1、BIM 技术在一例被动式建筑的应用 黄岩 孙武 江苏建筑职业技术学院建筑工程技术学院 摘 要： 山东城市建设职业学院实验实训中心是国内在建最大建筑面积的被动式建筑。以该工程为例, 采用 Revit, Navisworks 和鲁班软件对其进行 BIM 建模和施工应用。包括被动式建筑特点介绍, BIM 应用简介, Revit, Navisworks 和鲁班软件建模, 土建和钢筋算量, 图纸问题分析, 环视、漫游动画制作等。BIM 技术有助于提高被动式建筑的可视化和精细化程度, 使被动式建筑的建造和应用更加可靠。关键词： BIM; 被动式建筑; Revit; 鲁班软件; 作者简介：黄岩 (1989)
2、 , 男, 汉族, 河南安阳人, 助教, 硕士研究生, 单位:江苏建筑职业技术学院, 研究方向:建筑工程。引言随着建筑业的发展, 人们在追求安全舒适建筑的同时, 对建筑的资源能耗和环境影响愈发重视。在建筑的全寿命周期中, 消耗的能耗已占全社会总能耗的40%1, 巨大的能耗必然带来对环境的巨大影响, 普通建筑大量使用常规建筑保温材料, 这些保温材料往往使用年限较短, 加大了建筑垃圾的产生。被动式建筑, 是指仅通过建筑的新风系统供暖及制冷, 并且只需要 DIN 1946 规定的新风量就可以满足 ISO 7730 中热舒适度的要求, 基本不需要额外加装采暖、制冷设备2。被动式建筑是一种超低能耗建筑,
3、 即综合能效非常高的建筑3,4。BIM 技术现已广泛应用于建筑业的设计、施工和后期运维中5,6, 但是 BIM 技术在被动式建筑的应用案例还较少。针对这个问题, 本文采用常用的 BIM 软件Revit、Navisworks 以及鲁班 BIM 系列软件, 对山东城市建设职业学院实验实训中心这一全国面积最大的被动式建筑进行 BIM 应用。Revit 是 Autodesk 公司旗下最为著名的 BIM 软件, 是我国现在建筑业使用最广泛的 BIM 建模端软件, 其他国内 BIM 软件厂商在自身软件开发时无一例外的借鉴了 Revit 的成功经验。Naviswork 作为 Autodesk 的一款 BIM
4、 应用端软件, 界面友好功能强大, 视点、漫游、碰撞、生长动画等 BIM 应用的概念都由该软件提出并发展, 国内软件亦是效仿这些功能开发应用端。鲁班软件作为国内 BIM较为出色的上市公司, 较早在国内提出 BIM 协同应用的概念, 其建模端 (鲁班土建、鲁班钢筋等) 和应用端 (鲁班浏览器、鲁班进度计划、鲁班造价等) 紧密联系国内施工和规范要求, 符合国内的实际需求。本工程位于山东省济南市旅游路东首山山东城市建设职业学院内。实训楼分为南北两楼, 北楼为一般低能耗建筑, 南楼为被动式建筑。按照德国被动式房屋标准执行7,8, 具体能耗参数见表 1。表 1 德国被动式房屋标准要求 Table 1 T
5、he standard requirements of German passive house 下载原表 1 BIM 建模1.1 采用 Revit 建模采用 Revit 2016 对山东城市建设职业学院实验实训中心南楼和北楼分别进行建模, 链接模型。南楼为被动式建筑, 建筑面积为 20176 m, 北楼为一般低能耗建筑, 建筑面积为 10638 m。Revit 整体效果如图 1 所示。在建模过程中, 被动式建筑和常规建筑有诸多不同, 具体体现在以下几个方面。(1) 墙体被动式建筑为了达到良好的保温隔热效果, 墙体通常采用较厚的保温层。以南楼外墙常用墙体为例, 墙体结构外有 250 mm 保温
