BIM技术在建筑节能设计中的实践应用

BIM技术在建筑节能设计中的实践应用

方涛,1,徐琦2,刘胜宇,3,曹红军4

中建五局第三建设有限公司    湖南省，长沙市 413000

摘要：在经济社会的快速发展下，建筑工程数量与日俱增，规模不断扩大，对建筑质量的要求也在不断攀升，因此融入最新兴的科学技术迫在眉睫。建筑工程需要与现代化城市建设的要求相结合，利用BIM技术对建筑节能设计等问题进行深入研究，并将节能设计和绿色建筑的理念积极推广。将BIM技术引入到建筑节能设计中来，能够更好地促进建筑行业的可持续发展，BIM技术以网络计算机技术为引擎，包含不同维度的信息数据，将这些同源异构的信息数据进行协调与关联，随时调取运用，能够为建筑的建设和运营提供良好的支撑。运用相关软件导入模体来获得建筑具体信息，才能够将建筑的各个环节更好地体现出来，有效解决传统建筑设计中的弊端，使得建筑整体得到优化。

关键字：BIM技术；建筑节能设计；实践；应用

1节能设计在建筑设计应用中的现存问题

1.1对新能源利用不足，能源消耗量较大

建筑行业为了满⾜⼈们的设计需求，往往不惜消耗⼤量能源，不仅与环保绿色发展理念背道而驰，而且也给能源资源的使用与管理带来⼀系列负面影响。国家颁布的《建筑节能与可再⽣能源利用通用规范》中明确提出，新建的居住建筑以及公共建筑等平均设计的能耗水平基于2016年所执行的节能设计标准分别降低30％与20%，不同气候区内的平均节能率要达到以下规定：严寒以及寒冷地区内居住建筑要达到平均75%的节能率，除了严寒以及寒冷地区，其他的气候区内居住建筑要达到平均65%的节能率，公共类建筑要平均达到72%的节能率。但在⼀些建筑构造设计中，没有关注建筑内部和周边环境的有效协调，装饰的选择和使用与节能要求标准不符，这也导致所设计的建筑存在过高能耗，并不能达到节能的效果。

1.2建筑设计节能理念不深入，节能意识应用有待提升

城市建筑工程施工规划呈现出施工内容涉及范围广、施工设计较为复杂的特征，因而，为了更好地促进节能设计在建筑设计中的应用实施，需要将节能理念贯彻到建筑施工的全过程中，而建筑设计作为建筑施工的前提基础，更应该在设计中深入体现节能理念与绿色环保意识。除此之外，建筑设计⼈员的设计节能意识将对节能设计应用的整体质量与贯彻落实产⽣直接影响，但就⽬前状况而言，仍存在建筑设计节能理念不深入和节能设计应用不⾜的问题，给建筑设计中节能设计应用带来不利影响。

1.3节能技术起步较晚，建筑节能方式落后

随着我国社会经济水平的不断提升，⼈们的日常⽣产⽣活对能源的需求量也日益增多，能源短缺的问题进⼀步凸显。相比其他西方国家，我国建筑节能设计方面还有很⼤的进步空间。以集中供暖为例，我国将煤炭作为集中供暖的主要材料，但是在燃烧过程中并未实现对煤炭的充分利用，从而造成能源严重浪费的现象。

2  BIM技术在建筑节能设计中的应用流程

2.1创建信息数据模型

模型包含的有效信息越丰富、越详尽，基于系统模型的建筑分析与节能设计就越精准、越有效，所以，应当在选择成熟3D建模软件的基础上，尽可能覆盖与建筑相关的各类信息。完成信息数据模型创建工作后，需为信息模型与分析软件之间建立完整通路，使建筑信息数据得以完整、准确导入分析软件。即要将信息模型数据转化为gbXML格式文件，为其导入分析软件奠定基础。同时，为最大限度确保数据传递的完整可靠，还应对信息模型内建筑各区域进行房间边界定义。

