BIM技術(shù)在綠色建筑評估與優(yōu)化中的應(yīng)用研究

摘要：以江蘇某建筑作為案例，對BIM技術(shù)在綠色建筑評估與優(yōu)化中的具體應(yīng)用進(jìn)行了研究。介紹了BIM技術(shù)在綠色建筑評估與優(yōu)化當(dāng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，進(jìn)行結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)和系統(tǒng)評估方面的升級。在建筑設(shè)計(jì)之初，使用Ecotect"Analysis軟件對不同方案進(jìn)行比對，分析影響建筑能耗的具體因素，并優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)，搭建運(yùn)維管理框架，對建筑的綠色水平進(jìn)行評估，提出優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；綠色建筑；建筑評估；設(shè)計(jì)優(yōu)化

Research"on"the"Application"of"BIM"Technology"in"Green"Building"Evaluation"and"Optimization

ZHOU"Jie

Jiangsu"Jianke"Engineering"Consulting"Co.，"Ltd.，"Nanjing，"Jiangsu"Province，"210000"China

Abstract："Taking"a"building"in"Jiangsu"Province"as"an"example，"the"specific"application"of"BIM"technology"in"green"building"evaluation"and"optimization"is"studied."This"paper"introduces"the"application"status"of"BIM"technology"in"green"building"evaluation"and"optimization，"and"carries"out"structural"optimization"design"and"system"evaluation"upgrade."At"the"beginning"of"architectural"design，"Ecotect"Analysis"software"is"used"to"compare"different"schemes，"analyze"specific"factors"affecting"building"energy"consumption，"optimize"building"design，"set"up"operation"and"maintenance"management"framework，"evaluate"the"green"level"of"buildings"andnbsp;put"forward"optimization"schemes.

Key"Words："BIM"technology;"Green"building;"Building"evaluation;"Design"optimization

中圖分類號：TU29

在“碳達(dá)峰”“碳中和”政策的指導(dǎo)下，我國大力推廣綠色建筑，目前在新建建筑中，綠色建筑占比超過90%，2023年全國新建綠色建筑面積增長至100多億m2[1]。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃》提出，到2025年，城鎮(zhèn)新建建筑全面建成綠色建筑，建筑能源利用效率穩(wěn)步提升，建筑用能結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化，建筑能耗和碳排放增長趨勢得到有效控制，基本形成綠色、低碳、循環(huán)的建設(shè)發(fā)展方式，為實(shí)現(xiàn)2030年前城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域“碳達(dá)峰”奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，這也奠定我國在全球綠色建筑發(fā)展上的引領(lǐng)者角色。建筑信息模型（Building"Information"Modeling，BIM）技術(shù)作為現(xiàn)代建筑行業(yè)分析的重要工具，其在綠色建筑評估方面起到重要作用，也為建筑的優(yōu)化提供了指導(dǎo)和建議。

1"BIM技術(shù)在綠色建筑評估中的應(yīng)用

1.1工程概況

光明國際馬術(shù)中心從規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工到后期運(yùn)營維護(hù)，都需要符合綠色建筑的標(biāo)準(zhǔn)。既要考慮建筑材料的熱工性能，也要考慮照明設(shè)備的能耗并進(jìn)行量化分析，鑒于施工區(qū)域狹窄且復(fù)雜，超過40%的區(qū)域?yàn)椴灰?guī)則多邊形，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)需精心規(guī)劃材料堆放和垂直運(yùn)輸布局，以確保在100"d的既定工期內(nèi)竣工。為應(yīng)對施工挑戰(zhàn)，項(xiàng)目部采用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，提升施工效率與后期運(yùn)營。BIM團(tuán)隊(duì)協(xié)同各專業(yè)完成綠色建筑目標(biāo)的建模任務(wù)。

1.2"BIM輔助綠色節(jié)能設(shè)計(jì)與評估策略

1.2.1規(guī)劃階段

工程項(xiàng)目組運(yùn)用BIM分析周邊場地平整程度，以及施工地點(diǎn)附近氣候、獲得太陽輻射、日照、焓濕圖等相關(guān)數(shù)據(jù)?；陟蕽駡D策略分析，得到不同被動設(shè)計(jì)之后建筑的最佳舒適區(qū)變化情況。經(jīng)計(jì)算，在本工程的施工中，空調(diào)房間的冷負(fù)荷為Q1=3.314"kW，濕負(fù)荷為0.264"g/s。全年的送風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)：溫度tN為（22±1）℃，相對濕度φ為（55±5）%。當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫?01"325"Pa。

