ПРИМЕНЕНИЕ BIM ТЕХНОЛОГИИ В ПРОЕКТИРОВАНИИ «ЗЕЛЕНЫХ» ЗДАНИЙ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 72.021

doi: 10.55287/22275398_2023_1_198

ПРИМЕНЕНИЕ BIM ТЕХНОЛОГИИ В ПРОЕКТИРОВАНИИ «ЗЕЛЕНЫХ» ЗДАНИЙ

Ван Яцзин *

Н. С. Калинина * / ** / ***

* Российский университет дружбы народов (РУДН), г. Москва

** Московский архитектурный институт—МАРХИ (Государственная академия), г. Москва *** Государственный университет по землеустройству (ГУЗ), г. Москва

Аннотация

В статье анализируется применение информационной модели здания в проектировании «зеленых» зданий, а также использование BIM технологии для решения проблем, с которыми сталкиваются «зеленые» здания, в надежде предоставить ценные рекомендации для содействия развитию экологичного строительства.

Ключевые слова

технология BIM, «зеленое» строительство, экологическое строительство, стратегия применения информационной модели здания

Дата поступления в редакцию

10.03.2023

Дата принятия к печати

12.03.2023

Введение

В настоящее время для смягчения энергетического кризиса и экологических проблем, вызванных загрязнением окружающей среды во всем мире, развитие «зеленого» строительства является неотложным. Однако, в процессе реализации концепции «зеленого» строительства в процессе проектирования и на этапах строительного цикла возникают различные технические проблемы, которые затрудняют эффективность концепции «зеленого» строительства. Основываясь на концепции проектирования «зеленых» зданий и BIM технологии, «зеленое» строительство характеризуется максимальным сохранением природных ресурсов, защитой и уменьшением загрязнения окружающей среды, достижением цели гармоничного сосуществования человека и природы, а также устойчивого развития. «Зеленое» строительство стало одним из основных направлений развития строительной отрасли. Однако, традиционных методов проектирования и строительства уже недостаточно для удовлетворения потребностей «зеленых» зданий на этапах как проектирования, так и процесса строительства. Технология BIM изменила ограничения традиционной двухмерной технологии в проектировании и строительстве, создавая трехмерное моделирование инженерных чертежей для визуализации проек-

та и повышения эффективности проектирования «зеленых» зданий, снижения стоимости проектирования и повышения качества строительства.

Анализ концепции BIM

Термин «Информационная модель здания» впервые появился в статье Г. А. ван Недервина и Ф. П. Толмана1 в 1992 году. BIM (англ. Building Information Model) — представляет собой цифровое изображение геометрической, физической и функциональной информации строительного проекта для обеспечения технического подхода к принятию решений по строительству, эксплуатации и управлению на протяжении всего жизненного цикла здания [1]. Процесс применения BIM для решения проблем называется BIM-технологией, программное обеспечение, поддерживающее BIM-технологию, называется «Программное обеспечение BIM», а информационная модель строительного проекта, созданная с помощью BIM-технологии, называется «BIM-моделью».

Применение технологии BIM в «зеленом» строительстве

При проектировании участка важно не только сохранить характеристики исходного ландшафта с целью защиты от резких изменений топографии, но и защитить экологическую среду исходного участка, чтобы проект и природная среда были гармонично интегрированы. Технология BIM и технология GIS применяются для вертикального моделирования участка, пространства здания и прилегающих дорог, а также для соблюдения принципов проектирования «зеленого» строительства с целью экономии земли и защиты окружающей среды.

Проект культурно-туристического города Эвергранде является хорошей демонстрацией сочетания технологий BIM и GIS (Рис. 1, 2).

Рис. 1. Применение технологии GIS в проекте культурно-туристического города «Эвергранде» в Китае

<

CL

>

1-

*

ш

1-

S

X

CL

<

ш

ce

э

1-

и

ш

1-

М

X

и

се

<

1 Van Nederveen, G. A.; Tolman, F.P. Modelling multiple views on buildings // Automation in Construction. 1 (3): 215 - 24. — 1992.

