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

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【摘要】bim技術(shù)作為新興的建筑信息技術(shù)，通過(guò)對(duì)建筑信息模型的分析，可以有效解決建筑設(shè)計(jì)及施工中的諸多問(wèn)題。文章以綠色建筑技術(shù)作為基礎(chǔ)，詳細(xì)闡述了在綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的具體運(yùn)用。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù)；綠色建筑；節(jié)能設(shè)計(jì)

1引言

建筑行業(yè)作為能源消耗量占比較高的行業(yè)，推動(dòng)綠色建筑是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。BIM技術(shù)的出現(xiàn)，顛覆了傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)二維表現(xiàn)形式，使用三維立體數(shù)字信息模型具象化地展現(xiàn)出設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)成果，有效解決了建筑工程中的諸多問(wèn)題。將BIM技術(shù)與綠色建筑的低能耗、環(huán)保性設(shè)計(jì)理念有機(jī)融合，依托BIM技術(shù)提升綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)能力，更好地滿足項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)需求，可以將建筑業(yè)帶入新的發(fā)展階段，從而促進(jìn)建筑業(yè)的長(zhǎng)久可持續(xù)發(fā)展。

2綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的概述分析及BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)分析

要想更好地完成綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，當(dāng)?shù)丨h(huán)境和氣象條件是首要考慮的因素，同時(shí)還要充分考慮施工和運(yùn)維階段各種錯(cuò)綜復(fù)雜的條件。國(guó)內(nèi)建筑節(jié)能減排工作大多從項(xiàng)目立項(xiàng)、可研、設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)開(kāi)始，需要重點(diǎn)關(guān)注的是，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)人員必須對(duì)采光、通風(fēng)、能耗等因素進(jìn)行綜合考量和研究，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)成果，以達(dá)到預(yù)期要求[1]。BIM技術(shù)可以應(yīng)用于項(xiàng)目設(shè)計(jì)的不同階段，從最初的概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，都可以得到應(yīng)用，并解決現(xiàn)有二維設(shè)計(jì)中存在的各種弊端。同時(shí)，BIM模型還可以很好地應(yīng)用到各種綠建模擬計(jì)算中，比如室外風(fēng)環(huán)境模擬、室內(nèi)氣流組織分析、建筑采光等。BIM技術(shù)同時(shí)具備數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性，可以針對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)采取統(tǒng)一管理，方便以后的研究和探討，圖1展示了項(xiàng)目BIM模型中構(gòu)件的詳細(xì)數(shù)據(jù)信息。在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，利用其可視化、模擬性等特征，將項(xiàng)目數(shù)據(jù)以信息模型的形式展現(xiàn)，使設(shè)計(jì)人員能盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中的不足之處，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，保證方案的合理性和準(zhǔn)確性。近年來(lái)，三維立體顯示技術(shù)，如AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、VR虛擬現(xiàn)實(shí)，在BIM技術(shù)中展現(xiàn)出重要作用，可以把設(shè)計(jì)成果更加直觀地呈現(xiàn)。

3BIM技術(shù)運(yùn)用在綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的價(jià)值分析

被稱(chēng)為綠色建筑的項(xiàng)目其實(shí)就是指在建筑全生命周期內(nèi)，不僅能夠節(jié)約能源，還能夠?qū)崿F(xiàn)居住、使用的舒適性，以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境的功能。實(shí)踐已經(jīng)表明，在綠色建筑中運(yùn)用BIM技術(shù)，能夠有效地提高建筑物的節(jié)能性、功能性和舒適性，提供一個(gè)舒適的生活和工作環(huán)境，促進(jìn)人與自然和諧發(fā)展。在綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)BIM技術(shù)科學(xué)合理的運(yùn)用能夠有效提高自然資源的使用比率，降低建筑合成材料用量?；谠O(shè)計(jì)成果搭建的三維數(shù)字信息模型，讓施工方對(duì)建筑整體形成清晰的認(rèn)知，為項(xiàng)目施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著國(guó)內(nèi)建筑規(guī)模的不斷擴(kuò)大，綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)水平的提高也遇到了不小的挑戰(zhàn)。建筑工程項(xiàng)目在實(shí)際建造過(guò)程中，可以采取BIM技術(shù)展開(kāi)進(jìn)度模擬，將三維建模成果和工程進(jìn)度進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)不同階段的材料利用數(shù)量和資金流動(dòng)。通過(guò)這種模式，優(yōu)化和完善設(shè)計(jì)工作會(huì)變得更加便捷和高效，如圖2所示，通過(guò)BIM模型碰撞檢查，可以迅速定位設(shè)計(jì)問(wèn)題。相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)建筑工程項(xiàng)目的要求，針對(duì)各種各樣的數(shù)據(jù)實(shí)行科學(xué)快速的判斷和研究，便于進(jìn)一步提高項(xiàng)目設(shè)計(jì)的效率，使節(jié)能理念全方位地貫徹到建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中[2]。