1.2.2設(shè)計(jì)階段應(yīng)用

在設(shè)計(jì)階段，BIM技術(shù)依據(jù)綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)對多種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評估，以挑選出在生態(tài)性能方面表現(xiàn)最佳的方案。Ecotect"Analysis工具能夠模擬建筑材料替換對建筑能耗的影響，并提供成本估算，幫助實(shí)現(xiàn)建筑能耗和成本的平衡[2]。通過合理利用建筑遮陽構(gòu)件，可以顯著降低能源消耗。BIM技術(shù)能夠在保證建筑質(zhì)量的同時(shí)，提高能效，Ecotect"Analysis軟件能夠自動生成并分析不同材料的遮陽構(gòu)件，以評估其效果。

（1）在本工程案例中，運(yùn)用Revit軟件執(zhí)行三維模型的構(gòu)建，并借助Navisworks工具來生成動態(tài)模擬。這兩種技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了建筑模型的分層構(gòu)建和數(shù)據(jù)的無縫整合。為了對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評估和優(yōu)化，在Ecotect中建立初步的模型框架，并利用CAD圖將DXF格式文件導(dǎo)入Revit，從而對復(fù)雜的建筑模型進(jìn)行高效的分析。

（2）在完成的BIM模型上，標(biāo)注必要的結(jié)構(gòu)信息，并設(shè)置建筑構(gòu)件，確保墻體的封閉性和構(gòu)件的正確放置。之后，對Revit模型進(jìn)行簡化，移除不必要的構(gòu)件，并創(chuàng)建房間模型。檢查房間的屬性，并導(dǎo)出為gbXML格式。

（3）將gbXML文件導(dǎo)入Ecotect進(jìn)行綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)評估。通過“區(qū)域體積”命令分析房間是否滿足綠色建筑要求，并輸入項(xiàng)目的地理位置信息。在“模塊設(shè)置”對話框中輸入城市坐標(biāo)和焓濕圖數(shù)據(jù)，進(jìn)行日照分析[3]。

根據(jù)國家住宅建筑日照標(biāo)準(zhǔn)，選定1月20日作為分析日期，確保日照時(shí)間超過2"h。

1.3項(xiàng)目初步方案

1.3.1朝向方案

在建筑朝向的確定上，要考慮通風(fēng)環(huán)境太陽輻射結(jié)果。案例所在地區(qū)，夏季主要吹拂的風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，而到了冬季，則主要受到東北風(fēng)的影響?；谶@樣的氣候特征，為了實(shí)現(xiàn)最佳的建筑設(shè)計(jì)效果，建筑的最佳朝向應(yīng)介于35°～55°和150°～195°的方位角之間?；贐IM平臺的菜單欄Best"Orienation（最佳朝向）可以得出此地的最佳太陽輻射方向，案例地區(qū)的最佳太陽輻射朝向?yàn)?73.5°，這個(gè)朝向能讓建筑在冬天接受較多的太陽輻射，夏天太陽接受輻射量最小[4]。位置處于東偏北82.5°，冬天接受的太陽輻射小、夏天接受的太陽輻射大，這個(gè)朝向最差的位置是82.5°。基于BIM技術(shù)對建筑物朝向進(jìn)行分析，可設(shè)計(jì)好朝向位置。經(jīng)過對進(jìn)出流量、主要入口與周邊交通狀況的綜合考量，建筑物的主要朝向被選定為面向南，偏東10°，與院內(nèi)的主要交通干線保持一致。

1.3.2節(jié)能分析

在節(jié)能分析方面，本方案主要基于BIM平臺的“天氣工具”提供的焓濕圖分析功能，計(jì)算案例地區(qū)的溫度、濕度、大氣壓力、水蒸氣這4種參數(shù)與建筑物的關(guān)系，確定空氣狀態(tài)?；谀M動態(tài)分析可以看出，將案例地區(qū)的被動式太陽能采暖與自然通風(fēng)策略運(yùn)行得當(dāng)，就可以進(jìn)一步改善整體的通風(fēng)結(jié)構(gòu)。采用動態(tài)通風(fēng)，利用其高熱容量的保護(hù)結(jié)構(gòu)、夜間的通風(fēng)和自然通風(fēng)組合，在夏季能夠起到有效的通風(fēng)效果，提升建筑的舒適程度[5]。

1.3.2窗墻比及圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案

建筑的“體型系數(shù)”每提升0.01，耗能量會增加2.5%左右，從本次工程案例的數(shù)據(jù)來看，工程的體型系數(shù)為0.11，小于0.4，符合二級綠色建筑的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，具體的窗墻比和初步維護(hù)方案如下：

