淺談建筑節(jié)能設(shè)計BIM技術(shù)應(yīng)用研究

劉謹

【摘 要】文章闡述了建筑設(shè)計發(fā)展趨勢，分析了建筑設(shè)計中傳統(tǒng)的環(huán)境分析方法存在的問題，研究了基于BIM技術(shù)建筑設(shè)計環(huán)境分析方法及流程。將BIM技術(shù)與建筑設(shè)計環(huán)境分析相結(jié)合，提出了建筑設(shè)計過程中建筑環(huán)境性能BIM分析與評估方法，實現(xiàn)了建筑節(jié)能可視化設(shè)計方法，最后結(jié)合工程實例，通過建立建筑的BIM模型，對建筑日照，陰影遮擋，節(jié)能等設(shè)計指標進行了模擬分析，驗證了建筑節(jié)能分析與設(shè)計的BIM技術(shù)的高效性。

【關(guān)鍵詞】建筑環(huán)境；節(jié)能分析；參數(shù)化設(shè)計；BIM技術(shù)

前 言：隨著能源與建筑環(huán)境問題日益嚴峻，建筑綠色節(jié)能設(shè)計方法研究已經(jīng)引起學術(shù)界極大關(guān)注。盡管節(jié)能與生態(tài)技術(shù)、建筑能耗模擬技術(shù)有所發(fā)展，但是建筑節(jié)能效果并不理想，其中建筑節(jié)能設(shè)計方法主要存在如下問題：（1）目前建筑節(jié)能設(shè)計概念中，人們往往更注重節(jié)能新技術(shù)，而非設(shè)計節(jié)能。（2）對建筑節(jié)能理解不深，關(guān)注設(shè)備能耗，忽略施工、設(shè)備生產(chǎn)及運輸過程中間接能耗。（3）建筑節(jié)能技術(shù)與設(shè)計方法不能緊密結(jié)合，新節(jié)能技術(shù)不能很好的在設(shè)計中應(yīng)用。近年來BIM 技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計方面取得了很大的發(fā)展，本文就依據(jù) BIM 技術(shù)，探索了建筑節(jié)能設(shè)計的理念和方法。

1 建筑節(jié)能分析 BIM 技術(shù)優(yōu)勢

建筑節(jié)能分析涉及多個學科和階段，BIM 模型為建筑多專業(yè)、跨階段協(xié)同工作提供了平臺，BIM 集成了建筑各個專業(yè)設(shè)計信息，實現(xiàn)了超前建筑環(huán)境分析，有助于建筑師優(yōu)化建筑設(shè)計。BIM軟件能夠?qū)⒛Ｐ蛿?shù)據(jù)導(dǎo)出，形成專用格式如GBXML 格式，為建筑環(huán)境分析計算、綠色建筑評估提供數(shù)據(jù)支持。根據(jù)建筑設(shè)計方案建立 BIM模型，通過對模型中數(shù)據(jù)，導(dǎo)出環(huán)境分析的格式，然后再導(dǎo)入一些專業(yè)建筑節(jié)能分析工具進行模擬分析，最后根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整設(shè)計方案，可以達到建筑綠色設(shè)計與評估的目的，基于 BIM 的建筑環(huán)境分析流程如圖 1 所示。

2 建筑環(huán)境設(shè)計 BIM 關(guān)鍵技術(shù)方法

2.1 BIM 常用軟件功能分析

在建筑環(huán)境分析中，常用軟件包括 Ecotect，TRNSYS，DeST，EBCS，Tsun，Radiance，IES等軟件，本文應(yīng)用 Ecotect 軟件，在建筑環(huán)境分析中，基本可以實施如下功能分析：建筑三維建模及瀏覽，GPS 地理數(shù)據(jù)處理，日軌分析，舒適度與焓濕圖顯示，風環(huán)境分析，太陽逐時數(shù)據(jù)分析，建筑室內(nèi)光環(huán)境分析。結(jié)合各個專業(yè)分析軟件，在 BIM 模型中可以對建筑規(guī)劃進行特殊環(huán)境分析、路面路徑優(yōu)化分析、以及人員疏散和安防預(yù)測。Ecotect 軟件與 SketchUp、3ds Max、AutoCAD、Revit Architecture 之間具有很好的兼容性，3DS、DXF、XML 格式的文件可以直接導(dǎo)入，其自帶的建模工具，可以快速建立直觀、可視的三維模型。所建模型可以輸出到渲染器 Radiance 中進行效果渲染，還可以導(dǎo)出 VRML 三維動畫模擬。

