办公楼 BIM 建筑模型建造与应用分析

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办公楼 BIM 建筑模型建造与应用分析

摘 要:文章采用 Revit 软件进行施工模拟,介绍了西安地区校园办公楼施工模拟的过程,同时,对三维模型运用能耗分析软件Ecotect 进行了模拟分析,得出应用 BIM 软件进行施工模拟设计,可减少能源耗损、节省人员、提高建筑安全系数等,以期为今后建筑设计提供理论参考。
关键词:Revit;三维建模;Ecotect;能耗分析

在建筑工程中,BIM 技术是经常用来构建三维模型的一款软件,可对工程设计、成本、施工和维护进行全方位的管理。同时,随着人们对结构审美要求的提高,对各种材料和结构的造型有了个性化需求,使得施工设计难度提高,一般常用的 CAD 制图软件已经无法满足工程要求,而使用 BIM 技术,可有效解决此类问题[1-2]。随着经济发展速度的不断加快,由于社会各界越来越重视节能减排,因此减低建筑能源的消耗就成为了目前建筑行业发展的重中之重[3]。建筑项目的不同规划会对能源的耗损有着很大的影响,为此,在实行设计方案之前要对三维模型的建筑进行能耗分析,判断建筑耗损是否达到绿色环保建筑的要求。

Rafael Sacks 应用对比分析的方法对 3D 模型与 2D 模型进行分析,得出应用 3D 能够节约 16% ~ 44% 的设计时间[4]L.Zheng 等[5]通过关键词搜索相关的学术期刊和文章,将 BIM 收益划分为合作、竞争力、生产力、效率、交流五个方面,提出 BIM 可以提高建筑效率与建造质量。国内自从 2011 年国家首次引入BIM 技术以来,在建设行业以及桥梁工程等部门都有很大程度的发展[6]。出现了许多著名案列:武汉中必、北京鸟巢、上海世博馆、西气东输工程等。尽管 BIM 技术看起来似乎已经覆盖了全国的各个领域,但是部分设计类部门和一些工程项目建设类公司在应用 BIM 技术进行施工建模仍然存在较大的问题,还与国外有一定的差别[7]。

1 设计说明
1.1 设计详情
文章针对西安市阎良区校园内办公楼进行建筑建模,总面积为 19091m2,建筑底层面积为 4235m2,建筑层分为 5层,包括南侧教学楼 5 层、西侧办公楼5 层、北侧实验室 3 层、东侧实验室 2 层;建筑科教楼的高度为 20.40m。

1.2 主要绘制过程
绘制过程主要包括绘制标高、绘制轴网、生成建筑柱、绘制墙体、门窗、绘制楼板和地坪、绘制楼梯及室外台阶。需要注意的是绘制墙体时通过拾取线平面图形的边界线或者通过拾取建筑墙体边界线的方法来绘制,同时,要根据给定 CAD 图纸的剖面图来设置好底部和顶端约束,必要时要对设置底部偏移或者顶端偏移。绘制墙体要顺时针绘制,以防漏画、画偏。模型绘制完成后进行添加材质及渲染:在添加材质时,根据工程概况和设计说明来添加。在绘制墙、门窗、柱子、楼板、室外散水、楼梯、楼梯扶手等构件时须在相应族库中找到对应类型来选择材质。得到建筑模型图(见图 1),建筑渲染效果图(见图 2)。


图 1 建筑模型图                                                图 2 建筑渲染图  

2 碰撞检查
在本项目中进行“碰撞检查”来寻找三维模型图中建筑物件之间是否出现重合、错位等情况。防止建筑物件之间相互冲突,并且降低建筑变更及成本超限的风险。通过碰撞检查对比分析可以
减少建筑耗损、减少设计错误率、提高建筑施工人员的安全系数、保证建筑物具有更久的使用时间、优化各个项目的人员配备。
3 能耗分析
在 Revit 中以 gb XML 的格式导入 Ecotect软件中进行数据交换,达到两个软件之间数据很好的对接与转化,从而进行围护结构、材料、气象、日照、热能、朝向等能耗分析。在进行能耗分析前导入西安的气象参数,然后逐一进行能耗分析(见图 3 ~图 4)。图 3 中红色表示过热、黄色表示适宜的温度、图中箭头方向表示为最佳的建筑朝向为南偏东 19°,为建筑设计师提供了一个可靠的理论依据。根据气象参数可以观察一年四季以及每周、每天太阳照射的最高温度、最低温度、以及日照的全部情况。图 4 中黄色区域综合了温度、湿度、气流速度等。黄色为夏季最舒适的状态,适宜的干球温度为25℃、焓值为 50k J/kg 左右,而红色是加强围护结构对舒适区域的影响。利用 ECOTECT 进行上述模拟分析,可得供设计人员参考结论,使得设计方案达到建筑耗损的标准,建筑朝向的设计有利于自然通风,同时实现建筑在采暖、空调、通风等能耗的降低。将会减少将近 20% 的建筑损耗、减少 15% 的建筑施工人员。方便造价人员对工程建设的费用进行更快的预算,同时做到了在不影响建筑质量以及安全系数的同时,保证了建筑耗损降到最低。

图 3 建筑朝向最佳选择图                                 图 4 干湿球温度的选择

4 结束语
文章运用 BIM 技术中对西安市阎良区校园内办公楼的施工模拟流程进行详细叙述,并对模型进行了能耗分析。依据建筑图纸进行施工建模,同时在建模时根据建筑物的内部因素来选取建模材料减少建筑能耗。最后,对已经绘制完成的三维模型应用 Ecotect 软件进行能耗分析。通过对建模材质、建筑朝向、干湿球温度的选择得出利用 BIM 技术可减少建筑耗能,节省将近 30% 的建筑资源,减少将近 15% 的施工人员。

出处:刘 琰,田 杰,周 亮,办公楼 BIM 建筑模型建造与应用分析【J】,住宅与房地产,2020.


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