BIM技术在建筑节能设计中的应用

魏天云

（福建船政交通职业学院 道路工程系，福建 福州350007）

目前，我国每年新增建筑面积达到20亿m2以上，超过全球建筑面积的一半，成为全球建筑大国[1]。在建筑规划设计、施工过程中，以及建筑产品拆除和废弃物利用的各个环节当中，还存在严重的资源与能源浪费现象。在设计与施工阶段，主要参考目前已有的技术资料和设计方案，未能根据实际情况综合考虑建筑工程节能设计，经常发生结构设计不合理以及设计计算错误等方面的问题，需要及时进行返工处理，造成人力与资源的浪费，这是传统设计的弊端所在，主要受设计理念以及技术水平的限制。以往对建筑产品的能耗分析，不是在建筑方案设计阶段，而是在施工的整个过程，到了施工的最后阶段进行能耗分析也没意义，这是由于建筑设计方案受各种因素的制约无法变更，从而造成资源与能源的浪费。因此，必须完善传统的建筑设计方案与理念，同时将现代科技与建筑设计方案有机联系起来，倡导新型绿色建筑节能设计方案，从而实现降低建筑能耗的目的。

建筑信息模型(BIM)为建筑节能设计的协作管理提供了强大的信息支持，可以有效地降低设计与施工过程中的时间与成本，减少或避免当前建筑设计中存在的资源能源浪费，已在世界各国的建筑领域发挥了重要作用，由于自身的优势，越来越多的设计施工单位采用BIM技术，成为绿色节能建筑设计发展的新方向。

1 我国建筑节能设计现状和问题

目前，我国的建筑面积每年在不断增加，但大多数属于高能耗建筑，而绿色生态建筑可持续发展成为衡量建筑节能设计的重要指标，我国在这方面的应用实践还有相当距离。要进行建筑节能设计定量分析，首先要了解影响建筑物节能设计的关键因素，如建筑的方位、体型及围护结构形式，然后将建筑设计中的大量数据通过人工的方式输入到专业软件中，由于建筑设计师缺乏软件操作以及能耗分析的知识和经验，难以充分地利用软件对建筑能耗进行分析，造成建筑能量分析必须到施工阶段进行，但此时的分析结果反馈到设计方案，会由于种种限制因素无法变更，建筑节能设计也难以实现。由以上分析可以看出，建筑设计师缺乏能量分析的专业背景将直接影响建筑节能设计的应用和推广，造成建筑设计与能耗定量分析的脱节，这是影响我国建筑节能设计水平提高的关键制约因素。

2 BIM技术对建筑节能设计技术的影响

2.1 BIM技术对建筑节能设计方法的影响

主要体现在两个方面，一是建筑设计从传统的平面设计发展成空间设计，原先的平面设计主要是基于点、线、面等几何元素的空间集合，现代的建筑设计有效利用信息科学技术和数字化技术，改变了建筑师传统的设计理念，使建筑的空间概念不断延伸，范围也不断扩大，由原先的静态设计转为立体的动态设计[2]。另外，BIM技术将建筑工程项目从设计、施工、运维等过程重新有机整合起来，使建筑方案设计由粗放型设计转变成集成设计。因为现代建筑的功能不断增加，复杂程度也随着增加，传统的图纸信息传递已经不能满足现代建筑设计的需要，通过引入BIM技术，可以有效地应对这些问题。BIM技术将各方面信息集成到一个数据库作为共享平台，有利于信息的修改和及时更新，同时模型的修改与完善也非常方便，从而可以通过模拟将一些问题提前发现并采取合理措施。

2.2 BIM对建筑节能设计思维的影响

利用BIM技术的模拟功能，可以预先对建筑设计方案的科学性、合理性以及系统性作出评估。设计施工单位以及用户可以利用BIM技术的可视化技术，虚拟现场施工，掌握施工进度以及工程造价，确保建筑设计方案达到最优。建筑设计师可以根据BIM技术提供的大量建筑数字化信息，改变设计理念，创新设计方式。

