BIM在建筑節(jié)能改造可持續(xù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

袁金鶴

中機(jī)第一設(shè)計(jì)研究院有限公司 安徽 合肥 230601

引言

建筑工程施工項(xiàng)目較廣，而且施工范圍較大，消耗的能源也非常多，為了滿足建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，需要實(shí)現(xiàn)建筑工程施工和設(shè)計(jì)的節(jié)能降耗，推進(jìn)綠色建筑發(fā)展范圍，讓建筑行業(yè)有更大的發(fā)展空間。利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的科學(xué)性，滿足資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)，推進(jìn)綠色建筑使用壽命的延長(zhǎng)，也就是說BIM技術(shù)應(yīng)用對(duì)于推進(jìn)建筑行業(yè)長(zhǎng)久發(fā)展具有重要作用。

1 BIM技術(shù)與建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

1.1 BIM技術(shù)應(yīng)用概述

BIM技術(shù)在應(yīng)用過程中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)建筑工程全過程管理的模型化和信息化，讓以往較為傳統(tǒng)的建筑工程施工信息以及建筑功能進(jìn)行精準(zhǔn)體現(xiàn)，以模型的方式進(jìn)行表達(dá)，實(shí)現(xiàn)建筑功能的真實(shí)性和參數(shù)應(yīng)用的準(zhǔn)確性，為建筑工程設(shè)計(jì)效果體現(xiàn)提供了更大支持。在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，以往傳統(tǒng)型的設(shè)計(jì)方式會(huì)受到建筑能耗分析模擬軟件的影響，無法確保結(jié)構(gòu)的科學(xué)優(yōu)化，甚至在節(jié)能設(shè)計(jì)方面還存在一定的阻礙，而利用BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)人員能夠針對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)周期展開分析，以全生命周期的原則對(duì)工程施工情況進(jìn)行模擬，結(jié)合模擬中得出的結(jié)果，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)整，滿足綠色建筑行業(yè)的節(jié)能與減排，同時(shí)讓建筑設(shè)計(jì)走向數(shù)字化和信息化。另外，在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)之前，需要針對(duì)建筑能耗具體情況展開分析，加大對(duì)工程結(jié)構(gòu)、材料等的探討，確保評(píng)價(jià)過程中能夠準(zhǔn)確得出建筑行業(yè)的能耗現(xiàn)狀，以往傳統(tǒng)型的設(shè)計(jì)圖紙和計(jì)算方式不僅出現(xiàn)了大量的人力物力浪費(fèi)，還極易因計(jì)算誤差而導(dǎo)致結(jié)果的準(zhǔn)確性下降。BIM技術(shù)在應(yīng)用之后，能夠結(jié)合更加有效的數(shù)據(jù)和信息，做到對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的分析軟件，兼容性更強(qiáng)，能夠在最快時(shí)間內(nèi)得出更加準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，滿足了建筑行業(yè)的設(shè)計(jì)要求[1]。

1.2 BIM技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

通過BIM技術(shù)應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的數(shù)字化與信息化，將建筑工程施工中的材料、結(jié)構(gòu)等能耗信息進(jìn)行整合分析，建立建筑工程的模擬圖形，有利于建筑設(shè)計(jì)人員對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)整，BIM技術(shù)應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下三方面。第一，可視化。BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)建筑信息模型的構(gòu)建，展現(xiàn)3D的效果，讓工作人員對(duì)整個(gè)建筑的空間狀況進(jìn)行分析，利用可視化的方式進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)形態(tài)的展現(xiàn)，可以隨意進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)和結(jié)構(gòu)調(diào)整，滿足建筑設(shè)計(jì)的直觀性體現(xiàn)。第二，信息化。BIM技術(shù)在應(yīng)用過程中以信息化為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)建筑工程全生命周期的數(shù)據(jù)和信息分析，利用數(shù)據(jù)和信息作為基礎(chǔ)，完成對(duì)建筑工程各個(gè)施工階段的分析，讓設(shè)計(jì)過程更加科學(xué)，同時(shí)保障了建筑工程設(shè)計(jì)方案的可執(zhí)行性，降低因人工計(jì)算誤差而影響到節(jié)能效果。第三，模擬性。相比于其他的設(shè)計(jì)軟件，BIM技術(shù)在應(yīng)用過程中能夠在模型中進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的輸入，包含了影響建筑工程設(shè)計(jì)的信息、環(huán)境以及材料性能等，對(duì)于這些不同信息造成的變化進(jìn)行分析，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。BIM技術(shù)建立的信息模型實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目全生命周期的分析，節(jié)約設(shè)計(jì)所花費(fèi)的時(shí)間，也能夠降低因設(shè)計(jì)而投入的人力物力。