4BIM技術(shù)在綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

由圖3可以看出，BIM技術(shù)在綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中總共有五個(gè)方面的運(yùn)用，下文將逐一對(duì)其進(jìn)行介紹：

4.1BIM技術(shù)在模擬采光中應(yīng)用

在日常生活中，最常見(jiàn)的采光形式就是人工采光和自然光線相結(jié)合。在綠色建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)過(guò)程中，在建筑體內(nèi)需要思考如何有效存儲(chǔ)和運(yùn)用自然光這一問(wèn)題。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)方案，能夠?qū)⑹彝獾淖匀还鈳нM(jìn)室內(nèi)，不僅可以降低能耗，還可以實(shí)現(xiàn)良好的視覺(jué)效果。為了科學(xué)運(yùn)用自然光，在項(xiàng)目前期準(zhǔn)備階段，需要針對(duì)建筑體的采光情況展開(kāi)詳細(xì)分析，能夠捕捉到建筑內(nèi)部分房間由于布局問(wèn)題帶來(lái)的采光不足或者光照太強(qiáng)的情況。這些情況和結(jié)論，都是應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行合理模擬得出的[3]。

4.2BIM技術(shù)模擬室內(nèi)外風(fēng)應(yīng)用

BIM技術(shù)模擬室內(nèi)外風(fēng)主要是針對(duì)室內(nèi)、附近區(qū)域環(huán)境實(shí)施模擬，需要充分考慮建筑外溫度的改變、風(fēng)速、風(fēng)向等多個(gè)因素。采用BIM技術(shù)，通過(guò)對(duì)建筑物室內(nèi)外風(fēng)力環(huán)境進(jìn)行模擬，可以對(duì)外部結(jié)構(gòu)以及通風(fēng)結(jié)構(gòu)的節(jié)能起到良好的調(diào)整和完善。有效減少了室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)的消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的[4]。室內(nèi)氣流組織分析如圖4所示。

4.3BIM技術(shù)在日照、朝向分析中應(yīng)用

為了有效避免來(lái)自太陽(yáng)光的直射，可在建筑物中添加玻璃幕墻。運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行綠色建筑的設(shè)計(jì)時(shí)，需要發(fā)揮降低能耗，有效減少溫室氣體的排放量的作用。1）關(guān)于日照因?yàn)榻ㄖw的位置不一樣，其所在的環(huán)境就會(huì)存在很大不同，接收到的日照輻射強(qiáng)度也不一樣。日照強(qiáng)度的高低是可以直接對(duì)建筑體室內(nèi)采暖系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷產(chǎn)生影響的。通過(guò)分析日照情況，能夠?qū)ㄖ镏苓吶照展饩€變化展開(kāi)比較，同一建筑的不同樓層日照量也不一樣，如圖5所示。此外，采用BIM技術(shù)還能結(jié)合不同時(shí)間日照量的大小及時(shí)調(diào)整方案。2）關(guān)于朝向明確適宜的建筑朝向，確保建筑投入使用后，其使用效果、舒適性可以滿足實(shí)際要求。朝向是否合理，會(huì)對(duì)建筑體內(nèi)部溫度造成一定影響，夏季溫度較高時(shí)，應(yīng)該防止室內(nèi)處于暴曬狀態(tài)。冬天溫度較低時(shí)，需要確保室內(nèi)有充足的陽(yáng)光，有助于提高室溫[5]。因此，根據(jù)區(qū)域地理位置的不同，在設(shè)計(jì)房屋的過(guò)程中，要結(jié)合當(dāng)?shù)靥厥鈪^(qū)位進(jìn)行詳細(xì)分析。

