暖通綠色設(shè)計(jì)中的BIM技術(shù)

王異 王曉磊

摘 要：基于BIM技術(shù)的綠色建筑設(shè)計(jì)是當(dāng)前中國建筑業(yè)發(fā)展的大趨勢?？梢灶A(yù)見隨著BIM技術(shù)及各類綠色設(shè)計(jì)軟件的進(jìn)一步完善，以BIM可持續(xù)設(shè)計(jì)技術(shù)為核心的綠色建筑設(shè)計(jì)必將獲得更加廣泛的推廣和普及。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；暖通綠色設(shè)計(jì)；應(yīng)用

1 引言

綠色設(shè)計(jì)在評(píng)價(jià)體系中是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，將BIM技術(shù)應(yīng)用在暖通綠色設(shè)計(jì)各個(gè)階段，利用BIM技術(shù)的諸多優(yōu)勢，通過模擬建筑的風(fēng)、光、熱、聲四大建筑環(huán)境，有效控制建筑的布局和物理環(huán)境情況，不僅有利于建筑師全面、準(zhǔn)確、有效的設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的綠色建筑，也為國家推動(dòng)綠色建筑健康快速的發(fā)展提供了有力的技術(shù)支持和保障。

2 BIM技術(shù)分析

BIM技術(shù)作為一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)建造管理階段中的數(shù)據(jù)化工具，可通過參數(shù)模型整合各種項(xiàng)目相關(guān)信息，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)開發(fā)的全生命周期過程中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享與傳遞，使設(shè)計(jì)方案更為科學(xué)與合理。BIM技術(shù)由ChuckEastman于1975年首次提出，并開始逐步應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，對(duì)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、優(yōu)化設(shè)計(jì)效果起到了非常重要的作用。

3 BIM技術(shù)在暖通綠色設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 建筑能耗分析

基于BIM技術(shù)仿真模擬分析建筑能耗，特指建筑的運(yùn)行能耗，即人們?nèi)粘Ｓ媚?，如采暖、空調(diào)、照明、炊事、洗衣等的能耗。整個(gè)過程透明化，各參與方通過3D數(shù)字信息模型就可以事先模擬建筑物任意構(gòu)件變換后所產(chǎn)生的能耗。能耗分析結(jié)果可以用各種各樣的色彩圖表直觀表達(dá)出來，也可導(dǎo)出動(dòng)畫，提高可讀性。

3.2 風(fēng)環(huán)境分析

基于BIM技術(shù)的室外風(fēng)環(huán)境模擬可以準(zhǔn)確地對(duì)不同的建筑布局方案進(jìn)行風(fēng)環(huán)境的模擬分析比較，從而設(shè)計(jì)出合理的建筑布局方案。而且，通過模擬建筑外環(huán)境的風(fēng)流動(dòng)情況，可以獲得各單體建筑周圍的空氣流動(dòng)情況以及建筑表面風(fēng)壓分布和風(fēng)壓系數(shù)的分布，借助這些信息可進(jìn)一步指導(dǎo)建筑內(nèi)的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)。建筑內(nèi)部自然通風(fēng)方式、機(jī)械通風(fēng)的氣流組織是否合理等問題，也可利用CFD模擬軟件進(jìn)行分析。模擬建筑在外窗全部開啟的情況下，其室內(nèi)通過自然風(fēng)壓形成的室內(nèi)氣體流動(dòng)，對(duì)其建筑室內(nèi)的自然通風(fēng)狀況進(jìn)行預(yù)測，為建筑功能布局、窗口位置提供合理化建議，并為內(nèi)部通風(fēng)系統(tǒng)提供節(jié)能策略。此外，通過確定風(fēng)口布置、風(fēng)口形式以及風(fēng)量等設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)定模型計(jì)算參數(shù)，對(duì)室內(nèi)機(jī)械通風(fēng)的氣流組織情況進(jìn)行分析，根據(jù)氣流流向、流速、流量分布等數(shù)據(jù)，分析通風(fēng)空調(diào)方案的合理性及方案優(yōu)化比選。

3.3 聲環(huán)境分析

將BIM模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入聲環(huán)境模擬軟件對(duì)建筑聲環(huán)境進(jìn)行模擬，通過建筑表面內(nèi)部的噪聲分布、噪音等聲線圖、聲強(qiáng)線圖等可為建筑物布局、道路規(guī)劃的合理性、隔聲屏障設(shè)置等提供科學(xué)的技術(shù)分析依據(jù)，得出建筑周邊噪聲分布情況、優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔聲設(shè)計(jì)等。對(duì)聲音品質(zhì)要求較高的工程項(xiàng)目（如劇院、演播廳、音樂廳等），需要對(duì)建筑室內(nèi)音效和音質(zhì)進(jìn)行精確的計(jì)算，通過聲仿真模擬軟件得出的室內(nèi)等聲線云圖、聲強(qiáng)分布圖，混響時(shí)間測算數(shù)據(jù)等，確定方案的合理性以及優(yōu)化其外部幾何形體、內(nèi)部空間布局及高度、看臺(tái)設(shè)計(jì)等。

3.4 熱能環(huán)境分析

基于BIM技術(shù)室內(nèi)熱環(huán)境分析主要研究太陽輻射、圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱傳濕、人為釋熱等因素對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的影響。通過仿真模擬，得出室內(nèi)溫度場、矢量場等結(jié)果，用于確定建筑遮陽方式、建筑保溫材料與保溫形式、驗(yàn)證室內(nèi)通風(fēng)空調(diào)方案的合理性等。也可以用來模擬建筑群夏季典型日不同時(shí)刻的室外平均溫度與來流溫度，從而計(jì)算建筑群的平均熱島強(qiáng)度。

