(BIM) چیست؟ کاربرد BIM در بهینه‌سازی انرژی معماری

BIM مخفف Building Information Modeling است. مدل‌سازی اطلاعات ساختمان (BIM) یک فرآیند دیجیتال است که در صنایع معماری، مهندسی و ساخت‌وساز (AEC) برای طراحی، ساخت و مدیریت ساختمان‌ها و زیرساخت‌ها استفاده می‌شود.

BIM شامل ایجاد و مدیریت نمایش‌های دیجیتال از ویژگی‌های فیزیکی و عملکردی یک ساختمان است. این فرآیند رویکردی همکاری‌محور در برنامه‌ریزی، طراحی و ساخت ساختمان فراهم می‌آورد. که در آن اطلاعات و داده‌های مختلف مرتبط با ساختار، سیستم‌ها و اجزاء ادغام می‌شود.

برخلاف نقشه‌های دو بعدی سنتی، BIM یک مدل سه‌بعدی از ساختمان ارائه می‌دهد. که شامل هندسه و طیف وسیعی از داده‌ها مانند مواد، ابعاد و مشخصات سیستم‌ها است. این مدل دیجیتال می‌تواند توسط معماران، مهندسان، پیمانکاران و حتی مالکان در طول تمام مراحل عمر ساختمان استفاده شود.

در BIM،امکان دسترسی و ویرایش طراحی و ساخت تا بهره‌برداری و نگهداری است. BIM یک فناوری تحولی است. ساخت‌وساز را با ارتقاء همکاری، کاهش خطاها، بهبود زمانبندی پروژه و امکان‌پذیر ساختن شیوه‌های ساخت پایدارتر، دگرگون کرده است.

مزایای طراحی معماری مبتنی برBIM

​

1.        افزایش همکاری

یکی از مزایای اصلیBIM ، افزایش همکاری است. معماران، مهندسان، پیمانکاران و سایر ذینفعان می‌توانند در یک محیط دیجیتال به صورت همزمان و در زمان واقعی با یکدیگر کار کنند. تغییرات ایجاد شده توسط یک طرف به‌طور آنی برای سایرین به‌روزرسانی می‌شود.این امر باعث کاهش سوءتفاهم‌ها و خطاهایی می‌شود که معمولاً در جریان‌های کاری سنتی پیش می‌آید. این همکاری منجر به هماهنگی بهتر بین تیم‌ها، طراحی‌های با کیفیت بالاتر و اجرای روان‌تر پروژه می‌شود.

2.      تصویربرداری بهتر

قابلیت‌های مدل‌سازی سه‌بعدی BIM به معماران و مشتریان این امکان را می‌دهد که قبل از شروع ساخت‌وساز، یک ساختمان را به‌صورت بصری مشاهده کنند. با مدل‌های سه‌بعدی، طراحان می‌توانند نمای دقیقی از نحوه ظاهر شدن ساختمان، از جمله چیدمان فضاها، بافت‌ها، نورپردازی و حتی لوازم داخلی ایجاد کنند.

این تصاویر به ذینفعان کمک می‌کند که تصمیمات بهتری بگیرند. با اجازه دادن به آن‌ها برای تعامل با پروژه در مراحل اولیه، ارتباط مشتری را بهبود می‌بخشد.

3.    مستندسازی دقیق و کارآمد

در طراحی معماری سنتی، ایجاد مستندات دقیق برای ساخت‌وساز یک کار زمان‌بر است. درBIM ، مدل ساختمان به‌طور خودکار این مستندات را از مدل سه‌بعدی ایجاد می‌کند. این امر تضمین‌کننده سازگاری و دقت است. از آنجا که مدل همیشه به‌روز است. خطاهای مستندسازی ناشی از نقشه‌های قدیمی به‌طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.

4.      صرفه‌جویی در هزینه و زمان

با ارائه برآورد دقیق‌تر هزینه‌ها و کاهش خطاها و بازسازی‌ها، BIM به صرفه‌جویی در زمان و هزینه کمک می‌کند. زمان‌بندی ساخت‌وساز به دلیل برنامه‌ریزی مؤثرتر بهبود می‌یابد. مدیریت منابع بهینه‌تر می‌شود تا مواد و نیروی کار به‌طور بهینه استفاده شوند.

علاوه بر این، BIM امکان برنامه‌ریزی بهتر و تحلیل ریسک را فراهم می‌آورد. از تأخیرهای ناشی از مسائل غیرمنتظره در حین ساخت جلوگیری می‌کند.