2 URL: http://www.chinarevit.com/revit-66085-1-1.html (дата обращения 12.02.2023)

S S I

ГО

m о a s

<u о a

с < и

i 1

Ü . н

ü S

X ta

i ï

fO <U

и I

К и £ 1

< a cû с

Рис. 2. Применение технологии REVIT в проекте культурно-туристического города «Эвергранде» в Китае 3

Моделирование формы здания

С непрерывным ростом социально-экономического развития и повышением эстетического уровня населения, требования людей к архитектуре здания не ограничиваются простой геометрией и удовлетворением утилитарным потребностей. Архитектура современного здания может показать местные культурные особенности и стать своего рода географическим символом. Однако, для таких зданий должна учитываться не только внутренняя структура, практичность и эстетика фасадов, но и объемно-пространственное решение, которое удовлетворяет требованиям энергоэффективности здания. Этого можно достичь благодаря концептуальному моделированию с помощью параметрического и визуального проектирования с использованием технологии BIM. В качестве примера можно рассмотреть центр художественной гимнастики в Лужниках, который использует технологию BIM для проектирования сложных изогнутых крыш с помощью различных программ проектирования (Рис. 3, 4). Параметрическое проектирование — это эффективное моделирование формы здания с помощью информации о параметрах здания, например, путем ввода данных о стенах для быстрого получения 3D-модели. Программное обеспечение BIM, такое как revit, при изменении определенных переменных параметров модели, может автоматически поддерживать все остальные неизменные параметры для обеспечения координации информации, тем самым значительно повышая эффективность проектирования [2]. Визуальный дизайн означает, что можно менять угол наблюдения по своему усмотрению, переключаться между двухмерным или трехмерным видом, точка наблюдения может быть как в помещении, так и на улице, можно видеть общий вид здания, а также изменять отдельные детали.

3 URL: http://www.chinarevit.com/revit-66085-1-1.html (дата обращения 12.02.2023)

Рис. 3. Проектирование центра художественной гимнастики в Лужниках в программе ЛКСШСЛБ 4

Рис. 4. Вариативность проектирования в ARCHICAD 5

Анализ ориентации здания по сторонам света

Ориентация здания по сторонам света оказывает большое влияние на его энергоэффективность. Исследования показали, что здания с ориентацией восток-запад потребляют в среднем на 5% больше энергии, чем здания с ориентацией север-юг [3]. Солнечный свет, вентиляция и тепловое излучение, как основные климатические факторы, влияющие на ориентацию здания, могут быть проанализированы с помощью технологии В1М для моделирования солнечного света, естественной вентиляции и другого метеорологического анализа объекта, превращая двумерную цифровую информацию метеорологиче-

<

CL

>

1-

*

ш

1-

S

X

CL

<

ш

ОС

о

1-

и

ш

1-

м

X

и

ОС

<

s s

I

ГО Ш О

а s

и о а

с < и

i 1

Ü * ф

. н

ü Z

4 URL: https://isicad.ru/ru/articles.php?article_num=19828(дaтa обращения 12.02.2023)

5 URL: https://isicad.ru/ru/articles.php?article_num=19828(дaтa обращения 12.02.2023)

Ü fO ф

и I

к ш £ 1

< а ш с

ских данных в изображения более точные, чтобы помочь архитекторам проанализировать климатическую ситуацию объекта и определить ориентацию здания с целью энергосбережения. Например, в проекте жилого комплекса "Wanda" в Китае модель была проанализирована с использованием технологии BIM-моделирования и аналитического программного обеспечения Ecotect, чтобы получить распределение коэффициентов естественного освещения для основных функциональных помещений на стандартном этаже, заложив основу для проектирования «зеленого» здания (Рис. 5, 6) [4]. Кроме того, архитекторы могут в полной мере учитывать использование солнечной энергии на основе климатических условий участка и анализа солнечного света, чтобы достичь наилучших результатов энергосбережения.

Рис. 5. Моделирование базового этажа жилого проекта "Wanda" в Китае в программе REVIT 6

Рис. 6. Распределение коэффициентов естественного освещения для основных функциональных помещений в программе Ecotect7

Анализ расстояния между зданиями

Естественная вентиляция зданий является традиционной и недорогой технической мерой, которая может заменить системы кондиционирования воздуха и холодильные установки, чтобы сэкономить энергию и снизить выбросы диоксида азота и защитить окружающую среду. Вообще говоря, чем больше расстояние между зданиями и угол направления ветра (в пределах 0° - 60°), тем эффективнее вентиляция комплекса зданий [5]. Используя программное обеспечение BIM, такое как Phoenics, моделирование наружного и внутреннего ветра анализируется и комбинируется со специализирован-

6 URL: https://postimg.cc/K3P5FVtCfaaTa обращения 12.02.2023)

7 URL: https://postimg.cc/R3v1QX5T^aTa обращения 12.02.2023)

ным программным обеспечением для обработки изображений, чтобы визуально получить моделирование скорости наружного ветра для любой высоты в любой сезон, обеспечивая теоретическую основу для расчета расстояния между объектами или для последующей доработки здания. Проект жилого комплекса "Wanda" в Китае служит хорошей демонстрацией этого процесса (Рис. 7, 8).

