基于BIM技術(shù)在建筑能耗模擬方面的相關(guān)運用

文/周昊 毛明慧 劉釩

1 傳統(tǒng)能耗模擬分析存在的缺陷

傳統(tǒng)的能耗模擬分析存在的缺陷主要體現(xiàn)在三個方面：

（1）只能在建筑設(shè)計方案生成后進行能耗模擬分析；

（2）模擬分析工具的選取有限；

（3）最終模擬結(jié)果與現(xiàn)實情況之間存在較大的誤差。

造成建筑能耗偏大的主要原因之一就是沒有在方案設(shè)計前進行合理準確的模擬分析，這一點從前文概述的空調(diào)的耗能問題可見一斑。建筑能耗模擬的設(shè)計具有優(yōu)越性，但這在傳統(tǒng)能耗模擬分析中難以體現(xiàn)。因為傳統(tǒng)能耗模擬的分析一般發(fā)生在施工前期，如若模擬結(jié)果顯示能源消耗巨大，那之前的設(shè)計方案就要進行大幅的修改，另外二次施工的過程也是相當繁復(fù)。并且傳統(tǒng)的能耗模擬分析沒有適用于設(shè)計方案階段的分析軟件，無法做到通過數(shù)字化信息進行真實信息的模擬和對現(xiàn)實的建筑行為的預(yù)測。BIM技術(shù)的出現(xiàn)，不僅有效解決了上述傳統(tǒng)能耗分析的問題，還優(yōu)化了設(shè)計方案和施工的效率。

2 BIM技術(shù)的基本特征

BIM的全稱是Building Information Modeling,普遍把它翻譯為建筑信息模型或信息管理。簡單來說就是利用建筑工程中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息作為基礎(chǔ)，一項基于3D模式的運行軟件，能夠輔助建筑設(shè)計，通過對數(shù)字信息的模擬結(jié)果演示出建筑工程本身的真實信息。達到信息數(shù)字化、遠程監(jiān)工、數(shù)據(jù)全方位分析、建筑實施管理等目的。BIM技術(shù)在現(xiàn)階段，是很多大型建筑企業(yè)首選的工程設(shè)計工具。因為它不僅僅能夠?qū)?shù)字化的信息進行提取，還能對數(shù)據(jù)進行適當?shù)膽?yīng)用。在建筑工程的整個周期中，BIM技術(shù)可以將建筑物的信息模型與管理模型進行匹配，并通過參數(shù)規(guī)則對信息進行調(diào)整，這使得建筑信息模型可以在一定范圍內(nèi)預(yù)測在實際建筑過程中可能發(fā)生的建筑行為，從而提高設(shè)計階段的工作效率，降低施工階段的工作風險。BIM技術(shù)的基本特征主要包括以下幾點：

2.1 可視化

可視化即“所見所得”。對整個建筑行業(yè)來說，建筑行為的發(fā)生與BIM技術(shù)的可視化有著直接聯(lián)系，它直接反應(yīng)了建筑設(shè)計初期所存在的基本問題。

2.2 BIM技術(shù)的模擬性

與傳統(tǒng)建模設(shè)不同的是，BIM技術(shù)不僅能設(shè)計出建筑物的基礎(chǔ)模型，還能對施工現(xiàn)場可能發(fā)生的諸多意外情況進行模擬操作。

2.3 優(yōu)化性

建筑設(shè)計本身就是一個不斷改進和優(yōu)化的過程，由BIM技術(shù)衍生出的各種優(yōu)化工具也能基本解決復(fù)雜項目的簡化，時運行更加迅速。

2.4 協(xié)調(diào)性

在建筑工作中，一旦建筑項目的一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就需要將建筑設(shè)計的相關(guān)參與人員召集起來，進行協(xié)調(diào)溝通，找到問題源頭，并將已發(fā)生事故的風險降到最低，想辦法進行補救。協(xié)調(diào)性作為BIM技術(shù)中的重要內(nèi)容，可以通過信息共享有效協(xié)調(diào)各參與方的設(shè)計方案，找到問題的最優(yōu)解。