5.     پایداری و بهره‌وری انرژی

BIM نقش حیاتی در ترویج پایداری در طراحی معماری دارد. این نرم‌افزار به معماران امکان می‌دهد که مصرف انرژی، نورگیری، سیستم‌های گرمایش، تهویه مطبوع و تهویهHVAC و سایر عوامل را شبیه‌سازی کنند. تا عملکرد انرژی ساختمان بهینه شود.

با ارزیابی این سیستم‌ها در مرحله طراحی، معماران می‌توانند تصمیمات آگاهانه‌ای بگیرند. که تأثیر زیست‌محیطی ساختمان را کاهش دهد. علاوه بر این، توانایی BIM در شناسایی و حل تعارضات در مراحل اولیه، به کاهش ضایعات و مصرف منابع غیرضروری کمک می‌کند.

6.      مدیریت چرخه عمر

BIM فراتر از مراحل طراحی و ساخت به مراحل عملیاتی و نگهداری ساختمان گسترش می‌یابد. پس از اتمام ساختمان، مدل BIM می‌تواند برای مدیریت تأسیسات استفاده شود. به مالکان ساختمان کمک می‌کند تا برنامه‌های نگهداری، نوسازی‌ها و به‌روزرسانی‌ها را پیگیری کنند.

مدل دیجیتال اطلاعات به‌روز در مورد سیستم‌های ساختمان مانند HVAC، لوله‌کشی، برق و اجزاء ساختاری فراهم می‌آورد. مدیریت تأسیسات را در طول زمان ساده‌تر می‌کند.

ترندهای معماری BIM

1.        طراحی پارامتریک

طراحی پارامتریک به فرایند ایجاد طراحی‌های انعطاف‌پذیر اشاره دارد. می‌توان آن‌ها را با استفاده از مجموعه‌ای از قوانین و پارامترها به‌راحتی تغییر داد. نرم‌افزار BIM به معماران این امکان را می‌دهد که از ابزارهای پارامتریک استفاده کنند. به‌طوری که تغییرات ایجاد شده در یک عنصر به‌طور خودکار سایر عناصر مرتبط را در طراحی تنظیم می‌کند.

این انعطاف‌پذیری به معماران این اجازه را می‌دهد که با اشکال و ساختارهای پیچیده آزمایش کنند. در عین حال انسجام طراحی را حفظ کنند. طراحی پارامتریک در معماری مدرن محبوبیت زیادی پیدا کرده است. به ایجاد اشکال ارگانیک و نوآورانه‌ای کمک می‌کند که دستیابی به آن‌ها با روش‌های سنتی دشوار است.

2.      شهرهای هوشمند و برنامه‌ریزی شهری

اصول BIM در مقیاس بزرگ‌تری در برنامه‌ریزی شهری و توسعه شهرهای هوشمند اعمال می‌شود. فناوری BIM برای برنامه‌ریزی محله‌ها یا مناطق شهری کامل استفاده می‌شود. ساختمان‌ها، زیرساخت‌ها و سیستم‌های حمل‌ونقل را یکپارچه می‌کند.

با استفاده از BIM، شهرها می‌توانند رشد را به‌طور مؤثرتر برنامه‌ریزی کنند. اطمینان حاصل کنند که زیرساخت‌ها به‌طور بهینه و متصل به یکدیگر هستند. علاوه بر این، توانایی BIM در شبیه‌سازی و تحلیل تأثیرات محیطی به طراحی محیط‌های شهری پایدارتر و بهره‌ورتر از انرژی کمک می‌کند.

3.    ساخت‌وساز مدولار و پیش‌ساخته

ساخت‌وساز مدولار و پیش‌ساخته شامل ساخت اجزاء در محیط کارخانه‌ای تحت کنترل قبل از مونتاژ آن‌ها در محل ساخت‌وساز است. BIM از این روش‌های ساخت‌وساز پشتیبانی می‌کند. دقت اندازه‌گیری‌ها و مشخصات طراحی دقیق را که برای موفقیت پروژه‌های مدولار تضمین می‌کند.

BIM می‌تواند طراحی را برای پیش‌ساخت بهینه کند. به‌طوری که اجزاء با دقت بیشتر تولید شوند. در محل ساخت با حداقل خطا تحویل داده شوند.

