基于BIM技術(shù)在綠色建筑節(jié)能設(shè)計中的應用

彭奇佳

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BIM，全稱為建筑信息模型（BuildingInformationModeling），是一種集成數(shù)字技術(shù)、建筑工程和管理的方法，旨在提高建筑和基礎(chǔ)設(shè)施項目的效率、質(zhì)量和可持續(xù)性。BIM技術(shù)是一種數(shù)字化建筑和工程方法，它將項目的所有信息和數(shù)據(jù)整合到一個三維模型中。這個模型不僅包括建筑的幾何形狀，還包括建筑元素的屬性、材料、成本、進度、施工過程等各種信息。BIM模型是一個動態(tài)的、可視化的工具，可用于設(shè)計、建造、運營和維護建筑和基礎(chǔ)設(shè)施。BIM技術(shù)的關(guān)鍵特點和優(yōu)勢包括：協(xié)同性：多個團隊成員可以同時訪問和編輯BIM模型，促進了實時協(xié)作和信息共享。精確性：BIM模型提供了高度精確的建筑信息，減少了錯誤和沖突，提高了設(shè)計和施工的質(zhì)量[1]?？梢暬築IM模型可以為項目提供三維可視化，幫助各方更好地理解設(shè)計意圖。模擬和分析：BIM可以用于模擬建筑性能、可持續(xù)性評估、成本估算和時間計劃等方面的分析。數(shù)據(jù)驅(qū)動：BIM模型存儲大量的建筑數(shù)據(jù)，可用于決策支持和項目管理。生命周期管理：BIM不僅用于設(shè)計和建造階段，還可以用于建筑和基礎(chǔ)設(shè)施的運營和維護。BIM技術(shù)在建筑和工程領(lǐng)域已經(jīng)取得了顯著的發(fā)展和應用，但其采用程度在不同國家和地區(qū)有所不同。以下是BIM技術(shù)的一些當前現(xiàn)狀：全球采用：BIM技術(shù)在全球范圍內(nèi)得到廣泛采用，許多國家和地區(qū)已經(jīng)制定了BIM采用政策和標準。

1 BIM技術(shù)概念、特點與價值

1.1 BIM技術(shù)概念

BIM（BuildingInformationModeling）技術(shù)是一種數(shù)字化建筑和工程方法，其核心概念是將建筑項目的所有信息整合到一個三維模型中。這個模型不僅包括建筑的幾何形狀，還包括建筑元素的屬性、材料、成本、進度、施工過程等各種信息。BIM技術(shù)的目標是創(chuàng)建一個動態(tài)的、可視化的模型，以更好地協(xié)調(diào)和管理項目的各個階段，從設(shè)計和施工到運營和維護。BIM技術(shù)將傳統(tǒng)的二維平面圖紙升級為可交互的三維模型，為建筑和基礎(chǔ)設(shè)施項目提供了更全面的信息。

1.2 BIM技術(shù)特點

BIM技術(shù)具有以下顯著特點：協(xié)同性與實時協(xié)作：多個項目團隊成員可以同時訪問和編輯BIM模型，促進了實時協(xié)作和信息共享，減少了沖突和錯誤。精確性和準確性：BIM模型提供高度精確的建筑信息，可用于優(yōu)化設(shè)計和施工過程，減少了成本和時間浪費?？梢暬築IM模型為項目提供三維可視化，幫助各方更好地理解設(shè)計意圖，做出更明智的決策[2]。模擬和分析：BIM可用于模擬建筑性能、可持續(xù)性評估、成本估算、時間計劃等多種分析，有助于項目優(yōu)化。數(shù)據(jù)驅(qū)動：BIM模型存儲大量的建筑數(shù)據(jù)，可用于決策支持、運營和維護，提高了建筑的生命周期管理。互操作性：BIM技術(shù)允許不同軟件和工具之間的互操作，促進了數(shù)據(jù)流暢和協(xié)同工作。

1.3 BIM技術(shù)應用價值

BIM技術(shù)為建筑和工程領(lǐng)域帶來了重要的應用價值：提高效率：BIM減少了設(shè)計和施工階段的錯誤和沖突，縮短了項目交付時間，降低了成本。提高質(zhì)量：通過精確的模型和實時協(xié)作，BIM有助于提高建筑質(zhì)量，減少了重新工作的需求。支持可持續(xù)性：BIM可用于模擬可持續(xù)性方案，如能源效率改進和環(huán)保設(shè)計，有助于降低資源消耗和碳足跡。改善決策：可視化的BIM模型幫助項目干系人更好地理解和參與項目[3]，做出更明智的決策。優(yōu)化運營和維護：BIM數(shù)據(jù)可在建筑運營和維護階段使用，提高了設(shè)施管理的效率和可靠性。支持項目管理：BIM技術(shù)有助于項目進度和成本管理，降低了項目風險。

