基于BIM 技術(shù)的建筑再生能源精細化監(jiān)管研究

段羽 白志超

1.研究概況與研究價值[1]

BIM 技術(shù)及RFID 技術(shù)進行建筑設(shè)備與傳感器智能化、節(jié)能化方面的研究是現(xiàn)階段國內(nèi)建筑能耗精細化監(jiān)管領(lǐng)域與被動式低能耗建筑應(yīng)用領(lǐng)域研究的重點方向。本次研究從被動式建筑的水、暖、風、電、地熱、微風能、太陽能、光伏能等可再生能源入手，利用BIM 技術(shù)與三維監(jiān)管技術(shù)構(gòu)建被動式低能耗建筑的智慧化再生能源精細化監(jiān)管體系與三維監(jiān)控系統(tǒng)。保證建筑內(nèi)部照明、二次循環(huán)用水、廢水冗余熱能、地下熱能的有機監(jiān)控。如在監(jiān)控過程中發(fā)現(xiàn)異常，及時通過BIM 技術(shù)三維系統(tǒng)實時反饋，幫助管理控制人員精準調(diào)整。

該研究從根源方法上解決了因資源浪費造成的損失。重點解決建筑后期運維過程中的能耗數(shù)據(jù)，所以通過建筑各類型感應(yīng)元器件所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與三維模型的連接，真正實現(xiàn)了模型在后期建筑運行使用過程中的使用價值，幫助建筑參與者真正控制建筑的每一個構(gòu)件、每一類能耗及每一個空間數(shù)據(jù)，使建筑后期使用更加精準高效，實施更加有據(jù)可循[2]。

2.關(guān)鍵研究技術(shù)分析

2.1 BIM 技術(shù)三維可視化表達

通過BIM 技術(shù)將建筑再生能源設(shè)備系統(tǒng)通過三維模型的方法展現(xiàn)出來，幫助建設(shè)單位對后期運維管理中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行精準化定位與分析。結(jié)合能源監(jiān)管平臺，實現(xiàn)三維可視化方法展現(xiàn)建筑再生能源設(shè)備系統(tǒng)不同節(jié)點、不同位置所采集到的能源數(shù)據(jù)監(jiān)控目的，也為建筑在后期運維過程中實現(xiàn)精細化管控、提高能源使用效率與分配效率提供支持。帶有余熱回收的新風系統(tǒng)借助安裝在系統(tǒng)中的溫度及流量傳感器，幫助運維人員隨時掌握每個房間的送風溫度和送風量。保證在建筑高氣密性環(huán)境下的室內(nèi)舒適度。通過三維可視化模型的前期預模擬，控制毛細管在敷設(shè)面上的排布形式，使房間溫度更加均勻、節(jié)能。

2.2 設(shè)計大模型-施工節(jié)點化

BIM 技術(shù)“設(shè)計大模型—施工節(jié)點化”[3]這一理念通過精細化節(jié)點模型配合VR 技術(shù)，向工人進行復雜施工工藝技術(shù)交底及具體的施工方法與工藝流程交付，使施工人員真正了解到本建筑中所有復雜構(gòu)件及復雜節(jié)點，幫助該建筑實現(xiàn)精細化建造及裝配，從而提高項目實施過程中的資源利用率。實施過程中，工人通過手機掃描二維碼，可以觀看到項目每一個工藝節(jié)點，真正幫助工人實現(xiàn)了用最小的資源實現(xiàn)指導施工的目的。

2.3 BIM 技術(shù)二次開發(fā)

通過BIM 技術(shù)二次開發(fā)方式實現(xiàn)模型系統(tǒng)輕量化展現(xiàn)。通過將模型與數(shù)據(jù)結(jié)合算法進行分離，實現(xiàn)每次操作不斷刷新模型數(shù)據(jù)的問題，通過建立的數(shù)據(jù)與模型之間的邏輯關(guān)系，使每次操作僅需要提取數(shù)據(jù)而非模型。最后將模型與數(shù)據(jù)進行掛接。本實驗建筑項目是超低能耗建筑，對應(yīng)的所有數(shù)據(jù)標準均來自自訂立標準，可以很好地進行邏輯關(guān)聯(lián)性匹配，也為后續(xù)類似建筑以及未來建筑行業(yè)的新興技術(shù)發(fā)展提供了指引。在完成模型輕量化處理之后，本項目更多的考慮是建筑后期運維過程中的數(shù)據(jù)，所以通過建筑各類型感應(yīng)元器件所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與模型的掛接，真正實現(xiàn)了模型在后期建筑運行使用過程中的使用價值，幫助建筑參與者真正控制建筑里面每一個構(gòu)件、每一類能耗及每一個空間數(shù)據(jù)，幫助建筑后期使用更加精準高效，實施更加有據(jù)可循的運維管理。利用BIM 技術(shù)二次開發(fā)體系如圖1 所示。

圖1 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用情況分析圖

3.技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用

本次研究以吉林建筑科技學院科研樓為例，該項目是東北地區(qū)首個以被動式低能耗建筑為建設(shè)目標的新型科研型建筑。本工程因涉及大量建筑新興技術(shù)，在前期設(shè)計階段通過設(shè)定BIM 建模標準形成了一套完備的自有族庫。形成的建筑新技術(shù)模型庫，為后續(xù)做類似的被動式低能耗建筑提供了數(shù)據(jù)積累。在完成建模標準訂立及模型庫的創(chuàng)建后，對該項目進行詳細的場地分析、環(huán)境分析、空間設(shè)計、建筑外立面設(shè)計、綠色建筑模擬分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等一系列工作。該模型的精度達到LOD400 以上，實現(xiàn)了從每一個施工節(jié)點到超低能耗建筑新型能源體系構(gòu)建及整體建筑氣密性設(shè)計等方面的三維化模擬[4]。在項目施工過程中，引入施工節(jié)點化一理念，通過精細化節(jié)點模型配合VR 技術(shù)，向工人進行復雜施工工藝技術(shù)交底及具體的施工方法與工藝流程交付，使施工人員真正了解到本建筑所有復雜構(gòu)件及復雜節(jié)點，幫助該建筑實現(xiàn)精細化建造及裝配，從而提高項目實施過程中的資源利用率，實現(xiàn)節(jié)約成本、節(jié)省工期的目的。為了降低超低能耗建筑的能耗。本項目通過采取小單元式干掛幕墻及雙肢短槽干掛幕墻相結(jié)合的施工方法，在提高建筑氣密性要求的同時，也提升了建筑的整體美觀性。BIM 技術(shù)精細化應(yīng)用成果如圖2 所示。

圖2 BIM 技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用展示

4.結(jié)語

本文通過BIM 技術(shù)解決了建筑后期運維過程中的能耗數(shù)據(jù)監(jiān)控問題，通過建筑各類型感應(yīng)元器件所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與三維模型的掛接，真正實現(xiàn)了BIM模型在后期建筑運行使用過程中的使用價值，幫助建筑參與者真正控制建筑里每一個構(gòu)件、每一類能耗及每一個空間數(shù)據(jù)，幫助建筑后期使用更加精準高效，實施更加有據(jù)可循的運維管理。所形成的建筑再生能源精細化三維數(shù)據(jù)監(jiān)管體系方法與冗余能耗再利用管理系統(tǒng)，對建筑行業(yè)新興技術(shù)領(lǐng)域及清潔能源發(fā)展領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展具有極強的示范價值。