以南向?yàn)槔?，窗面積為1"908"m2，墻面積為452㎡，窗墻比為0.42，這一比例和60"mm聚苯顆粒保溫漿料+10"mm混合砂漿+190"mm混合土單排空氣磚的維護(hù)結(jié)構(gòu)方案，能夠在傳熱系數(shù)方面取得較好的效果，從而減少能耗。

2基于BIM技術(shù)的能耗模擬分析與方案優(yōu)化

將現(xiàn)有的墻體材質(zhì)、環(huán)境條件和空調(diào)系統(tǒng)添加到BIM平臺當(dāng)中，完成設(shè)置后計(jì)算U值（其主要被用于衡量建筑材料或裝配材料熱學(xué)性能，數(shù)值越高，材料的阻熱和隔熱性能越高）、準(zhǔn)入系數(shù)物理參數(shù)。利用Ecotect軟件分析得出的詳細(xì)參數(shù)，能夠?yàn)樘囟▍^(qū)域設(shè)定熱環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋了多個(gè)關(guān)鍵因素，如空調(diào)設(shè)定的溫度、人員密度、照明功率密度、設(shè)備功率等。

如表2所示，以樓梯間、走到為例，該室內(nèi)對應(yīng)的照度值為200，空調(diào)溫度則應(yīng)設(shè)置在20～26"℃。人員密度處于10人/m2的狀態(tài)之下，照明功率達(dá)到9"W/㎡，電氣設(shè)備的功率設(shè)置為15"W/㎡。基于BIM軟件對空調(diào)參數(shù)、自然通風(fēng)、混合供暖進(jìn)行計(jì)算，了解舒適溫度區(qū)設(shè)置的上限和下限[6]?；谲浖治鼋Y(jié)果，對總能耗進(jìn)行計(jì)算。

依據(jù)表3屋面及外墻等能耗對比結(jié)果，應(yīng)將冬季的外窗傳熱系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，選擇外窗傳熱系數(shù)最低的一個(gè)方案，這樣夏季炎熱也不會通過外窗影響到室內(nèi)，冬季該結(jié)構(gòu)更有利于在室內(nèi)留足暖氣。

經(jīng)優(yōu)化評估之后，采用Ecotect軟件分析當(dāng)中的日照陰影分析和太陽軌跡分析，在設(shè)置整體建筑高度不變的情況之下，建筑距離調(diào)整為9"m，將“60"mm聚苯顆粒保溫漿料+10"mm混合砂漿+190"mm混合土單排空氣磚”的維護(hù)結(jié)構(gòu)方案（方案1）升級為“50"mm擠塑聚苯板+240"m加氣混凝土多孔磚+10"mm粉刷石膏砂漿”（方案2）或“60"mm巖棉+10"mm粉刷石膏砂漿+200"mm加氣混凝土砌磚”[7]。在這3個(gè)方案中，保溫材料從60"mm聚苯板顆粒，升級為50"mm聚苯板，傳熱系數(shù)從0.8下降為0.52、0.57。相比較于方案1，優(yōu)化之后的2個(gè)方案能耗降低20%～25%，聚苯板造價(jià)為124元/m2，而巖棉造價(jià)為71～80元/m2。因此，經(jīng)過多重對比之后，選擇方案3作為優(yōu)化后的綠色建筑方案。

3"結(jié)語

綜上所述，將BIM技術(shù)應(yīng)用于綠色建筑評估與優(yōu)化，能夠改善建筑的傳熱系數(shù)，經(jīng)過多重?cái)?shù)據(jù)比對優(yōu)選建筑方案降低總能耗和總施工成本，提升建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)的質(zhì)量，對后期的施工具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]左雨菲."BIM技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用研究[J].產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究，2024（22）：112-114.

[2]羅濤，湯惠玲，黃錦龍.基于POE理論和BIM技術(shù)的綠色建筑室內(nèi)環(huán)境后評估系統(tǒng)開發(fā)研究[J].價(jià)值工程，2022，41（20）：146-148.

[3]潘毅群，魏晉杰，梁育民，等.綠色建筑節(jié)能技術(shù)在典型公共建筑運(yùn)行中碳減排潛力評估[J]."暖通空調(diào)，2022，52（4）：83-89，131.

[4]史維軍.BIM技術(shù)在裝飾裝修工程中的應(yīng)用分析[J].居舍，2024（21）：82-85，104.

[5]林忠東.BIM技術(shù)在管綜碰撞檢測中的應(yīng)用[J].福建建設(shè)科技，2024（4）：93-95，127.

[6]潘美娟.BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].智能建筑與智慧城市，2024（7）：95-97.

[7]宋謹(jǐn)標(biāo).BIM技術(shù)在節(jié)能設(shè)計(jì)與綠色建筑評價(jià)中的應(yīng)用研究[D].鄭州：華北水利水電大學(xué)，"2022.