2 綠色建筑節(jié)能設(shè)計過程中應用BIM技術(shù)應遵循的原則

2.1 全面落實因地制宜原則

“因地制宜”是指根據(jù)特定地理位置和環(huán)境條件來定制建筑和工程設(shè)計。在應用BIM技術(shù)進行綠色建筑節(jié)能設(shè)計時，全面落實因地制宜原則包括以下方面：地理信息集成：BIM模型應該包含與項目地理位置相關(guān)的信息，如氣候數(shù)據(jù)、太陽路徑、降水量等，以便更好地理解當?shù)氐沫h(huán)境特點。材料選擇：BIM可以用于評估不同材料在特定地區(qū)的適用性和可持續(xù)性。根據(jù)當?shù)刭Y源和氣候條件，選擇合適的建筑材料[4]。能源模擬：BIM可以用于模擬建筑在不同季節(jié)和氣候條件下的能源消耗，以優(yōu)化節(jié)能設(shè)計策略。自然資源利用：根據(jù)當?shù)氐目稍偕茉春退Y源可用性，BIM可以幫助設(shè)計師優(yōu)化能源和水資源的利用。因地制宜原則的全面落實有助于確保綠色建筑設(shè)計與當?shù)丨h(huán)境和資源的充分融合，最大程度地降低對自然環(huán)境的不良影響。

2.2 全面落實規(guī)范化原則

規(guī)范化原則意味著在設(shè)計過程中要遵循行業(yè)標準和最佳實踐，以確保建筑項目的質(zhì)量和可持續(xù)性。在應用BIM技術(shù)進行綠色建筑節(jié)能設(shè)計時，全面落實規(guī)范化原則包括以下方面：標準合規(guī)：BIM模型應符合相關(guān)建筑和環(huán)境規(guī)范，包括能源效率標準、建筑法規(guī)、綠建認證要求等。最佳實踐：借助BIM，設(shè)計團隊可以集成最佳實踐，如passivhaus原則、生態(tài)友好的建筑材料選擇等，以實現(xiàn)更高的能效和環(huán)境可持續(xù)性。模型標準化：確保BIM模型的標準化，以便各個項目團隊成員之間的協(xié)作和信息交換更加高效。模擬和評估：BIM可以用于模擬不同節(jié)能設(shè)計策略的效果，以確定最優(yōu)方案并滿足規(guī)范要求。

3 綠色建筑節(jié)能設(shè)計中BIM技術(shù)的具體應用

3.1 節(jié)能設(shè)計前的準備工作

在進行綠色建筑節(jié)能設(shè)計之前，BIM可以用于以下準備工作：數(shù)據(jù)收集與分析：收集項目地點的氣象數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)和現(xiàn)有建筑信息，并將其整合到BIM模型中，以便進行分析和模擬?？沙掷m(xù)性目標設(shè)定：在BIM中定義綠色建筑的可持續(xù)性目標，例如節(jié)能目標、碳排放目標和綠建認證要求。規(guī)范與標準遵守：確保BIM模型符合適用的節(jié)能設(shè)計規(guī)范和標準，以滿足法規(guī)要求。協(xié)作平臺建立：創(chuàng)建BIM協(xié)作平臺，使項目團隊能夠?qū)崟r協(xié)作和分享信息。

3.2 節(jié)能設(shè)計方案

3.2.1 BIM技術(shù)在綠色建筑外墻保溫設(shè)計中的應用

在綠色建筑外墻保溫設(shè)計中，BIM技術(shù)的應用可以通過設(shè)計模擬、檢測和計算等方法，提高建筑材料的使用效率，確保建筑具有出色的保溫性能。在計算外墻荷載時，需要對以往外墻保溫設(shè)計的不足之處進行優(yōu)化，然后利用BIM技術(shù)全面分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，收集和儲存外墻保溫相關(guān)數(shù)據(jù)[5]。獲得外墻保溫熱橋計算結(jié)果后，可以確保綠色建筑的節(jié)能設(shè)計達到標準要求。值得關(guān)注的是與室外自然溫度的協(xié)調(diào)，以確保獲得卓越的保溫效果。同時，這種方法還有助于有效控制綠色建筑外墻的施工成本，提高自然溫度的利用效率。