2 BIM技術(shù)在綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

2.1 采光模擬

在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，為了達(dá)到規(guī)范化的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，需要針對(duì)建筑物所在的地區(qū)進(jìn)行周邊環(huán)境的分析，計(jì)算室內(nèi)所需的采光度，科學(xué)設(shè)定建筑參數(shù)，比如說，窗地比。通過合適的采光強(qiáng)度和采光密度設(shè)置，能夠讓建筑室內(nèi)有更好的采光效果，即達(dá)到照明要求又起到資源節(jié)約的目標(biāo)。通過合適的陽光設(shè)置，能夠讓居民生活工作有更好的條件，而且適度光照能夠降低對(duì)人類眼睛的傷害。一般來說，光源主要分成自然光和人工光兩種方式，在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中需要針對(duì)建筑室內(nèi)的采光要求，加大對(duì)自然光源的應(yīng)用，經(jīng)過建筑科學(xué)計(jì)算，利用BIM技術(shù)將更多的自然光引入到室內(nèi)，既降低能耗又達(dá)到良好的光照效果。在BIM技術(shù)進(jìn)行采光模擬時(shí)，需要針對(duì)采光性能進(jìn)行分析，考慮到各個(gè)房間的布局設(shè)置，避免光照過強(qiáng)或者采光不足等問題出現(xiàn)。為了達(dá)到節(jié)能設(shè)計(jì)效果，可以利用遮光簾進(jìn)行光照的調(diào)節(jié)，還可以進(jìn)行樹木種植。綠化植物一方面能夠起到對(duì)強(qiáng)光的遮擋，另一方面能夠隔絕噪音，是綠色建筑設(shè)計(jì)的科學(xué)體現(xiàn)[2]。

2.2 合理進(jìn)行外墻保溫設(shè)計(jì)

外墻保溫設(shè)計(jì)是綠色節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，一般來說，外墻保溫設(shè)計(jì)中可以采用擠塑板、外墻保溫磚等設(shè)計(jì)模式，無論采用哪種設(shè)計(jì)方式，都需要在設(shè)計(jì)之前利用BIM技術(shù)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算，提升保溫節(jié)能材料的應(yīng)用價(jià)值。通過BIM技術(shù)應(yīng)用，充分發(fā)揮節(jié)能保溫磚模式的效果，對(duì)于建筑整體荷載進(jìn)行分析，不僅僅需要實(shí)現(xiàn)以往傳統(tǒng)型建筑的平面設(shè)計(jì)分析，還需要利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑外墻基層信息和保溫層數(shù)據(jù)的獲取，確保各部分荷載分布均勻，即達(dá)到設(shè)計(jì)的科學(xué)性，又能夠讓建筑墻面有較強(qiáng)的支撐度。除此之外，在設(shè)計(jì)過程中，外墻保溫設(shè)計(jì)還需要防治熱橋現(xiàn)象，結(jié)合BIM技術(shù)應(yīng)用要求，準(zhǔn)確計(jì)算熱橋部分出現(xiàn)的位置和情況，明確對(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)方案的調(diào)整，確保自然溫度能夠匯集到保溫節(jié)能系統(tǒng)中，充分發(fā)揮建筑外墻施工的節(jié)能效果。

2.3 關(guān)注動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)掌握，尤其在建筑設(shè)計(jì)仿真環(huán)節(jié)，通過BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有流程中數(shù)據(jù)和信息的獲取，通過相關(guān)工作人員整理，將數(shù)據(jù)和信息輸入到BIM技術(shù)中，及時(shí)分析可能存在的缺陷區(qū)域，并且對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，在BIM技術(shù)運(yùn)用之前，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程施工方案和相關(guān)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，探討更好的材料，選擇降低出現(xiàn)的材料浪費(fèi)，而且在設(shè)計(jì)過程中工作人員可以利用BIM構(gòu)建建筑工程的動(dòng)態(tài)控制模型，加大對(duì)工程材料應(yīng)用情況的分析，降低材料無故消耗。從施工進(jìn)度的分析，做到對(duì)施工方法和材料應(yīng)用的調(diào)整，分析建筑施工中出現(xiàn)的物資消耗與工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比，加大對(duì)工程中數(shù)據(jù)和信息的及時(shí)反饋。除此之外，在設(shè)計(jì)過程中可以將工程施工的信息輸入到建立的模型中，讓工作人員更加有效地實(shí)現(xiàn)工程施工進(jìn)度分析，了解進(jìn)度完成情況，加大對(duì)整個(gè)施工情況的掌握，提升工程施工效率與質(zhì)量[3]。