4 案例分析

4.1 工程概述

以某建筑工程為例，建筑總面積56324㎡，總高度為25.3m，地上5層地下1層，建筑主體部分主要包括教學(xué)樓、學(xué)生宿舍、辦公樓等，其中，所占面積最大的學(xué)生宿舍。地下1層為冷熱源機(jī)房，并安裝有2臺(tái)地源熱泵機(jī)，一臺(tái)額定制熱量為290kW，一臺(tái)額定制冷量為280kW。

4.2 暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案

（1）冷熱源。一方面，學(xué)生宿舍、餐廳、沐浴室。要求系統(tǒng)可以夏季供冷，設(shè)計(jì)為多聯(lián)機(jī)空調(diào)來提供所需冷負(fù)荷；冬季供暖則由鍋爐房提供二次供水，水溫度為94℃/73℃，經(jīng)過熱轉(zhuǎn)換器后，所提供的二次熱水供回水溫度降低為85℃/60℃。另外，為滿足實(shí)際應(yīng)用需求，還就學(xué)生宿舍屋面設(shè)置多肽太陽能熱水集熱器。另一方面，辦公樓、教學(xué)樓。此部分區(qū)域冷熱源設(shè)計(jì)，主要選擇為地源熱泵系統(tǒng)提供，可以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。（2）負(fù)荷計(jì)算。暖通空調(diào)運(yùn)行時(shí)將會(huì)產(chǎn)生冷熱負(fù)荷，在對(duì)負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要應(yīng)用專業(yè)軟件，如常見的DeST能耗計(jì)算軟件，來對(duì)不同區(qū)域供冷、供熱實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。就該項(xiàng)目來說，運(yùn)行負(fù)荷最大區(qū)域?yàn)榻虒W(xué)樓，空調(diào)/供暖面積為1245W/m3，計(jì)算后負(fù)荷設(shè)計(jì)為117kW；負(fù)荷最小為餐廳和淋浴室，空調(diào)/供暖面積為132.5W/m3，計(jì)算后負(fù)荷設(shè)計(jì)為45kW主要受建筑面積大因素決定。（3）設(shè)計(jì)方案。在針對(duì)學(xué)校不同區(qū)域進(jìn)行暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求來分析，對(duì)于不同區(qū)域來說，系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)上存在較大差異。例如餐廳區(qū)域設(shè)計(jì)，需要注意循環(huán)風(fēng)功能要求，應(yīng)設(shè)計(jì)新風(fēng)系統(tǒng)，注意風(fēng)機(jī)管盤的協(xié)調(diào)作用。而在對(duì)教學(xué)樓區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要保證空調(diào)系統(tǒng)以及供暖設(shè)備可以滿足實(shí)際應(yīng)用需求，要求空調(diào)系統(tǒng)具有定風(fēng)量全空氣熱回收性能。并且要設(shè)置兩種供暖系統(tǒng)，即散熱器供暖和地板輻射值班供暖。同時(shí)，學(xué)生宿舍作為起居主要區(qū)域，在設(shè)計(jì)時(shí)要注意空調(diào)與散熱器供暖的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，以滿足實(shí)際應(yīng)用需求，且不會(huì)造成能源浪費(fèi)為目的。與學(xué)生宿舍有較大區(qū)別的教室辦公樓，可以選擇應(yīng)用多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，與供暖系統(tǒng)保持一致，滿足日常供暖需求。

4.3 技術(shù)特點(diǎn)

①繪制方法。與二維設(shè)計(jì)中利用線不同組合，以及輔助文字、數(shù)字形式表達(dá)管線、設(shè)備投影關(guān)系不同，在應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)管線、設(shè)備實(shí)際位置以及相互間連接方式進(jìn)行表現(xiàn)時(shí)，除了線以外還包括點(diǎn)和面，可以更全面和完整的展示暖通空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)。②表達(dá)方法。二維設(shè)計(jì)方法主要是聽過線不同組合與疊加方式，在二維投影內(nèi)展示閥門、管道輪廓以及設(shè)備輪廓線等位置信息，并輔助文字、數(shù)字等，對(duì)相關(guān)高度、尺寸等信息進(jìn)行補(bǔ)充。而BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以直接選擇管道、設(shè)備模型，并根據(jù)實(shí)際要求建立管道尺寸、高度與相關(guān)三維信息模型，表現(xiàn)形式更為明確，有助于施工人員更好的理解和掌握設(shè)計(jì)要點(diǎn)，降低施工作業(yè)難度。

4.4 設(shè)計(jì)效果應(yīng)用

BIM技術(shù)來對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，建立三維可視化BIM模型，經(jīng)過管線設(shè)計(jì)、BIM專業(yè)模型、碰撞報(bào)告等，并用過專業(yè)碰撞檢查和校核，在模型中確定各區(qū)域管線、設(shè)備，可以更直觀的表達(dá)管線連接與交叉方式。

5 結(jié)語

綠色建筑是在全壽命期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、保護(hù)環(huán)境、減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑?；贐IM技術(shù)的綠色設(shè)計(jì)，即建筑設(shè)計(jì)工作基于建筑信息模型（BIM），結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件，強(qiáng)調(diào)從設(shè)計(jì)初始階段便依靠設(shè)計(jì)、評(píng)估的決策循環(huán)迭代流程，進(jìn)行建筑效能分析，來產(chǎn)生符合環(huán)境效益的最佳設(shè)計(jì)方案，最終達(dá)到追求環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的目的。

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