4.      واقعیت مجازی و واقعیت افزوده (VR/AR)

با ادغام فناوری‌های VR و AR، معماران می‌توانند خود و مشتریان را در محیط‌های مجازی غوطه‌ور کنند. فضاهای دنیای واقعی را شبیه‌سازی ‌کنند. با استفاده از مدل‌های BIM در VR/AR، طراحان و مشتریان می‌توانند قبل از شروع ساخت، از ساختمان بازدید کنند.

این ترند تصمیم‌گیری در طراحی را بهبود می‌بخشد. زیرا به‌طور واقع‌گرایانه‌تری درک می‌شود که فضا چگونه احساس و عمل می‌کند. VR و ARهمچنین فرصت‌های ارزشمندی برای ارائه به مشتریان فراهم می‌آورد. به آن‌ها کمک می‌کند تا طراحی‌ها را به شیوه‌ای مشاهده کنند که رندرهای سنتی قادر به انجام آن نیستند.

نرم‌افزارهای محبوب BIM برای طراحی معماری

​

1.        Autodesk Revit

Autodesk Revit یکی از پر استفاده‌ترین نرم‌افزارهای BIM در صنعت معماری است. این نرم‌افزار برای ایجاد مدل‌های سه‌بعدی دقیق و ادغام طراحی‌های معماری، ساختاری و MEP (مکانیکی، الکتریکی و لوله‌کشی) استفاده می‌شود.

رویت به معماران این امکان را می‌دهد که نقشه‌ها و زمان‌بندی‌های دقیق از مدل سه‌بعدی تولید کنند. ابزارهایی برای همکاری با سایر رشته‌ها فراهم می‌کند.

2.      ArchiCAD

ArchiCAD یکی دیگر از ابزارهای محبوب BIM است. به‌خاطر رابط کاربری ساده و قابلیت‌های مدل‌سازی قوی خود شناخته می‌شود. این نرم‌افزار مجموعه کاملی از ابزارها برای طراحی معماری، از جمله ترسیم، تصویربرداری و مستندسازی فراهم می‌آورد.

ArchiCAD به‌ویژه به‌خاطر ماهیت متن‌باز خود مورد توجه قرار دارد. امکان همکاری بدون مشکل بین تیم‌های مختلف پروژه و سیستم‌های نرم‌افزاری خارجی را فراهم می‌کند.

3.    Bentley Systems

Bentley Systems مجموعه‌ای از ابزارهای نرم‌افزاری BIM را ارائه می‌دهد که از طراحی و مدیریت زیرساخت‌ها پشتیبانی می‌کنند. محصولات مانند OpenBuildings Designer برای طراحی معماری مناسب است. ابزارهای قدرتمندی برای مدل‌سازی، شبیه‌سازی و تحلیل فراهم می‌آورد. نرم‌افزارهای Bentley به‌ویژه برای پروژه‌های پیچیده و بزرگ‌مقیاس که نیاز به همکاری میان چندین تیم دارند مؤثر است.

4.      SketchUp

در حالی که SketchUp به اندازه سایر ابزارهای BIM از ویژگی‌های پیچیده برخوردار نیست. به‌خاطر سادگی و رابط کاربری شهودی خود به‌شدت مورد استفاده قرار می‌گیرد. بسیاری از معماران از SketchUp در مراحل اولیه طراحی برای مدل‌سازی مفهومی استفاده می‌کنند. این نرم‌افزار با سایر ابزارهای BIM برای ایجاد مدل‌های دقیق یکپارچه می‌شود. SketchUp معمولاً در ترکیب با سایر برنامه‌های BIM برای ارائه مدل‌های سریع، ساده و مؤثر استفاده می‌شود.

تاثیر BIM در صنعت معماری

​

مدل‌سازی اطلاعات ساختمان (BIM) تغییرات قابل توجهی در صنایع معماری ایجاد کرده است. توانایی آن در بهبود همکاری، ساده‌سازی جریان‌های کاری، ارتقای پایداری و کاهش هزینه‌ها، آن را به سنگ بنای عمل معماری مدرن تبدیل کرده است.

با پیشرفت فناوری، ترندهایی مانند طراحی پارامتریک، شهرهای هوشمند و واقعیت مجازی به شکل‌دهی به نحوه طراحی، ساخت و نگهداری ساختمان‌ها و زیرساخت‌ها ادامه خواهند داد. با پذیرشBIM، معماران می‌توانند کیفیت طراحی‌های خود را بهبود بخشند.به محیط‌های ساخته‌شده‌ای کارآمدتر و پایدارتر کمک کنند.

