近年来,预制PC工业化住宅楼(简称PC)作为新兴绿色环保节能型建筑在全世界受到热捧。在国内建筑行业领域,PC建筑因其绿色、节能、环保等特点也得到较普遍运用。尤其BIM(建筑信息化模型)软件的广泛使用,更让PC建筑插上了腾飞的翅膀,在设计这一环节释放了极大能量。BIM在PC建筑设计中如何实现绿色节能应用?相比传统设计方式又有哪些优势?记者日前采访了2017中国设计年度人物“年度精英设计师”张雯。
张雯现任大华(集团)有限公司建筑设计总监,她还曾“2017亚太空间设计年度新锐设计师”,在建筑设计领域多次获奖,建筑设计行业从事多年,对BIM应用非常了解,对绿色节能为特色的PC建筑设计也颇有研究,谈到二者的“珠联璧合”,张雯也是非常感慨,向记者表达了自己的真知灼见。
记者:张工您好,能简单介绍一下PC建筑和BIM的概念么?
张雯:PC建筑英文全名precast-concrete,即PC混凝土结构,是以预制构件为主要构件,经装配、连接而成的混凝土结构。说这个比较抽象,我举个例子,在欧美发达国家,人们会像搭积木一样盖房子,将能在施工现场分解出来的部件,都事先在车间的生产线上按照统一标准做好,然后运到工地像“搭积木”一样组装起来,好处就是环保、绿色、降噪、降低污染,而且效率高,质量好,是实现建筑工业化、住宅产业化的重要途径。BIM则是当下建筑设计中比较常见的应用软件,它能够通过三维数字技术,模拟建筑物所具有的真实信息,为工程设计和施工提供相互协调、内部一致的信息模型,该模型能达到设计施工一体化,各专业协同工作,从而降低工程生产成本,保障工程按时按质完成。
记者:相比传统方式,BIM应用的最大优势在哪里?
张雯:传统建筑设计及生产属于粗放型管理模式,“齐不齐、一把泥”,误差大,工艺水准低,无法实现精细化设计、精密化施工。而PC建筑是采用工厂化生产的构件、配件、部品,采用机械化、信息化PC技术组装的建筑整体,其工厂化生产构配件精度能达到毫米级,现场组装精度要求也较高,传统方式很难匹配。建筑工业化要求全面“精密建造”,要全面实现精细化设计、产品化加工和精密化装配,BIM应用的优势就体现出来了,它可以从“可视化”和“3D”模拟的层面出发“所见即所得”,这和建筑工业化的“精密建造”特点高度契合,这就是BIM最大的优势。
记者:当下运用BIM技术实现建筑的绿色节能有何必要性?
张雯:很有必要。随着我国国民经济的快速发展和城市化进程加快,对能源需求越来越高,能源短缺问题也日渐突出。值得一提的是,目前能源材料的一大部分都用来建造各类建筑和附属设施,建造成本高,耗能也非常大,因此运用BIM技术减少建筑耗能,实现建筑绿色节能设计,就成为当务之急。
记者:中国在PC建筑的运用和BIM的运用方面是一个什么现状?
张雯:我国在建国之初就开始尝试PC建筑,以此推进建筑工业化,中间经历一些坎坷,近些年有了比较明显的进步。建筑信息模型BIM则是2008年左右引入我国的,在诸多建筑工程领域均有比较典型的应用,2010年以后,众多理论研究人员和工程技术人员对BIM技术在建筑工业化中的应用进行了研究和新的尝试,我也不例外。
记者:BIM是如何在PC建筑中实现绿色节能应用的呢?
张雯:什么是绿色节能,那就是环保, BIM技术的应用能够减少设计环节的设计变更,加快施工工期,提高工程质量。目前,为响应国家产业政策调整和建筑业转型升级的需求,不少建筑设计师在研究BIM技术在PC建筑设计、生产、施工、装修及管理全产业链整合和全专业协同的一体化实现方案,也取得了很好的应用效果。
记者:BIM技术如何在PC建筑设计阶段实现节能?
张雯:BIM技术在设计阶段不仅可以方便快捷地绘制3D模型,还可以提高建筑的可施工性,提高资源能源的利用率,有利于建筑的可持续性设计。传统的技术是在设计完成之后再进行能耗分析,相比而言,BIM技术在设计初期就利用强大兼容性三维模型进行能耗分析,这样一来,不仅注入可持续发展理念,也避免通过设计修改降低能耗设计需求。除此之外,BIM技术与多种软件数据兼容,这就大大提高了设计项目的整体质量。
记者:您能对BIM建筑耗能分析技术的具体方法做一下说明吗?