6、层, 外墙总厚度为 450 mm, 一般建筑的保温层通常只有 50 mm, 被动式建筑保温层较一般建筑厚度高出很多, 所以墙体的建模分层尤为重要。此外, 保温层极厚导致其防火性能差, 必须要设置竖向岩棉防火隔离带。BIM 三维软件必须能准确定位其分层特点, 指导算量和施工, 采用 Revit 叠层墙分层如图 2 所示。图 1 Revit 整体效果图 Figure 1 The overall model of Revit 下载原图图 2 Revit 叠层墙模型 Figure 2 The lamination wall model 下载原图(2) 屋顶为达到节能效果, 南楼屋顶采用了 150+15
7、0 mm 的 XPS 保温层, 因防火需要, 在保温层中部同样采用了岩棉防火隔离带, 屋顶构造分层如图 3。图 3 屋顶构造分层 Figure 3 The lamination of rooftop 下载原图(3) 门窗为了满足能耗要求, 被动式建筑对门窗的气密性和保暖性要求很高。同时, 被动式建筑的最小通风换气量也有明确要求, 被动式建筑属于高气密性建筑, 采用机械通风来改变室内空气, 要求有良好的带热回收功能的控制性通风系统。对门窗而言, 该工程采用了奥润顺达公司与德国合作的 MOSER 门窗, 奥润顺达同时与世界知名的窗用系统权威研发企业德国 RAICO 公司合作, 门窗外观大气、内部整
8、洁, 降低了室内的温度流失, 拥有非常好的水密气密性, 该门窗满足被动式建筑的门窗环保指标。Revit 窗模型如图 4, 为不显示保温层的门窗效果。图 5 为实际现场施工的效果, 可知 Revit 模型和现场切合度很高。图 4 Revit 窗模型 Figure 4 The window models of Revit 下载原图图 5 实际施工现场窗 Figure 5 The actual windows 下载原图(4) 屋顶日光照明系统被动式房屋除了尽可能减少内部能量的损耗, 也应尽可能利用外部的清洁能源, 被动式建筑采用风能、太阳能等作为常用的清洁能源。本工程合理使用太阳能, 在屋顶放置了太
9、阳能电池板, 并做屋顶日光照明系统, Revit 模型如图 6。图 6 屋顶日光照明系统做法图 Figure 6 Rooftop daylighting system 下载原图1.2 采用鲁班软件建模鲁班软件是国内一家较早从事 BIM 工作的上市软件公司, 具有强大的 BIM 土建、钢筋、安装建模端和适应施工全过程的 BIM 系统。采用 Revit 的同时也采用鲁班软件建立模型作为对比, 鲁班土建模型如图 7 所示。虽然 Revit 是一款很优秀的 BIM 建模端软件, 但 Revit 在钢筋建模中存在速度慢、过程复杂、误差大、不适应中国平法图集等诸多问题。针对这一现状, 使用鲁班钢筋建模弥补
10、其不足, 鲁班钢筋一梁节点详图如图 8 所示。图 7 被动楼鲁班土建模型 Figure 7 The Luban architecture model of the passive house 下载原图图 8 鲁班钢筋一梁节点详图 Figure 8 Retailed drawing of reinforcing bars of the Luban steel model 下载原图2 BIM 施工应用2.1 土建和钢筋工程算量鲁班土建作为基于 CAD 图形平台二次开发的工程量计算软件, 利用 CAD 强大的图形功能, 结合了我国工程造价模式的特点, 内置了全国各地定额的计算规则, 最终得出可靠的计
11、算结果并输出各种形式的工程量数据。通过三维显示的土建工程可以较为直观的模拟现实情况, 其包含的智能检查模块, 可自动化、智能化检查建模过程中的错误。利用 CAD 图纸转化功能, 鲁班土建可迅速提高算量速度。根据算量模型, 工程量计算自动完成。如今设计院出图全部采用 CAD 电子图, 且很多造价工程师可以拿到 CAD 电子图纸, 利用 CAD 转化功能不但能加快建模速度, 还能省去偏心定位等诸多复杂情况的手工调整。同时, 对于图纸中一些构件类型数据也能直接转化到软件中, 生成对应的构件属性, 节约了人工打字录入的时间。使用鲁班土建和钢筋对此被动式建筑进行建模, 根据 2013 全国清单和 201
