实现风能和结构效率的最佳组合。
塔式立面系统具有内部幕墙结构，它将成为世界上最高，最大的两层立面。
两层楼的立面构成了塔楼设计的特色：
每层楼的中庭都覆盖了塔楼的八个主要区域。
中庭有助于减小建筑物内景的最佳旋转角度，并分析墙壁内办公室和酒店的制冷负荷。
办公室和酒店中庭都是其空调的核心。
数字建筑设计师将空调系统直接连接到中央管、中庭和立面融为一体。
与传统的线性建筑相比，创新的幕墙技术降低了弦亮度。
建筑物的螺旋形屋顶可用于收集雨水并将其回收。
风力发电机安装在建筑物的顶部，以提供绿色电力。
每年减少碳排放量50,000吨；在使用水资源的过程之中，居民生活废水在集中处理之后，能够达到规定的标准，再次浇灌绿化、道路冲洗，中水得到回用，雨水也能够绿化灌溉得到充分利用。
非古板的水资源得到了合理运用。
千瓦燃气热电联产系统为建筑物提供电力，同时也可在一定条件下产生热能。
为了削弱碳排放带来的污染，运用绿色能源取代煤，运用发电场地燃气设备能够减少能源耗损，降低能耗等级。
为了减少运输过程之中产生的能源损耗，这一建筑体系所运用在低区域能源中心产生的加热方式为的高压蒸汽。
因为高压蒸汽可以不用其他设备输入热量，所以可以达到削弱运输过程之中的能耗。
为了削弱制冷制热所需要的负荷，调节阳光量使用2个幕墙的独立立面运用相关的机械系统达到所需目的，以减少供暖或制冷所需的负荷。
由于在设计者看来，冬季的上海较为温热，所以幕墙最外层用毫米玻璃制作。
对于一小时平方英尺的垂直外玻璃表面上的太阳能负载，其他几个系统同时起作用以减少弦光和热。
首先，占幕墙总数的多孔烧结玻璃可以降低遮阳系数。
此外，由每个楼层几何图形创建的水平墙框架向外延伸至毫米，提供更多阴影。
最终，为了能够更加合理反射太阳光照，使用垂直合金钢玻璃片。
此外，为提升建筑之中的空气质量，基于需求控制的通风之外，还设计了一种监视控制系统，能够输入建筑室内的空气，都是通过了过滤以及处理的。
这个用于通风的系统，仅需极其低的气压便能够输入空气到使用空间。
不仅如此，它持续监控建筑物每层的新鲜空气和废气量，以确保新鲜空气量随人员数量而变化。
从环保指标角度来说，上海中心大厦在低区能源中心设置了螺旋式地热小米装置。
同时，在施工过程中建立了许多绿色环境指标。
为此，承包商上海建设集团实施了一套绿色建筑计划，包括钻孔桩的建设。
制定了粉尘，水和噪声污染控制措施，光污染控制措施和废物处理措施。
根据环境监测单位提供的监测报告，通过信息化建设，可以随时调整施工计划和施工顺序，以最大程度地保护周围环境。
在绿色和可持续发展方面，上海中心大厦对周围的建筑产生重大影响，例如光污染。
还对建筑物的外部风环境进行了模拟，以确保地面风速不会超过设计值。
通过对模型的分析，并结合高雷诺数的风洞试验，可以调整建筑物的形状，建筑物的风荷载大大降低，可节约成本上亿元。
就结构而言，有20多个程序。
就旋转形状而言，最终选择了矩形柱、伸臂和核心筒的结构体系。
该平台为设计者理解复杂几何形状的变化提供了帮助。
结构选型是结构设计的核心，在后期的设计文件制作中起着重要的作用。
此外，还广泛用于幕墙支撑结构点的设置。
没有这些工具和熟练的操作技能，设计团队将无法快速研究各种迭代和协调各种任务来创建如此精致的设计。
在机电系统部分，通过三维的设计，实现所有设备层的设计，合理规避钢筋与钢筋间的撞击，因为系统的复杂性，特别是结构因素，非常难以运用二维的设计去解决问题。
在深化设计的过程中，选择了一系列软件来实现。
3.2BIM技术在绿色建筑设计中面临的主要问题
3.2.1BIM在绿色建筑设计中的普及率较低
在今天，亚洲作为七大州之中，人口最多的州，同时也是绿色建筑的进步最为迅速的大陆。
不过，仅仅对于进展水平来说，在世界上最前列的绿色建筑水平依然欧洲。
据调研，在来日数年，进行绿色建筑的公司很快会从约25%左右提升至75%左右，在此之中，又会有半数企业大概率在来日数年取得优异的效益和利润。
建筑业正积极向绿色建筑转型，绿色建筑已逐渐成为市场环境的主流。