3.2.2 BIM技術(shù)在綠色建筑照明設(shè)計中的應用

在綠色建筑節(jié)能設(shè)計中，人們通常采用自然采光和人工照明兩種方式。在實施綠色建筑節(jié)能設(shè)計時，首要任務是綜合考慮建筑內(nèi)部自然光的應用和儲存等因素。通過科學的設(shè)計方案，可以有效地利用自然光，保證室內(nèi)照明效果，減少能源使用，并為建筑使用者創(chuàng)造出色的視覺體驗。在將自然光應用于綠色建筑之前，需要在前期工作中考慮建筑內(nèi)部的自然光條件，并對室內(nèi)布局進行合理規(guī)劃。借助BIM技術(shù)，可以解決建筑內(nèi)部光照不足或過強等問題，以確保綠色建筑的照明設(shè)計達到預期的效果。

3.2.3 BIM技術(shù)在綠色建筑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用

綠色建筑的圍護結(jié)構(gòu)包括外墻、屋頂、門窗等部分，因此，在設(shè)計圍護結(jié)構(gòu)時，需要充分考慮外墻設(shè)計、擠塑板設(shè)計等相關(guān)方面。為了進一步提高圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的效果，可以充分利用BIM技術(shù)進行外墻保溫磚和外保溫層的荷載計算。通過BIM技術(shù)精確計算建筑圍護結(jié)構(gòu)的荷載分布，可以保證各構(gòu)件的分布效果和建筑圍護結(jié)構(gòu)的支撐效果。此外，為避免建筑圍護結(jié)構(gòu)出現(xiàn)冷橋問題，可利用BIM技術(shù)進行冷橋計算，并優(yōu)化綠色建筑節(jié)能設(shè)計方案，以保證建筑圍護結(jié)構(gòu)的保溫效果。

3.2.4 BIM技術(shù)在綠色建筑通風設(shè)計中的應用

在綠色建筑通風設(shè)計過程中，可以借助BIM技術(shù)對室內(nèi)環(huán)境和周邊環(huán)境進行模擬，并對綠色建筑的風速、風向和溫度等方面進行優(yōu)化。通過BIM技術(shù)進行通風模式設(shè)計后，可以調(diào)整綠色建筑項目的外部結(jié)構(gòu)和通風結(jié)構(gòu)，減少采暖、通風和空調(diào)系統(tǒng)的使用，從而降低能源消耗，實現(xiàn)綠色建筑的節(jié)能目標。

3.2.5 BIM技術(shù)在綠色建筑日照及朝向設(shè)計中的應用

在綠色建筑節(jié)能設(shè)計中，為了提高陽光的利用效率，通常采用玻璃幕墻等設(shè)計。在采用BIM技術(shù)進行綠色建筑節(jié)能設(shè)計時，需要嚴格控制能源消耗和室內(nèi)氣體排放，同時控制室內(nèi)外溫度差。首先，在日照設(shè)計方面，不同建筑物的建設(shè)位置存在不同的太陽輻射強度，這與室內(nèi)溫度和采暖系統(tǒng)運行直接相關(guān)。因此，必須利用BIM技術(shù)分析周邊建筑物的日照條件和光線變化，以滿足建筑物的日照需求。此外，設(shè)計方案中的日照時間和日照量也可以通過BIM技術(shù)進行調(diào)整。其次，根據(jù)建筑物的朝向確定建筑物的朝向，以保證建筑物的使用效果，提高室內(nèi)舒適度。