2.4 合理開展給排水設(shè)計(jì)工作

給排水設(shè)計(jì)是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟，利用BIM技術(shù)發(fā)揮節(jié)能節(jié)水效果，首先，在設(shè)計(jì)過程中需要實(shí)現(xiàn)各部門之間的協(xié)同，將平面設(shè)計(jì)與立體設(shè)計(jì)相融合，利用BIM推出模擬出現(xiàn)施工中的管道布置情況以及水流量等；在進(jìn)行高層建筑節(jié)能節(jié)水設(shè)計(jì)時(shí)，更需要加大對(duì)工程施工的模擬，分析高層建筑給排水設(shè)計(jì)的水壓要求，確保節(jié)能節(jié)水設(shè)計(jì)能夠滿足建筑物應(yīng)用要求，讓用戶在正常用水需求之下降低水資源的浪費(fèi)。其次，利用BIM技術(shù)加大對(duì)給排水設(shè)計(jì)的分析，結(jié)合各方面材料信息進(jìn)行探討，篩選與工程施工相吻合的材料。另外，設(shè)計(jì)過程中可以利用BIM技術(shù)對(duì)施工方案進(jìn)行模擬，對(duì)管道布局情況進(jìn)行優(yōu)化，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程中存在管道之間的沖突，可以結(jié)合設(shè)計(jì)模型對(duì)管道沖突現(xiàn)象進(jìn)行判斷，減少管道沖突，對(duì)給排水工程設(shè)計(jì)造成的影響。最后，在附屬設(shè)施設(shè)計(jì)時(shí)，同樣可以利用BIM技術(shù)進(jìn)行模擬，減少施工中出現(xiàn)的矛盾，可以建立3D模型和四維模型，加大對(duì)工程進(jìn)度的安排，確保工程施工中具備更高的可行性，堅(jiān)決杜絕給排水工程施工中出現(xiàn)的浪費(fèi)與污染。

2.5 重點(diǎn)開展室內(nèi)環(huán)境的設(shè)計(jì)工作

在開展建筑室內(nèi)節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，需要加大對(duì)環(huán)境的分析，營(yíng)造更好的居住環(huán)境，確保綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)效果更具可行性，滿足居民的生活要求。在BIM技術(shù)應(yīng)用過程中，可以首先進(jìn)行自然通風(fēng)模擬，按照綠色建筑的施工模型對(duì)所有建筑室內(nèi)尺寸進(jìn)行調(diào)整，讓建筑室內(nèi)的氣流更加通暢，在增強(qiáng)通風(fēng)性能的基礎(chǔ)之上，改變室內(nèi)環(huán)境，利用通風(fēng)減少對(duì)能源的消耗。其次，利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑室內(nèi)布局的科學(xué)分析，準(zhǔn)確獲取建筑布局的各項(xiàng)信息，按照綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)制定更加完善的布局方案，利用創(chuàng)建的專業(yè)化模型，讓建筑布局更加符合居民要求[4]。

2.6 科學(xué)開展建筑模型設(shè)計(jì)工作

在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，利用BIM技術(shù)針對(duì)建立的模型進(jìn)行分析，結(jié)合綠色節(jié)能設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，做好相應(yīng)的建模，盡量加大對(duì)模型的科學(xué)處理，確保模型中各方面設(shè)計(jì)更加精準(zhǔn)。我國(guó)目前大多數(shù)建筑工程施工時(shí)采用的是施工圖紙，但是由于很多工程項(xiàng)目外部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，僅僅依靠設(shè)計(jì)圖紙難以保障工程項(xiàng)目質(zhì)量，不僅會(huì)出現(xiàn)工程質(zhì)量安全隱患，還會(huì)釀成材料浪費(fèi)或者環(huán)境污染。而利用BIM技術(shù)，能夠借助BIM具備較強(qiáng)的模擬性和可視化特點(diǎn)，創(chuàng)建相應(yīng)的信息模型，預(yù)防施工中出現(xiàn)的誤差和漏洞，比如說，在設(shè)計(jì)過程中利用BIM技術(shù)能夠創(chuàng)建相應(yīng)的管線施工模型，結(jié)合施工要求做好建筑室內(nèi)電器管線的科學(xué)布置，提升建筑電氣的應(yīng)用質(zhì)量，也減少建筑電氣運(yùn)行中出現(xiàn)的資源浪費(fèi)，確保所有的電氣設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)安全。

2.7 優(yōu)化能源利用

綠色節(jié)能建筑設(shè)計(jì)中，以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，加大對(duì)能源的科學(xué)應(yīng)用，提升建筑應(yīng)用的節(jié)能效果。以太陽能為例，利用BIM技術(shù)做好建筑太陽能輻射情況的分析，結(jié)合實(shí)際情況做好太陽能利用的可行性方案，在一些區(qū)域內(nèi)太陽能每年的輻射較多，結(jié)合這一情況可以在屋頂設(shè)置光伏板，對(duì)太陽能進(jìn)行收集并轉(zhuǎn)化為電能。這些電能可以應(yīng)用在建筑的照明或者小區(qū)的其他設(shè)施方面，同時(shí)也可以利用太陽能完成熱水供應(yīng)。在太陽能利用供電還是供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，都必須要利用BIM軟件進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其中可能存在的隱患，對(duì)應(yīng)用方案進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)以清潔能源代替不可再生資源，滿足建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展要求[5]。

3 結(jié)束語

總而言之，綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)效果體現(xiàn)，需要以BIM技術(shù)應(yīng)用為基礎(chǔ)，遵循技術(shù)應(yīng)用原則，做到對(duì)綠色節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范的執(zhí)行，發(fā)揮BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，確保建筑有更高的設(shè)計(jì)效果。設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合實(shí)際情況做到對(duì)工程設(shè)計(jì)方案的分析與優(yōu)化，結(jié)合BIM的應(yīng)用特點(diǎn)，對(duì)所有的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，積極探討設(shè)計(jì)方案中可能存在的隱患，加大節(jié)能設(shè)計(jì)效果體現(xiàn)，減少資源浪費(fèi)。