4.4BIM技術(shù)在熱工分析中的應(yīng)用

外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)在建筑節(jié)能的影響，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，對(duì)節(jié)能的設(shè)計(jì)工作具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。運(yùn)用BIM技術(shù)，以外圍結(jié)構(gòu)作為切入點(diǎn)，針對(duì)建筑節(jié)能進(jìn)行深入探索。需要充分考慮熱負(fù)荷、冷負(fù)荷等因素，正確分析室內(nèi)熱環(huán)境的實(shí)際情況。這個(gè)過(guò)程涵蓋了室內(nèi)熱源的潛熱以及室內(nèi)濕源的潛熱，必須充分結(jié)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失和空氣流通引發(fā)的熱量流失。若得到的熱量是負(fù)數(shù)，說(shuō)明已經(jīng)出現(xiàn)了散熱現(xiàn)象。當(dāng)失去的熱量總量大于得到的熱量總量時(shí)，房間內(nèi)部得到的熱總量就是負(fù)數(shù)，因此得到與失去熱量的大小是影響整個(gè)房間熱負(fù)荷的直接因素[6]。在實(shí)際操作過(guò)程中，務(wù)必要確保溫度的數(shù)據(jù)范圍維持在合適的情況下，把建筑自身特點(diǎn)、環(huán)境等方面作為主要因素去展開(kāi)談?wù)摵吞剿?，根?jù)最終結(jié)果決定設(shè)計(jì)走向。在運(yùn)用BIM進(jìn)行模擬分析的過(guò)程中，若是沒(méi)有采取制冷/采暖措施，夏天時(shí)屋里的溫度比外面的溫度低，冬天時(shí)屋里的溫度比室外高，就可以說(shuō)明外面保溫隔熱層發(fā)揮了比較好的性能。但是，在溫度特別高或者特別低的地區(qū)，屋內(nèi)的溫度和最合適的溫度還是會(huì)出現(xiàn)一定偏差。所以，需要從根本上做好保溫、隔熱的工作，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行充分的熱工分析。夏天溫度比較高的時(shí)候，太陽(yáng)的照射是影響外圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的主要因素，遇到圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性差的情況，務(wù)必要充分考慮室外綜合溫度、室內(nèi)空氣溫度的共同影響。

4.5BIM在太陽(yáng)輻射分析中應(yīng)用

太陽(yáng)輻射對(duì)大眾的生產(chǎn)和生活是非常重要的。各地的太陽(yáng)輻射情況具有很大的差異性。在運(yùn)用BIM技術(shù)時(shí)，以綠色節(jié)能作為首要因素，借助一些專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)深入分析太陽(yáng)輻射，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決[7]。對(duì)建筑物而言，太陽(yáng)輻射是一年四季都有，因此，可以對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行采集，同時(shí)還能為一些功率較小的設(shè)施提供電能，這對(duì)建筑而言，一方面可以有效降低建筑表面溫度，另一方面還可以科學(xué)合理地運(yùn)用太陽(yáng)能，為建筑內(nèi)部人員的生產(chǎn)生活提供電能。

5結(jié)語(yǔ)

在新時(shí)代的背景下，社會(huì)大眾對(duì)綠色節(jié)能技術(shù)開(kāi)發(fā)運(yùn)用的關(guān)注度越來(lái)越高。BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以采用多種軟件實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的模擬、計(jì)算，有效降低成本，提高效率，為建筑領(lǐng)域帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇，我們要在遵循綠色建筑設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，發(fā)揮節(jié)能、環(huán)保的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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作者:周琦 宋永朋 單位:青海省規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司 青海省創(chuàng)業(yè)發(fā)展孵化器有限公司