BIM و بهینه‌سازی انرژی در بخش‌های مختلف انرژی

1.        سیستم‌های HVAC گرمایش، تهویه و سرمایش

سیستم‌های HVAC یکی از پرمصرف‌ترین بخش‌های انرژی در یک ساختمان هستند. بنابراین این سیستم‌ها به عنوان یکی از اولویت‌های اصلی در بهینه‌سازی انرژی مطرح می‌شوند.BIM به معماران این امکان را می‌دهد تا سیستم‌های HVAC را قبل از شروع ساخت طراحی و تحلیل کنند. تا از اندازه‌گیری صحیح و بهینه بودن سیستم‌ها برای نیازهای ساختمان اطمینان حاصل کنند.

o        ابزارهای شبیه‌سازی:

نرم‌افزارهایی مانند Autodesk Revitهمراه با Insight 360و EnergyPlusبه شبیه‌سازی مصرف انرژی HVAC و بهینه‌سازی سیستم برای نیازهای خاص ساختمان کمک می‌کنند.

o        مطالعه موردی:
یک بیمارستان در ایالات متحده از BIM و Revit با Insight 360برای مدل‌سازی سیستم‌های HVAC ساختمان جدید خود استفاده کرد. شبیه‌سازی‌ها برای ارزیابی پیکربندی‌های مختلف سیستم‌هایHVAC اجرا کردند. آن‌ها توانستند سیستمی را انتخاب کنند که مصرف انرژی کلی را 20 درصد کاهش دهد. این پروژه هزینه‌های عملیاتی زیادی را با کاهش تقاضای انرژی برای گرمایش و سرمایش صرفه‌جویی کرد.

2.      سیستم‌های نورپردازی

سیستم‌های نورپردازی نیز یکی دیگر از مصرف‌کنندگان عمده انرژی در ساختمان‌ها هستند. قابلیت BIM در یکپارچه‌سازی با ابزارهای تحلیل نور طبیعی به معماران این امکان را می‌دهد . از نور طبیعی بهینه استفاده کنند. وابستگی به نور مصنوعی را کاهش دهند. با استفاده از BIM، معماران می‌توانند جهت‌گیری ساختمان و جای‌گذاری پنجره‌ها را مدل‌سازی کنند. نور طبیعی را به حداکثر برسانند. در حالی که تابش بیش از حد و گرمای اضافی را کاهش می‌دهند.

o        ابزارهای شبیه‌سازی:

Revit، DesignBuilderو DIALuxبه معماران این امکان را می‌دهند تا سیستم‌های نورپردازی را بر اساس طرح ساختمان و شرایط آب و هوایی محلی ارزیابی و بهینه‌سازی کنند.

o        مطالعه موردی:
یک ساختمان اداری پایدار در لندن از BIM به همراه DIALuxو Revitبرای بهینه‌سازی نور طبیعی و کنترل‌های نور مصنوعی استفاده کرد. طراحی ساختمان شامل قفسه‌های نوری، دستگاه‌های سایه‌دار و تجهیزات LED کم‌مصرف بود. نتیجه این طراحی، کاهش 25 درصدی مصرف انرژی مربوط به نورپردازی بود.

3.    پوسته ساختمان و عایق‌بندی

پوسته ساختمان (شامل دیوارها، پنجره‌ها، سقف‌ها و کف‌ها) نقش بسیار مهمی در کارایی انرژی دارد. ابزارهای BIM به معماران این امکان را می‌دهند که پوسته ساختمان را با تحلیل عملکرد حرارتی، نشتی هوا و اثربخشی عایق بهینه‌سازی کنند.

o        ابزارهای شبیه‌سازی:

DesignBuilderو EnergyPlusدر ارزیابی عملکرد حرارتی و بهینه‌سازی مواد عایق، نوع شیشه‌ها و ویژگی‌های جرم حرارتی در پوسته ساختمان‌ها مؤثر هستند.

o        مطالعه موردی:
در یک پروژه بازسازی برای یک ساختمان تاریخی در پاریس، معماران از BIM برای بهینه‌سازی عایق‌بندی و شیشه‌ها برای بهبود عملکرد انرژی استفاده کردند. با شبیه‌سازی انواع مختلف پنجره‌ها و ضخامت‌های عایق با استفاده از EnergyPlus، تیم توانست هزینه‌های گرمایش را 30 درصد کاهش دهد. عملکرد حرارتی ساختمان را بدون آسیب به ظاهر تاریخی آن بهبود بخشد.