Рис. 7. Использование программы Phoenics на определение скорости ветра зимой в жилом проекте "Wanda" в Китае 8

<

CL

>

1-

*

ш

1-

S

X

CL

<

ш

ОС

о

1-

и

ш

1-

М

X

и

ОС

<

Рис. 8. Использование программы Phoenics на определение скорости ветра летом в жилом проекте "Wanda" в Китае 9

Моделирование шума и энергопотребления на объекте

«Зеленое» строительство — это не только экономия ресурсов и защита окружающей среды, но и обеспечение здоровой и комфортной среды обитания людей. Однако шумовое загрязнение может нанести большой вред человеческому организму, например, длительное пребывание в условиях повышенного шума без принятия эффективных мер защиты может привести к глухоте, а в серьезных случаях может также оказать неблагоприятное воздействие на нервную, сердечно-сосудистую, пищеварительную систему и репродуктивную функцию человека, или даже поставить под угрозу его жизнь [6]. По этой причине стандарты шума четко определены в критериях оценки «зеленого» строи-

s

S I

га а о а s

и о а

с < и

i 1

Ü ф

. н

ü S

8 URL: https://postimg.cc/DmqbJTHb^aTa обращения 12.02.2023)

9 URL: https://postimg.cc/DmqbJTHb^aTa обращения 12.02.2023)

Ü

fO <U

и I

К и £ 1

< а ш с

тельства в каждой стране. Например, в России методика оценки и критерии проектирования, строительства и эксплуатации предусматривают обеспечение максимального уровня проникающего шума в квартирах до 47 дБА днем и 42 дБА ночью [7]. В Китае стандарты оценки «зеленого» строительства предусматривают, что допустимый уровень шума в спальнях не должен превышать 45дБА днем и 37дБА ночью [8]. Cadna/A (Computer Aided Noise Abatement) — это программный пакет для расчета, отображения, оценки и прогнозирования воздействия шума. В проекте жилого комплекса "Wanda" в Китае программа Cadna/A использовалась для анализа звуковой среды модели проекта и получения цветной 3D карты распределения шума, позволяющей архитектору визуализировать распределение шума в здании и видеть конкретные значения (Рис. 9, 10, 11, 12).

Рис. 9. Карта распределения наружного шума в проекте "Wanda" в Китае в дневное время с использованием программы Cadna/A 10

Рис. 10. Карта распределения наружного шума в проекте "Wanda" в Китае в ночное время с использованием программы Cadna/A 11

10 URL: https://postimg.cc/XXKWgbG6taaTa обращения 12.02.2023)

11 URL: https://postimg.cc/XXKWgbG6taaTa обращения 12.02.2023)

Рис. 11. Распределение шума в северной возвышенности проекта "Wanda" днем с использованием программы Cadna/A12

<

CL

>

1-

*

ш

1-

S

X

CL

<

ш

ОС

о

1-

и

ш

1-

м

X

и

ОС

<

Рис. 12. Распределение шума в северной возвышенности проекта "Wanda" ночью с использованием программы Cadna/A13

Выводы

После вышесказанного можно сделать заключение о том, что применение BIM технологии в «зеленом» строительстве имеет много преимуществ: она может охватить весь цикл «зеленого» строительства от предварительного проектирования до процесса реализации, на каждом этапе может предоставить соответствующие данные модели информации, чтобы обеспечить реализацию всего проекта «зеленого» строительства и его успешную эксплуатацию.