3.2.6 BIM技術(shù)在綠色建筑熱工設(shè)計中的應用

外墻維護結(jié)構(gòu)在綠色建筑中起著關(guān)鍵作用，可以更好地體現(xiàn)綠色建筑節(jié)能設(shè)計的優(yōu)勢。將BIM技術(shù)應用于外圍結(jié)構(gòu)設(shè)計可以作為節(jié)能設(shè)計的切入點，并確保綠色建筑節(jié)能設(shè)計的效果[6]。在進行綠色建筑節(jié)能設(shè)計時，需要考慮建筑物的冷負荷和熱負荷因素，并獲得準確的室內(nèi)熱環(huán)境數(shù)據(jù)。室內(nèi)熱環(huán)境數(shù)據(jù)包括室內(nèi)熱源和室內(nèi)濕氣源，要確保外圍結(jié)構(gòu)的空氣流動效果并減少熱損失。建筑物的熱量為負數(shù)表示熱量已損失。當損失的熱量超過獲得的熱量時，建筑物房間內(nèi)的總熱量顯示為負數(shù)?？梢钥闯?，損失的熱量與獲得的熱量與建筑房間的熱負荷有直接關(guān)系。在具體設(shè)計過程中，建筑物的保溫系數(shù)必須控制在規(guī)定范圍內(nèi)，并與綠色建筑特性、周邊環(huán)境等因素相結(jié)合，以確保設(shè)計效果滿足要求。在使用BIM技術(shù)構(gòu)建建筑節(jié)能設(shè)計模型時，如果不采取制冷和供暖措施，夏季室內(nèi)溫度低于室外溫度，而冬季室內(nèi)溫度高于室外溫度。這表明外部保溫隔熱層的作用。

4 綠色建筑節(jié)能設(shè)計中應用BIM技術(shù)發(fā)展方向

綠色建筑節(jié)能設(shè)計中應用BIM技術(shù)的發(fā)展方向涵蓋了一系列創(chuàng)新和改進，以滿足不斷增長的可持續(xù)性和效率要求。以下是在這一領(lǐng)域的BIM技術(shù)發(fā)展方向：1.整合更多可持續(xù)性參數(shù)：未來的BIM應用將更多地整合可持續(xù)性參數(shù)，如碳足跡、水資源管理、廢物管理和空氣質(zhì)量。這將有助于建筑設(shè)計更全面地考慮可持續(xù)性因素。2.增強實時模擬和分析：BIM將進一步發(fā)展，以支持更高級的實時模擬和分析，包括更復雜的能源模擬、日照分析、空氣流動分析等。這有助于設(shè)計師更好地了解設(shè)計決策的影響。3.智能建筑和自動化：BIM技術(shù)將與人工智能（AI）和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）集成，使建筑能夠自動調(diào)整能源使用、優(yōu)化照明和通風系統(tǒng)，并提高建筑的運營效率。4.增強協(xié)作和云集成：BIM將繼續(xù)提高協(xié)作性能，允許多個項目團隊成員從不同地點實時協(xié)作。云集成將使數(shù)據(jù)共享更加高效。5.建筑材料和資源優(yōu)化：BIM將幫助設(shè)計師更好地選擇可持續(xù)的建筑材料，考慮材料的生命周期分析、回收再利用和資源優(yōu)化。

5 結(jié)論

綠色建筑是應對氣候變化和可持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)的關(guān)鍵領(lǐng)域之一，而BIM技術(shù)（建筑信息建模）在綠色建筑節(jié)能設(shè)計中發(fā)揮著越來越重要的作用。外墻保溫設(shè)計：BIM技術(shù)通過設(shè)計模擬和計算，提高了建筑材料的使用效率，并確保了建筑的保溫性能。它優(yōu)化了外墻荷載的計算，使綠色建筑的節(jié)能設(shè)計符合標準，同時降低了外墻施工成本。照明設(shè)計：BIM技術(shù)在綠色建筑的照明設(shè)計中有助于合理利用自然光，降低能源消耗，提供良好的室內(nèi)照明效果。它還可以解決室內(nèi)光照不足或過度的問題，確保照明設(shè)計達到預期效果。圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計：BIM技術(shù)用于圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括外墻、屋頂、門窗等，通過荷載計算和冷橋分析，確保建筑圍護結(jié)構(gòu)的支撐效果和保溫效果，提高了整體節(jié)能性能。通風設(shè)計：BIM技術(shù)在通風設(shè)計中模擬室內(nèi)外環(huán)境，優(yōu)化風速、風向和溫度，從而降低采暖、通風和空調(diào)系統(tǒng)的使用，減少能源消耗，實現(xiàn)節(jié)能目標。日照和朝向設(shè)計：BIM技術(shù)幫助優(yōu)化建筑的日照條件和朝向，以提高陽光利用效率。通過分析太陽輻射和建筑朝向，確保建筑物滿足日常需求，同時控制室內(nèi)外溫差，提供舒適的室內(nèi)環(huán)境。熱工設(shè)計：BIM技術(shù)用于外墻維護結(jié)構(gòu)的熱工分析，確保建筑的保溫效果。它考慮了冷負荷和熱負荷因素，控制了建筑的熱損失，使設(shè)計滿足要求。