2.5 BIM技術(shù)的可出圖性

可出圖性并不是建筑初期常見的一張圖紙，而是在可視化、模擬行、優(yōu)化行、協(xié)調(diào)性的基礎(chǔ)上，為業(yè)主提供綜合且系統(tǒng)的圖紙。BIM技術(shù)的基本特征，在建筑設(shè)計的不同方向發(fā)揮著不同的作用，它將一個建筑工程的諸多參與方通過同一個平臺進行信息共享和模型設(shè)計，更加有利于建筑的初期開展和后續(xù)問題處理。

3 BIM技術(shù)在建筑能耗模擬設(shè)計中的運用

BIM技術(shù)在建筑能耗模擬方面的應(yīng)用只是BIM技術(shù)在整個建筑周期中的一部分，對整個建筑項目來說，BIM建模包含了建筑所需要的全部信息，這樣專業(yè)設(shè)計人員在方案設(shè)計階段就能對建筑整體進行更加全面的性能分析。例如：建筑負荷的選定、采光和通風問題等。這在一定程度上，提高了節(jié)能設(shè)計的效率，將模擬結(jié)果靈活運用在施工階段，發(fā)揮了BIM技術(shù)的優(yōu)勢，促進了我國高效節(jié)能的發(fā)展。

3.1 運用在建構(gòu)設(shè)計方面

BIM技術(shù)在建筑能耗模擬設(shè)計中的運用首先體現(xiàn)在建構(gòu)設(shè)計方面，其通過參數(shù)自動化和模型集成化可以實現(xiàn)在設(shè)計環(huán)節(jié)的基本建構(gòu)功能。

基于BIM技術(shù)的參數(shù)自動化主要表現(xiàn)在兩個方面：

（1）利用設(shè)計的參數(shù)對數(shù)據(jù)庫進行讀取與存儲，并實時更新數(shù)據(jù)，達到反饋的效果，使得后續(xù)工作的發(fā)展有具體的方向，有利于技術(shù)人員高效解決參數(shù)不匹配的問題。

（2）在新形成的建構(gòu)模型中也能自動轉(zhuǎn)換成與之匹配的參數(shù)，并可以與原有的設(shè)計體系完美整合，形成互補的參數(shù)原則，使得節(jié)能建模設(shè)計與實際施工之間形成緊密聯(lián)系。

模型集成化：

參數(shù)的自動化在一定程度上影響了設(shè)計的內(nèi)部集成模型，因為在能耗模擬中，BIM技術(shù)可以根據(jù)不同的參數(shù)規(guī)則形成最優(yōu)的集成模型，使每個單元的信息更加準確具體。再者，在建構(gòu)設(shè)計時，BIM技術(shù)通過數(shù)字化信息的處理，可以對建構(gòu)系統(tǒng)進行全面系統(tǒng)的評價，這些數(shù)據(jù)都將作為參考，規(guī)避設(shè)計人員的簡單人為失誤，對內(nèi)部模型的集成形成有利條件。其對同類數(shù)據(jù)模型的分析和組合，也能在一定程度上，提高技術(shù)人員的工作效率。

3.2 運用于建筑結(jié)構(gòu)與場地分析

建筑節(jié)能模擬設(shè)計的可行性不僅僅取決于建筑工程項目本身，還與建筑工程所處的地段有著很大關(guān)聯(lián)。場地的地質(zhì)、水質(zhì)、居民和交通情況等都會給能耗模擬設(shè)計產(chǎn)生一定程度上的影響。而BIM技術(shù)可以做到與地域信息系統(tǒng)相結(jié)合，對建筑工程所選擇的場地進行實際模擬，并會生成虛擬的環(huán)境，在此構(gòu)建符合工程量的模型。這樣不僅能夠全方位分析出建筑場地的優(yōu)勢和劣勢，幫助選擇最優(yōu)的建設(shè)地點，還能使建筑結(jié)構(gòu)與所處環(huán)境彼此適應(yīng)，從而使建筑的整體效果達到最佳，保證了設(shè)計的合理性與可操作性。