4.      ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر

ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر مانند پنل‌های خورشیدی یا توربین‌های بادی به طور فزاینده‌ای به بخشی از معماری پایدار تبدیل شده است. BIM به معماران کمک می‌کند تا سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر را طراحی و بهینه‌سازی کنند.عملکرد آن‌ها را در چارچوب استراتژی کلی انرژی ساختمان شبیه‌سازی کنند.

o        ابزارهای شبیه‌سازی

ابزارهایی مانند Revit، EnergyPlusو SketchUp(با پلاگین‌های تحلیل پنل‌های خورشیدی) به معماران این امکان را می‌دهند. ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر را در طراحی ساختمان‌ها مدل‌سازی و تحلیل می‌کنند.

o        مطالعه موردی:
یک ساختمان مسکونی بلندمرتبه در کالیفرنیا از پنل‌های خورشیدی با استفاده از Revitو EnergyPlusبرای بهینه‌سازی انرژی استفاده کرد. شبیه‌سازی‌ها نشان داد که با قرار دادن پنل‌های خورشیدی بر روی سقف ساختمان و بهینه‌سازی سیستم‌های سایه‌دار نتایج بهتر به دست می‌آید. ساختمان 40 درصد از نیاز سالانه خود به انرژی را از طریق انرژی خورشیدی تأمین کرد. وابستگی خود به برق شبکه را به طور قابل توجهی کاهش دهد.

5.     عملکرد کلی انرژی و کارایی

توانایی BIM در یکپارچه‌سازی تمامی جنبه‌های تحلیل انرژی، نورپردازی، عایق‌بندی، انرژی تجدیدپذیر، امکان رویکردی جامع به بهینه‌سازی انرژی را فراهم می‌آورد. این قابلیت برای دستیابی به ساختمان‌های انرژی صفر یا استانداردهای انرژی با عملکرد بالا مانند LEED یا BREEAM بسیار حائز اهمیت است.

o        ابزارهای شبیه‌سازی

ابزارهای مدل‌سازی انرژی جامع مانند DesignBuilder، EnergyPlusو Insight 360به معماران این امکان را می‌دهند. شبیه‌سازی‌هایی انجام دهند که تمامی سیستم‌ها را ترکیب کرده و بررسی کنند. نتایج بررسی منم می‌مند بدانیم که چگونه آن‌ها بر مصرف کلی انرژی ساختمان تأثیر می‌گذارند.

o        مطالعه موردی:
در یک مطالعه موردی از هلند، طراحی یک ساختمان اداری جدید که هدف آن دستیابی به استاندارد عملکرد انرژی صفر بود، با استفاده از BIM انجام شد. معماران توانستند سیستم‌های ساختمان، از جمله HVAC، نورپردازی، عایق‌بندی و سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر را بهینه‌سازی کنند. طراحی نهایی باعث شد که ساختمان به اندازه انرژی که در سال مصرف می‌کند، تولید انرژی کند. نمونه‌ای برجسته از بهینه‌سازی انرژی با استفاده از BIM باشد.

کاهش مصرف انرژی با BIM

BIM ابزارها و قابلیت‌هایی را برای معماران فراهم می‌کند. مصرف انرژی را در سیستم‌های مختلف از HVAC گرفته تا نورپردازی، عایق‌بندی و ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر بهینه‌سازی می‌کند. با استفاده از نرم‌افزارهای تصویری و تحلیل انرژی، معماران می‌توانند عملکرد ساختمان را شبیه‌سازی کنند. گزینه‌های طراحی مختلف را ارزیابی کنند. تصمیمات آگاهانه‌ای بگیرند که منجر به ساختمان‌های پایدارتر و کارآمدتر در زمینه انرژی می‌شود.

از طریق مطالعات موردی و کاربردهای دنیای واقعی، مشهود است که BIM فرآیند طراحی را بهبود می‌بخشد. بکه به طور قابل توجهی در کاهش اثرات زیست‌محیطی ساختمان‌ها کمک می‌کند. BIMدر ایجاد ساختمان‌های انرژی کارآمد و مقرون به صرفه برای آینده کمک می‌کند.