建筑熱環(huán)境分析是建筑規(guī)劃設(shè)計的關(guān)鍵，應(yīng)用 BIM 環(huán)境分析方法，可對建筑室內(nèi)外熱環(huán)境、建筑能耗、溫度分布、建筑熱工設(shè)計分區(qū)等指標進行計算模擬分析。

2.2 BIM 建模與模型轉(zhuǎn)換

BIM 建模需結(jié)合理論分析及二次開發(fā)同時進行。在建模時當某層為標準層/典型層時，相似的樓層可以直接引用典型樓層，無須重復(fù)建模，當建筑中有避難層/設(shè)備層時（無須對內(nèi)部進行模擬），只需要對該層的外墻進行建模。在完成項目內(nèi)各層建模之后，需要將各個樓層文件合并一個整體 Ecotect 文件中。

模型轉(zhuǎn)換過程，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換不完全是雙向的，需要進行輔助處理。如 Revit Architecture 的模型可以進入 EcotectAnalysis 中模擬分析，反之可能受阻，只能采用人機交互、或通過 DXF 格式文件導(dǎo)入 Revit Architecture 文件作為參考。從 RevitArchitecture 到 Ecotect Analysis 的數(shù)據(jù)交換，可通過 gbXML 文件或者 DXF 文件格式進行。

3 建筑節(jié)能 BIM 設(shè)計案例分析

3.1 工程概況

以某公司基地項目為例，研究基于 BIM 技術(shù)的建筑節(jié)能分析方法。該項目的建筑面積為 3 805m2，建筑高度為23.5 m，建筑層數(shù) 3 層（局部 5 層），結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。通過應(yīng)用 BIM 技術(shù)在解決制藥廠房在設(shè)計過程中的信息管理，利用 BIM 模型對建筑的環(huán)境極其能耗狀況進行分析。

3.2建筑節(jié)能模擬分析

根據(jù)氣候數(shù)據(jù)，設(shè)置最冷和最熱月份后，模擬太陽不同角度的逐月直射太陽輻射量。如圖 3 所示，圖中的黃色粗線表示的平均輻射量，藍色和紅色區(qū)域分別表示過冷和過熱的時間段，圖中左上角還顯示出在全年總的輻射量和過冷和過熱時間段的輻射量。通過模擬過冷和過熱時間的輻射量來計算確定的建筑最佳朝向如圖4所示為建筑最佳朝向分析，最佳朝向為偏北 160°方向，并且在該方向過冷時間段總的輻射量為 923.4 kw/m2，過熱時間段總的輻射量為 290.4 kw/m2。

（1）建筑的遮擋投影分析通過將 BIM 模型導(dǎo)入 Ecotect Analysis 軟件后，根據(jù)項目所在地的氣候數(shù)據(jù)和太陽運行軌跡，在三維視圖中分析建筑全年的陰影情況。

（2）建筑太陽輻射分析太陽輻射不僅可以從透明的維護結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)；還可以通過墻體、屋頂?shù)确峭该鞯木S護結(jié)構(gòu)將熱量傳入室內(nèi)。利用 EcotectAnalysis 的太陽輻射分析功能模擬分析了建筑的外墻以及窗戶等受到的太陽輻射照度情況，從而為建筑師在設(shè)計時提供依據(jù)。

3.3 建筑能耗模擬分析

建筑能耗是指維護建筑正常運行時所需要的能量，包括了建筑的日常照明、空調(diào)系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)等其它設(shè)備運行時的能耗。它受到建筑本身性能及其內(nèi)部因素以及外界條件等多個因素的影響。因此本文使用 EcotectAnalysis 軟件對該建筑空調(diào)系統(tǒng)的能耗進行模擬分析。

根據(jù)建筑的輻射情況、常規(guī)的在室率以及不同房間的電器功率，對該棟建筑的逐時溫度分布，以及他的空調(diào)系統(tǒng)能耗分析。

4 結(jié)束語

經(jīng)過理論分析和計算機模擬，研究了 BIM 作為信息技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，其對建筑節(jié)能設(shè)計的效率是顯著的，BIM 模型用于建筑的環(huán)境分析與評估中，可以克服傳統(tǒng)方法的一些缺點，幫助工程人員快速提取建筑信息，準確分析計算，結(jié)果可視化表達，有助于工程人員快速優(yōu)化建筑的環(huán)境性能。

參考文獻：

[1]曾旭東， 趙昂. 基于BIM技術(shù)的建筑節(jié)能設(shè)計應(yīng)用研究[J]. 重慶建筑大學學報， 2006， 12（02）： 33-35.

[2]柏幕進業(yè). Autodesk Ecotect Analysis 應(yīng)用教程[M]. 電子工業(yè)出版社， 2014年.

[3]薛志峰。超低能耗建筑技術(shù)及應(yīng)用[M]。北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013 .