2.2精准分析建筑朝向

建筑朝向是指建筑物正立面所对的方向，对建筑节能具有重要影响。科学的建筑朝向能在保证室内自然通风的同时，有效降低室内太阳辐射，并通过在建筑关键位置安装窗户起到促进或阻断能量交换的作用，促进建筑夏季自然通风、冬季减少热量流失，实现建筑节能设计目标。中国传统建筑理念讲究“坐北朝南”，即以南北朝向为最佳选择，建筑物往往南北通透、冬暖夏凉，具有良好的通风、采光、保温表现。不过，受到各种主客观因素的综合影响，不同区域、位置的建筑并非都以正南为最佳朝向，部分建筑反而在角度偏移的情况下可达到最佳能耗状态和室内舒适度。因而，利用BIM技术精确计算建筑最佳朝向十分必要。为提高建筑朝向分析的科学性，应以中国气象局记录的建筑所在地气象数据为依据，选择当地全年气温最高和最低两个月的数据作为主要参考，通过WeatherTool分析工具确定建筑最佳朝向，同时根据国家建筑日照时数标准、建设单位规划用地平面图确定建筑合理间距，从而达到容积率最大目标，切实提高土地利用效率。

2.3全面模拟环境性能

基于BIM技术的建筑节能设计，需以掌握建筑能耗状态与设计需求为前提。所以，完成建筑信息数据建模和建筑朝向确认后，应利用分析工具全面模拟建筑环境性能，从而为建筑节能设计提供科学依据。建筑环境性能模拟分析项目通常包括太阳辐射分析、建筑热工分析、建筑采光分析等关键内容，对应涉及建筑的辐射情况、保温性能以及采光状态，模拟结果决定建筑节能设计的主要方向和具体措施。此外，基于BIM技术的建筑环境性能分析还包括建筑通风分析、室外场地太阳辐射分析、室外风环境分析、室外噪音分析等内容，以便从不同角度评估建筑环境的舒适程度。

2.4动态调整建筑设计

建筑设计的概念阶段往往偏重建筑的造型与美感，尤其大型公共建筑热衷通过不同寻常的造型设计凸显特色、吸引目光。即使在建筑设计的初始阶段，节能设计也难以得到足够重视，这就导致建筑设计容易在审美、思维、情感等主观因素的引导下过于感性，而缺乏对生态、环境、资源等内容的全面审视与深度思考。基于BIM技术的建筑节能设计，通过分析软件模拟各种环境下目标建筑的性能表现，依靠定量化数据分析直观展现当前设计的不足与缺陷，设计师可通过调整设计降低建筑能耗、优化资源利用。当然，建筑节能设计的调整方案并非由建筑师独自决断，其应当与其他专业的工程师充分沟通、协同设计。例如，建筑围护的保温性能优化应当以暖通工程师的调整方案为参考依据，最终确定优化哪些结构及做何种程度优化。再者，成本控制是建筑设计、施工、管理的重要内容，调整建筑设计方案应保证造价工程师的尽早介入，使建筑节能方案设计更具合理性和经济性。

结束语：BIM技术对建筑结构节能性能设计的优势不言而喻，它能够清晰地进行可视化图纸的表达，展现平、立、剖等效果图，亦能有助于进行结构节能设计中的性能分析，包括场地风环境模拟、噪声模拟、光环境模拟、建筑材料优化、建筑表皮优化、绿色建筑等方面。从热工性能来说，围护结构的热工性能远不能达到我国节能设计规范的要求。在建筑节能改造领域，BIM技术大有可为。针对很多老式建筑保温性能差，气密性不佳，漏风现象严重等问题，BIM技术都可以找到原始图纸，收集数据进行建模，查找图纸疏漏，不断完善建筑节能方面的改造，通过计算各朝向窗户的面积、形体系数等指标来判断建筑是否满足相关节能标准的要求，及时修改优化方案，使之满足遮光、采光、遮阳、通风和建筑能耗的相关要求，并对比不同方案在建筑美学方面的优缺点，打造优化的节能设计方案。

参考文献：

［1］徐伟，刘元东，金国辉．基于BIM协同设计的住宅方案节能优化研究［J］．建筑技术，2019(1)．

［2］胡希冀．基于BIM的多专业协同设计研究［J］．居业，2019(1)．

［3］张智健，杨莉琼，李甜．BIM技术在绿色建筑节能设计中的应用［J］．建筑节能，2018(3)．

［4］何立华，崔萧，胡清畅．基于BIM的公共建筑能耗估算与模拟［J］．工程管理学报，2020(2)．

［5］常民．基于BIM技术的绿色建筑节能设计应用研究［J］．新技术新工艺，2019(1)．