BIM技术与绿色建筑设计的结合在中国才刚刚起步，一方面，上海作为我国GDP高速发展的城市之一，其经济十分发达，但绿色建筑项目较少。
起点低，发展速度慢。
这是上海当前的绿色建筑设计现状的评价。
另一方面，国内大部分大型建筑企业都在应用BIM来提高生产效率，并在一些项目中逐步开展试点应用，但成效甚微，优秀项目数量较少。
例如上海中建广场只是为数不多的优秀项目。
3.2.2 BIM技术与绿色建筑的结合受地区政策限制
上海绿色建筑设计的发展相对缓慢，且在建筑设计行业中建筑设计师缺乏话语权，导致企业向利益导向型发展。
一方面是我国发展绿色建筑设计的政策落实到地区的时间相对较晚。
另一方面，上海市本身的发展轨迹与绿色建筑的发展方向相悖。
从而绿色建筑设计的发展不到位或者未能有实质性效果。
虽然绿色建筑设计的有所试点，但是大多被用来表现个人政绩，政策无法体现其现实意义。
3.2.3绿色建筑设计在BIM技术应用中缺乏设计理念
设计概念是所有设计的灵魂和核心，凸显整个绿色建筑设计作品是以什么作为理论基础及支撑的依据。
在国内的绿色建筑设计中，相关设计较少，突出的作品也相对较少。
更何况上海。
4加强BIM技术在绿色建筑设计中的应用建议及对策
4.1加快绿色建筑业发展进程
世界各国的绿色建筑行业均在迅速发展。
现阶段的当务之急还是在原有发展的基础之上，加快对绿色建筑设计的发展进程。
就当下环境而言，加快发展绿色建材、发展装配式建筑能大大的提高绿色建筑设计的效率和质量需求。
4.2完善配套相关法律法规体系和政策
为了维持BIM技术在生态建筑设计中的有益发展，中央政府应大力推动绿色建筑设计与BIM技术的结合。
国家必须制定相关法律法规，制定有关绿色建筑标准的监督管理政策，实施绿色建筑，政府和企业必须采取措施，通过以下方式促进BIM技术的应用。
多渠道。
绿色建筑相关政策有2013年颁布的《绿色办公建筑评价标准》、2014年颁布的《建筑节能气象参数标准》、《绿色建筑评价标准》等。
4.3强化绿色建筑设计理念
传统的建筑设计一直难以满足相关的绿色建筑设计的高性能要求和标准质量。
因此，建筑行业应该更加关注新技术的应用和改进建筑设计。
BIM技术在环境设计中的应用是至关重要的。
基于建筑信息建模技术的发展，研究了绿色建筑方案中的建筑技术可行性。
第二，采用BIM技术进行绿色建筑设计评估的方法已经被研究过，包括直接调用、提取信息和其他形式的信息调用方法。
第三，有人提出了基于BIM技术的绿色建筑设计方法，并在人类合成、技术平台建设以及设计师在不同设计阶段具体参与的方式等领域进行了详细的说明。
例如，利用公共建筑来测试BIM在公共建筑设计方法中的应用效果。
此外，有人提出了一种基于BIM的设计方法，它符合绿色建筑的要求，打破了传统建筑设计中相对独立的工作模式。
最后一个理论，基于特殊的技术案例。
结合实践，分析和验证BIM对绿色公共建筑设计方法的影响，
结语
目前，我们对BIM技术应用的研究还处于起步阶段，但对BIM技术的认识和密集发展，以及建筑领域信息活动的进一步发展已成为不可避免的。
在开发建设过程中,用BIM技术不仅可以帮助用户创造能源消费对环境模拟3d模型,通过模型分析不断提高资源利用率和绿色建筑要求稳定编制,能帮助建设方最大限度地降低风险,减少不必要的损失,BIM不神秘,只是一门工程师智能技术,相比传统建筑和传统建筑技术,绿色建筑设计和BIM技术仍然是新的。
某些功能尚未完全开发，随着时代的发展，将会引入新的内容和功能。
因此，在今后的研究中，必须密切关注二者的发展趋势。
尽管本文提出了一些将BIM技术应用于绿色建筑评估的方法，但在工程实践中仍然存在一些问题。
将来，可以通过工程实践进一步优化应用方法。
另外，本文并不意味着研究软件之间的信息传输接口，可以对软件之间的接口进行深入研究。
该文献属于应用研究，即BIM技术在生态建筑设计中的应用和探索，涉及的理论研究较少。
因此，后续研究可以在生态建筑设计中加强理论研究，完善BIM技术的理论体系。
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