BIM 技術(shù)在綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉玉丁

摘 要：隨著環(huán)境保護(hù)、綠色節(jié)能等理念的不斷深入，建筑行業(yè)不斷深化改革，使得綠色節(jié)能設(shè)計(jì)逐步融入建 筑設(shè)計(jì)。建筑信息模型技術(shù)憑借其模擬分析、建模、可視化及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，在綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中得到 有效應(yīng)用，并帶來了良好效果。本文從建筑信息模型在綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的應(yīng)用概述、應(yīng)用原則及應(yīng)用措施 3個(gè)方面出發(fā)，對其在綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用展開研究，進(jìn)而提升綠色建筑節(jié)能的效果。

關(guān)鍵詞：綠色建筑;節(jié)能設(shè)計(jì);建筑信息模型（BIM）技術(shù)

中圖分類號：TU17;TU201.5? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）31-0084-03

Application of BIM Technology in Green Building Energy

Conservation Design

LIU Yuding

（Harbin Huade University，Harbin Heilongjiang 150025）

Abstract： With the continuous deepening of concepts such as environmental protection and green energy conserva tion， the construction industry continues to deepen reforms， and green energy-saving design has been gradually inte grated into architectural design. BIM technology has been effectively applied in the energy- saving design of green buildings by virtue of its simulation analysis， modeling， visualization， data transmission and other functions， and has brought good results. In this paper， the application of BIM technology in green building energy-saving design is summarized， application principles and application measures， and the application of BIM technology in green building energy-saving design is studied to improve the effect of green building energy-saving.

Keywords： green building energy;conservation design;Building Information Modeling（BIM） technology

1 BIM 技術(shù)在綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用概述

目前，建筑信息模型（Building Information Modeling， BIM）技術(shù)已經(jīng)十分成熟，在綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 日趨廣泛[1]。BIM 技術(shù)主要是在掌握建筑資料的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)構(gòu)建模型，通過三維可視化功能，可以將工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)信息、性能信息、材料信息及設(shè)計(jì)信息等輸入軟件，還可以通過 BIM 5D 將工程項(xiàng)目的施工工序、進(jìn)度、質(zhì)量及成本等目標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)分析[2]。當(dāng)工程的某一因素改變時(shí)，其他數(shù)據(jù)會隨之改變，進(jìn)而保證數(shù)據(jù)分析的完整性，實(shí)現(xiàn)全目標(biāo)管理。此外，BIM技術(shù)在綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)過程中可以實(shí)現(xiàn)全壽命管理。在工程項(xiàng)目的前期決策階段、設(shè)計(jì)階段、施工階段及后期運(yùn)行維護(hù)階段，工作人員都可以借助 BIM 技術(shù)的全壽命周期 管理（如圖 1 所示）為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)提供全面的數(shù)據(jù)信息，并可以掌控參數(shù)，有效提高綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)效率和 設(shè)計(jì)水平。

2 BIM技術(shù)在綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用原則

結(jié)合綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，采用 BIM 技術(shù)應(yīng)遵 循因地制宜、規(guī)范性及操作性原則[3-5]，以保障節(jié)能設(shè)計(jì) 的良好效果。

2.1 因地制宜原則

要達(dá)到節(jié)約資源、環(huán)境保護(hù)的效果，在進(jìn)行綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分結(jié)合工程所在地的環(huán)境特點(diǎn)，因 地制宜，采用 BIM 技術(shù)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)。這要求設(shè)計(jì)人員 全面掌握工程所在地的地質(zhì)水文等資料，在充分分析地 域特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用所在地的地質(zhì)水文環(huán)境和物種分 布情況展開設(shè)計(jì)。采用因地制宜原則可以有效降低對生態(tài)環(huán)境的破壞，起到一定的環(huán)境保護(hù)作用。

2.2 規(guī)范性原則

為有效提高設(shè)計(jì)水平，采用 BIM 技術(shù)進(jìn)行綠色建筑 節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵循規(guī)范性原則。第一，設(shè)計(jì)前應(yīng)收 集準(zhǔn)確完整的數(shù)據(jù)資料，由專業(yè)人員進(jìn)行檢查和審核，確?；A(chǔ)性數(shù)據(jù)的規(guī)范性。第二，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)嚴(yán)格遵循綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，從而為施工階段提供科學(xué)的依據(jù)。第三，采用 BIM 技術(shù)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，應(yīng)在結(jié)合工程實(shí)際情況的基礎(chǔ)上撰寫完善的設(shè)計(jì)規(guī)程，進(jìn)而保障節(jié)能設(shè)計(jì)具有良好的可施工性和可操作性，并利用BIM 技術(shù)為施工過程提供范本。在滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，盡可能實(shí)現(xiàn)人與自然、工程與環(huán)境的有效結(jié)合[5]。