张雯:当然可以。首先关于耗能分析,BIM技术可以在设计早期得到建筑能量问题的反馈,可以帮助建筑师分析和数据模拟,有效控制降低各阶段成本。概括起来,BIM建筑耗能分析技术的方法包括:建筑位置和功能的定义、结构参数的定义、洞口参数的定义、MEP系统和能量的定义、绿色能源定义以及结果分析测算与解读等等。
记者:PC建筑也称得上集成建筑。集成建筑是以专业化大工厂和社会化协作的生产方式,将建筑部件加以装配集成为市场提供终极完善产品的全新建筑体系。您能在集成建筑范畴谈谈BIM技术在建筑集成化设计中的运用吗?
张雯:BIM技术在建筑集成化的设计过程中作用明显,有利于不断优化设计,真正实现建筑生态节能设计。它为设计阶段所有的参与人员提供了一个共同的平台,有效解决了参与项目人员横向合作难的问题。此外,BIM技术平台能为建筑集成化设计提供集可视化和完整性为一体的信息,确保其性能、形式和成本上与绿色节能建筑设计策略紧密结合,它尤其有助于设计师在早期阶段全面控制,实现绿色节能设计。
记者:说到节能,这毫无疑问是现代化建筑设计的必选项。那么,BIM技术在建筑设计阶段节能的方向及设计方法有哪些?
张雯:主要方向包括建筑朝向选择和建筑形体选择两方面。其中建筑朝向就是建筑物采光窗的朝向,它的建筑耗能影响体现在两个方面,获得太阳辐射热的差异以及建筑本身的通风状况。建筑朝向的影响因素很多,利用BIM技术可以帮我们分析进而消除这些影响。具体来说,利用BIM能耗分析技术,可以非常直观的对比不同朝向方案的初步能耗,既能满足节能要求,又能帮助建筑人员确定建筑朝向;然后利用BIM技术中的ArchiCAD里建立会所的体量模型进行能量分析,并利用最先进的自动模型几何分析功能,直接将建筑模型转换为建筑能量模型,直观地观察热块能量模型,从而比较几个方案在建筑耗能方面的不同。
另外一个就是辅助建筑的形体选择。我们知道,建筑物的形体是给人的第一印象,但形体不仅传达美观,还可以通过设计合适的体型来达到节能目的,实际设计中,建筑的实用性和经济性要兼顾。利用BIM技术对影响建筑形体的各种气候因素加以分析,帮助设计人员在确定建筑形体之前就把节能作为考虑事项之一,从而降低耗能,保证节能效果。例如建筑的通风散热在某些湿热地区非常重要,可以通过BIM技术,在设计初期就加大建筑的开口面积或者架构建筑底层,以此来保证通风。又例如为了遮挡夏季强烈太阳辐射,可以利用BIM技术来分析建筑进深和层高对自然采光的影响,来决定建筑的形体样式。
记者:BIM技术在建筑节能设计中都有哪些应用策略研究呢?
张雯:这个问题比较专业,细节其实很复杂。简单的说呢,有结合BIM建筑物理环境性能分析软件,还有研究BIM技术在建筑初期节能设计的方法,所有的研究都是为优化建筑设计提供基础。
记者:BIM技术在深化设计阶段的节能手段有哪些?
张雯:主要是两个方面。一是辅助建筑围护结构设计。可以利用BIM能耗分析技术,对不同的材料进行比较,对比各种材料的性能,进而选择最适合、最节能的建筑维护结构材料。其次是节能玻璃的选择。据统计,建筑物中1/3的能量是通过玻璃热传导损失的,因此,减少玻璃热传导能量损失也是现代科学需要重点解决的问题。以目前最实用的中空玻璃为例,通过BIM技术软件,将玻璃洞口的类型、方向和尺寸进行数据汇总,并变换材质,通过观察建筑耗能变化进行比较,就能选出最适合的玻璃材料。
记者:您觉得BIM技术在PC建筑设计中的节能应用达到理想程度了吗?
张雯:还可以吧,但应该能做得更好。BIM技术在PC建筑设计中的节能应用将大大加快PC项目在全国各地的推进速度,而随着BIM技术在PC建筑中的应用扩大和深入化,BIM技术的优势将在实践过程中不断体现,我相信,将来会有越来越多的PC建筑项目应用BIM技术,而且会有更多的创新,届时一定会出现新的方式方法,这一点我相信劳动者的智慧,创新是推进事物不断发展的源泉。