BIM технология позволяет проектировщикам получить доступ ко всей информации и анализу данных по всему строительному проекту, что значительно повышает точность проектирования.

s s i

ГО Ш О

а s

и о а

с < и

i 1

Ü ф

. н

ü S

12 URL: https://postimg.cc/V5MtBDcb(дaтa обращения 12.02.2023)

13 URL: https://postimg.cc/V5MtBDcb^aTa обращения 12.02.2023)

Ü ГО ф U I

К и £ 1

< а ш с

Внедрение В1М-моделей также позволяет своевременно пересматривать, корректировать и оптимизировать проект, избегая потерь труда, вызванных частыми пересмотрами, и снижая затраты на проектирование и строительство. Эти преимущества заставляют проектировщиков уделять все больше внимания развитию В1М технологии и ее применение в архитектуре становится все более распространенным. Но существуют еще проблемы с В1М технологией: от проектировщиков требуется владение всеми видами программного обеспечения В1М и высокий уровень профессионализма. Во многих странах, где В1М технология появилась относительно поздно, например, в Китае, нет единых стандартов и правил для В1М проектирования, поэтому трудно добиться единого надзора и управления.

Эколого-ориентированное строительство, как основное направление строительной отрасли в будущем, и В1М технология, как основной метод для достижения «зеленого» строительства, могут эффективно применяться для обеспечения успешного выполнения целей проектирования «зеленого» здания и способствовать развитию строительной отрасли, а архитекторам необходимо сосредоточиться на освоении новых передовых технологий проектирования.

Библиографический список

1. Шеина, С. Г. Исследование этапов развития BIM-технологий в мировой практике и России / К. С. Петров, А. А. Федоров // Строительство и техногенная безопасность. — 2019. — № 14 (66). — С. 7 - 14.

2. Ян Юаньфэн. Интегрированное применение программ BIM в архитектурном проектировании / Мо Инмэй // Архитектура Наньфан. — 2014. — С. 26 - 33.

3. Сайт народного правительства провинции Шаньдун [Электронный ресурс]: Обзор энергоэффективности зданий, 2023. — Режим доступа: http://www.shandong.gov.en/art/2009/4/16/art_ 100623_24468.html, свободный. — Загл. с экрана.

4. Аньхойский научно-исследовательский и проектный институт архитектурной науки [Электронный ресурс] Схема проектирования жилого зеленого здания "Wanda" в Хэфэй // Ведомости. — 2015. — Режим доступа: https://wenku.baidu.eom/view/e81aa443551252d380eb6294dd8 8d0d232d43c4d.html?_wkts_=1676541563815

5. Лян Бо. Исследование применения энергетического анализа здания на основе BIM на ранней стадии проектирования. дис. маг: 08.51.00 / Цанг Юктунг; Чунцин. гос. ун-т Чунцинский, 2014.

6. Шумовые угрозы [Электронный ресурс] / Энциклопедия. — Режим доступа: https://baike. so.com/doe/9991341-10339097.html.

7. ГОСТ Р 70346-2022 «Зеленые» стандарты. Здания многоквартирные жилые «зеленые». Методика оценки и критерии проектирования, строительства и эксплуатации. Национальный стандарт российской федерации.

8. Стандарт оценки «зеленого» строительства GB/T 50378-2019[1]. Официальный сайт. — Режим доступа: https://www.soujianzhu.cn/NormAndRules/NormContent.aspx?id=397. (дата обращения: 17.02.2023).

THE APPLICATION OF BIM TECHNOLOGY IN THE DESIGN OF GREEN BUILDINGS

Wang Yajing * N. S. Kalinina* ** 1 ***

* Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University), Moscow ** Moscow Institute of Architecture—MARKHI (State Academy), Moscow *** State University of Land Use Planning (SULUP), Moscow

Abstract

Based on the concept of green building design and BIM technology, this paper analyzes the application of building information models in green building design, and the use of BIM technology to solve the problems faced by green buildings, hoping to provide valuable recommendations to promote green building development.

The Keywords

BIM technology, green building, ecological building, building information model application strategy

Date of receipt in edition

10.03.2023

Date of acceptance for printing

12.03.2023

<

CL

>

1-

*

ш

1-

S

X

CL

<

ш

се

э

1-

и

ш

1-

М

X

и

се

<

Ссылка для цитирования:

Ван Яцзин, Н. С. Калинина. Применение BIM технологии в проектировании «зеленых» зданий. — Системные технологии. — 2023. — № 1 (46). — С. 198 - 207.

S S I

re a о a s

и о a

с < и

i 1

Ü * ф

. н ° S х ta

i ï

fO ф

и I

К и

£ 1 < a

ш с