2.3 操作性原則

操作性原則指的是采用 BIM 技術(shù)進(jìn)行綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分利用三維數(shù)字技術(shù)創(chuàng)建建筑信息模型，并通過仿真技術(shù)完整準(zhǔn)確地模擬工程信息，進(jìn)而為施工階段提供可靠的信息。此外，采用 BIM 技術(shù)的數(shù)據(jù)化形式可以將設(shè)計(jì)模型直觀展現(xiàn)出來。設(shè)計(jì)師也可以直觀把控工程結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而進(jìn)行創(chuàng)新性技能設(shè)計(jì)。在參數(shù)化設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)師應(yīng)遵循操作性原則整合數(shù)據(jù)信息，借助 BIM 技術(shù)關(guān)聯(lián)各個(gè)參數(shù)，在達(dá)到綠色節(jié)能設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，盡可能為施工提供便利。

3 BIM技術(shù)在綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用措施

3.1 做好設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作

為節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境，設(shè)計(jì)前期階段應(yīng)進(jìn)行科學(xué)評估。借助 BIM 技術(shù)可以模擬室外陽光的分布情況、光照 強(qiáng)度及輻射范圍，并結(jié)合模擬情況充分利用太陽能進(jìn)行 整體的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對太陽能資源的有效利用。采用BIM 技術(shù)分析室內(nèi)采光，充分利用自然光來降低照明的能源消耗量。為有效避免機(jī)電管網(wǎng)錯(cuò)亂帶來的問題，設(shè)計(jì)的前期階段應(yīng)采用 BIM 技術(shù)進(jìn)行機(jī)電管網(wǎng)檢測，將可能出現(xiàn)的問題扼殺在搖籃。結(jié)構(gòu)熱工性能一級室內(nèi)環(huán)境是節(jié)能設(shè)計(jì)的重要部分，在設(shè)計(jì)前期階段應(yīng)將相應(yīng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入建筑信息模型，并結(jié)合規(guī)范性原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，在綠色建筑前期設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分利用 BIM 技術(shù)進(jìn)行采光模擬、室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境模擬、日照朝向分析、熱工分析和太陽輻射分析，有效結(jié)合工程所在地的環(huán)境特點(diǎn)，因地制宜，充分利用自然資源，進(jìn)而達(dá)到降低能耗、節(jié)約資源的效果。

3.2 BIM 技術(shù)在方案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.2.1 采光設(shè)計(jì)。采光設(shè)計(jì)是綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的 重要部分，直接影響建筑的舒適性和室內(nèi)溫度。在進(jìn)行 采光設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)前期模擬分析進(jìn)行采光設(shè)計(jì)，在充分利用日照的基礎(chǔ)上進(jìn)行窗戶的材質(zhì)選擇和戶型設(shè)計(jì)。借助 BIM 技術(shù)的數(shù)據(jù)分析、建筑空間及采光數(shù)據(jù)分析等手段，為節(jié)能設(shè)計(jì)提供完整科學(xué)的數(shù)據(jù)信息，有助于展開智能化采光設(shè)計(jì)構(gòu)圖，再結(jié)合虛擬光源動態(tài)性調(diào)整技術(shù)進(jìn)行采光度和敏感度分析。此外，結(jié)合不同時(shí)間段光照的變化情況進(jìn)行三維展示，使得設(shè)計(jì)人員可以更加直觀地選擇燈具，并綜合光源和照明系統(tǒng)，采用 3D 模擬功能來展示節(jié)能采光設(shè)計(jì)效果圖。

3.2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。綠色建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括 外墻設(shè)計(jì)、門窗設(shè)計(jì)及建筑頂部設(shè)計(jì)等方面。目前，綠色建筑節(jié)能多采用外墻保溫磚、擠塑板等進(jìn)行外墻保溫設(shè) 計(jì)。為有效提高外墻保溫節(jié)能設(shè)計(jì)效果，應(yīng)結(jié)合 BIM 技 術(shù)進(jìn)行外墻保溫磚模式下的墻體荷載計(jì)算、外墻保溫層數(shù)據(jù)信息及外層數(shù)據(jù)的計(jì)算等。通過 BIM 技術(shù)掌握外墻外保溫各部分的荷載分布情況，有助于系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)元素的配置，保障外墻支撐結(jié)構(gòu)的均勻性。此外，為有效防止外墻保溫發(fā)生冷橋，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)采用 BIM 技術(shù)進(jìn)行冷橋測算，進(jìn)而制訂更加完善的綠色節(jié)能設(shè)計(jì)方案，達(dá)到外墻外保溫的良好效果。