3.3 運用于建筑結(jié)構(gòu)性能分析

建筑的能耗模擬并不是把各個部分的能源消耗提取出來一一排列，而是將每個部分的信息等進行有機組合，整合為一部分。建筑能耗模擬的目的無外是節(jié)能，BIM技術(shù)對建筑性能分析的運用，既能達到節(jié)能，也能使建筑的最終整體效果合理美觀，且其穩(wěn)定性和抗震性等都符合建筑的對應(yīng)標準。傳統(tǒng)的性能分析，需要投入大量的人力、物力，花費時間去演算各種公式，才能得出分析結(jié)果，且分析結(jié)果與實際結(jié)果存在一定誤差，會對建筑結(jié)構(gòu)性能的良好帶來一定影響。反觀基于BIM技術(shù)的設(shè)計模擬，只需將構(gòu)建出的模型信息利用性能分析軟件進行導(dǎo)入和演示，便可迅速精準地獲得分析結(jié)果，技術(shù)人員也可根據(jù)分析數(shù)據(jù)進行建筑結(jié)構(gòu)性能的改善和升級，進而減少能耗模擬的工作量。

4 運用BIM技術(shù)所存在的問題

4.1 缺乏標準體系

在建筑能耗模擬中運用BIM技術(shù)的手段目前還處于探索階段，各個國家及地區(qū)還沒有與之對應(yīng)的具體行業(yè)規(guī)范，設(shè)計項目的標準體系和執(zhí)行政策還處于調(diào)研或協(xié)商的環(huán)節(jié)。BIM技術(shù)的信息化和集成管理化，急需行業(yè)建立標準規(guī)范的體系，以降低風險。

4.2 BIM成本相對較高

利用BIM技術(shù)進行建筑能耗模擬需要高昂的資金運轉(zhuǎn)，而且對技術(shù)人員的專業(yè)性要求和設(shè)備的硬性需求較高，因而還需要把一定的資金投入到人員培訓(xùn)和設(shè)備購買上，并且要對設(shè)計軟件不斷優(yōu)化更新。

值得一提的是BIM的存檔問題造成許多企業(yè)的困擾，要想根本解決這個問題，就要更新相關(guān)硬件的配置。BIM技術(shù)在現(xiàn)階段來說，需要投入的成本較高，一些發(fā)展中或剛起步的企業(yè)很難直接引入。

4.3 軟件更新迅速帶來的技術(shù)問題

隨著經(jīng)濟發(fā)展和建筑能耗模擬問題的不斷攻克，BIM技術(shù)或?qū)⒂瓉韼p峰期，而科技的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的更迭，對于設(shè)計軟件本身而言，肯定會存在一定缺陷。軟件開發(fā)與實際不適用，模擬結(jié)果的誤差，以及在技術(shù)經(jīng)驗上的要求等。目前BIM技術(shù)的運用跟不上日益增長的市場需求，要突破這些技術(shù)問題，仍需不斷嘗試和探索。

4.4 市場競爭愈演愈烈

整個建筑行業(yè)，因BIM技術(shù)的推廣逐漸變得透明，其降低生產(chǎn)成本和減少浪費的優(yōu)勢，從另一個角度來看，也影響了相關(guān)企業(yè)的利潤，甚至會影響整個行業(yè)的利益。沒有引入BIM技術(shù)或?qū)IM技術(shù)運用還停留在表面的企業(yè)，在激烈的市場競爭中將被淘汰。BIM技術(shù)或?qū)⒆鳛槠髽I(yè)發(fā)展的必要條件，成為參與市場競爭的一條鐵則。

5 結(jié)束語

BIM技術(shù)是以信息參數(shù)為基礎(chǔ)建構(gòu)的設(shè)計體系，具有較完善的共享機制和較強的協(xié)調(diào)性，為建筑工程設(shè)計和階段性施工提供信息模型，使施工的各個參與方內(nèi)部一致，進而降低建筑的生產(chǎn)成本，是建筑設(shè)計乃至整個建筑業(yè)未來的主要發(fā)展方向之一。綜上所述，建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計之所以越發(fā)重要，是因為現(xiàn)階段我國的建筑數(shù)量不斷增多，其所帶來的能源消耗巨大，因此進行科學(xué)的能耗模擬設(shè)計，不僅能節(jié)能和減少浪費，還能夠保障國家和人民的利益及人身安全。盡管現(xiàn)階段的BIM的技術(shù)運用仍有許多問題有待解決，但立足于長遠發(fā)展的角度來看BIM技術(shù)的發(fā)展將超過電腦對建筑行業(yè)的影響，其逐漸完善的標準體系將為建筑設(shè)計提供堅實的理論基礎(chǔ)，為建筑設(shè)計的應(yīng)用和相關(guān)技術(shù)的推廣貢獻力量。