12、4 江苏省定额得出分部分项工程量清单。作为本土软件, 鲁班在算量方面较 Revit更适应中国规范, 可以作为工程概预算来使用。采用鲁班土建 2017, 根据 2013 全国清单的分部分项工程量清单部分如表 2。表 2 部分分部分项工程量清单 Table 2 Part of the bill of quantities of the divisional and sub-divisional works 下载原表 鲁班土建和钢筋通过 LBIM 格式可以实现互相导入, 只需要输入钢筋信息即可, 这也就大大减少了建模时间。同时也可以采用 CAD 转化的方式来绘制钢筋, 也比常规输入方法速度快很多。表
13、 3 为鲁班钢筋输出的钢筋工程量清单。表 3 部分钢筋工程量 Table 3 part of the reinforcement engineering quantity 下载原表 2.2 图纸问题分析在利用鲁班土建和钢筋对此被动式建筑的建模过程中, 会出现对 CAD 图纸翻模与实际情况不符, 如明显标高错误, 位置碰撞, 构件不存在, 标注缺失, 尺寸标注错误等。由于设计院工作量大, 出现这些问题可能是设计院设计的疏漏, 也可能是翻模人员自身的理解错误, 所以有必要将其列出, 供设计院和施工单位进行讨论, 查找其中问题, 最大可能的减少设计错误和翻模错误。下面建模过程中发现的山东城市建设职业
14、学院实验实训中心可能的图纸错误。表 4 部分可能工程图纸问题 Table 4 Part of Drawing problems 下载原表 2.3 动画制作Revit 和 Navisworks 具有强大材质库, 因而具备相应的渲染功能。图 9 为Navisworks 渲染的被动楼效果模型。图 9 Navisworks 渲染模型效果 Figure 9 The Rendering model by Navisworks 下载原图后期动画交底是 BIM 技术的一个亮点, 采用 Navisworks 进行环视动画和漫游动画的制作, 工程建成概况一目了然。模型的环视动画是根据预先设置的不同视点组合而成,
15、可以有效的对建筑的整体概况进行了解, 图 10 为被动式建筑模型环视动画。漫游动画允许控制第一或者第三人视角, 对建筑的外部和内部进行观察探索, 可以较好的了解建筑物内部组成和形式, 形象直观。图 11 为被动式建筑模型漫游动画。3 结论山东城市建设职业学院实验实训中心是国内在建的最大建筑面积被动式建筑。以该工程为例, 采用 Revit 和鲁班软件对其进行 BIM 建模和施工应用, 包括材质渲染、土建和钢筋算量、图纸问题分析、动画制作等。图 1 0 模型环视动画 Figure 10 The looking around animation of the model 下载原图图 1 1 模型漫游
16、动画 Figure 11 The roam animation of the model 下载原图结果显示 Revit 联合鲁班软件能较好的实现 BIM 建模、BIM 算量、环视、漫游等动画制作功能。被动式建筑中较厚的保温层, 复杂的门窗构造, 复杂的屋顶节点等可以利用BIM 技术展示和辅助施工。土建和钢筋算量能够精确的计算工程量, 提供招投标和概预算使用。BIM 技术有助于被动式建筑的可视化和精细化, 使被动式建筑的建造和应用更加可靠。参考文献1李慧敏, 杨磊, 王建男, 基于 BIM 技术的被动式建筑设计探讨J, 建筑节能, 2013 (1) :62-64 2郑洁颖, 德国被动式节能住宅实
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