建筑頂部節(jié)能設(shè)計(jì)主要包括坡頂、平頂、高平頂及一級流線型平頂?shù)鹊脑O(shè)計(jì)。在進(jìn)行屋頂節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從屋頂?shù)钠露?、材質(zhì)、顏色及保溫層等方面入手[6]。通過科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，達(dá)到冬暖夏涼的效果，即冬天能夠盡可能降低室內(nèi)熱量的流失，夏季能夠降暑隔熱，通過節(jié)能設(shè)計(jì)降低室內(nèi)溫度所受外部環(huán)境的影響。門窗設(shè)計(jì)除考慮采光以外，還應(yīng)充分考慮通風(fēng)和保溫性能，因此應(yīng)科學(xué)控制綠色 建筑的窗墻比，進(jìn)而達(dá)到圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能效果。

3.2.3 給排水設(shè)計(jì)。給排水設(shè)計(jì)是綠色建筑節(jié)能設(shè) 計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響建筑能耗和工程質(zhì)量。在給排 水設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分利用 BIM 技術(shù)提高設(shè)計(jì)效果。第 一，采用 BIM 技術(shù)進(jìn)行給排水系統(tǒng)的節(jié)能、平面和系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)，建立給排水管道三維模型，并準(zhǔn)確計(jì)算水流量，對水流量進(jìn)行動態(tài)分析。在達(dá)到建筑用水量需求的前提下，預(yù)測給排水系統(tǒng)可能造成的污染情況和資源浪費(fèi)，結(jié)合預(yù)測數(shù)據(jù)制定預(yù)防措施，提高給排水系統(tǒng)的節(jié)能 效果。第二，整合分析前期收集的大量數(shù)據(jù)，經(jīng)過精確計(jì)算和專業(yè)篩選，為給排水系統(tǒng)的技能設(shè)計(jì)提供詳細(xì)參考，進(jìn)而制訂管道布局模擬方案，采用 BIM 三維立體設(shè)計(jì)構(gòu)建給排水模型，并通過三維可視化和碰撞檢查功能提前找到設(shè)計(jì)中的沖突，進(jìn)而進(jìn)行方案調(diào)整，有效提高給排水系統(tǒng)的節(jié)能效果和使用壽命。第三，在進(jìn)行給排水附屬部分設(shè)計(jì)時(shí)，采用 BIM 模擬技術(shù)模擬安裝進(jìn)度，通過四維技術(shù)實(shí)現(xiàn)給排水系統(tǒng)及其附屬部分的進(jìn)度控制，確保每一個(gè)環(huán)節(jié)都能順利展開，進(jìn)而避免給排水系統(tǒng)的污染和能源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3.2.4 室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)。在進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng) 充分發(fā)揮 BIM 設(shè)計(jì)的優(yōu)勢，營造良好的室內(nèi)環(huán)境。通過 BIM 技術(shù)的模擬功能，模擬自然通風(fēng)情況，結(jié)合綠色建筑 模型的模擬效果，適當(dāng)調(diào)整室內(nèi)通風(fēng)口的位置及尺寸，進(jìn) 而提升室內(nèi)空氣的流暢度，充分利用自然通風(fēng)來降低能 源的消耗[7]。結(jié)合 BIM 技術(shù)的室內(nèi)布局模擬功能全面分 析室內(nèi)布局的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn) 一步完善室內(nèi)布局設(shè)計(jì)。

3.2.5 電能利用設(shè)計(jì)。為有效提高電能利用設(shè)計(jì)效 果，在進(jìn)行綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合 BIM 技術(shù)進(jìn)行能 耗的全面分析，有效計(jì)算生態(tài)環(huán)境中有害氣體的含量，進(jìn) 行綠色建筑群的亮化模擬，結(jié)合生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)展開電能利 用設(shè)計(jì)，并對電氣設(shè)備的安裝和布局進(jìn)行模擬演示，確保 線路布局的科學(xué)性和規(guī)范性，提高節(jié)能水平。

在綠色節(jié)能設(shè)計(jì)過程中，還應(yīng)科學(xué)選擇建筑材料，即 結(jié)合 BIM 技術(shù)選擇能夠與施工進(jìn)度有效結(jié)合的有利于循 環(huán)經(jīng)濟(jì)的建筑材料[8]。建筑材料應(yīng)符合綠色節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)， 滿足節(jié)能設(shè)計(jì)要求，在滿足規(guī)定的安全節(jié)能和環(huán)境保護(hù)效果的基礎(chǔ)上，盡可能降低對周圍環(huán)境的影響。

4 結(jié)語

采用 BIM 技術(shù)進(jìn)行綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵 循因地制宜、規(guī)范性和操作性原則，在滿足綠色建筑節(jié)能 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合 BIM 技術(shù)的環(huán)境模擬、信息化及 三維可視化等功能，進(jìn)行采光設(shè)計(jì)、外墻保溫、給排水、室 內(nèi)環(huán)境及電能利用等方面的綠色節(jié)能設(shè)計(jì)。借助 BIM 技 術(shù)設(shè)計(jì)方案具有的靈活性，不斷進(jìn)行調(diào)整和完善，以提高 綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的科學(xué)性和有效性。

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