2.3 BIM对建筑方案创作的影响

在BIM产生之前，传统的建筑设计方案主要是手工绘图，随着计算机技术的发展，出现了计算机CAD绘图，改变了传统的绘图方式，极大地提高了绘图效率。数字化信息化时代的来临，BIM技术应运而生，其三维建筑设计理念的优越性不断得到认可，逐渐取代了传统的二维设计，建筑师可以将更多精力集中到建筑设计本身，使传统的空间排列组合转化为非线性参数化设计。

3 BIM技术对建筑节能设计的价值

BIM技术在建筑节能设计中具有非常高的应用价值，主要体现在以下三个方面[3]：一是进行碰撞检查。当一些建筑工程方案较为复杂，建筑师和工程师进行节能设计时，很难从二维蓝图中发现冲突问题，等到实际施工阶段，发生碰撞问题而不符合要求，需要进行返工处理，重新进行建筑节能设计，造成材料损耗，影响机械台班，出现窝工现象。若能应用BIM技术进行节能方面的设计，可以利用BIM技术的碰撞模拟功能，提前发现建筑方案中的碰撞问题，及时采取合理的应对措施，优化建筑设计方案，避免由于碰撞造成的损失。二是进行精确施工和计划。传统制作项目施工计划时，主要采用手工进行预算，不可避免地存在计算准确性低，难以对相关的资源作出合理规划，造成资源与能源的极大损失。若采用BIM技术进行建筑节能设计时，则可精确地制定计划和控制施工进度与成本，最大限度的节约资源。通过模拟虚拟施工过程，准确地分析出设备的运行状态和资源的利用情况，从而减少资源的浪费。三是协同提升效率。有些情况由于建筑工程项目非常复杂，临时组建建筑项目团队，极大地影响建设工期，造成损失。而采用BIM技术，不但可以共享大量的建筑资源信息，获得准确的有用数据，而且利用BIM技术直接进行建筑节能设计与计算，可避免设计人员的重复建模，提高设计效率，同时，BIM技术提供完整的项目设计内容、施工计划组织等信息，保证项目各阶段运行协调，缩短项目从设计、施工到竣工的时间。

4 应用模糊评价法评价BIM技术的优势

建筑节能设计未实施BIM技术之前，项目设计阶段多方参与，沟通与协调之间存在很大问题，前期规划设计与后期施工出现偏差，施工过程主要通过安排大量的技术人员到现场监控施工过程，对于现场信息的收集与反馈通常采用手抄的方式记录施工过程并采用人工的方式传递相关信息，因此，现场信息的收集与传递速度慢，而且需要大量的人力与物力，造成施工过程的监控成本提高。为了合理评估BIM技术在建筑节能设计中的应用效果，将信息共享性、集成设计性以及工程师评语作为主要衡量指标，采用模糊数学分析法，将信息共享性、集成设计性以及工程师评语等指标边界不清、不易定量的因素定量化，对建筑节能设计应用BIM技术情况进行综合评价分析，从而确定应用BIM技术的重要性。选择建筑节能设计应用BIM技术之前和应用BIM技术之后两种情况做为研究对象，应用模糊综合评价法进行分析[4-5]。

（1）确定建筑节能设计应用BIM情况的评价因素集：以信息共享性、集成设计性以及工程师评语为3个主要的考虑因素，即U={信息共享性、集成设计性、工程师评语}。

（2）确定因素的评价矩阵：按照建筑节能设计应用BIM情况评价因素集，通过4位专家对其应用情况进行评价。

（3）确定评价集：将建筑节能设计过程的评价等级划分为优、良、中、差4个等级。

实施BIM之前的评价矩阵为：

实施BIM之后的评价矩阵为：

（4）确定评价因素间的权重：按照信息共享性、集成设计性以及工程师评语3个方面的因素在建筑节能设计过程中的重要程度，采用不同权重：

A={信息共享性，集成设计性，工程师评语}={0.35，0.35，0.3}

（5）模糊综合评价分析：针对以上分析的两种情况，按照B=AR，表1是建筑节能设计实施BIM技术前后最终模糊综合评价结果。

表1 建筑节能设计实施BIM前后模糊综合评价结果Table 1 Building energy efficiency design fuzzy comprehensive evaluation results before and after the implementation of BIM

由表1可知，建筑节能设计实施BIM技术之后的评价良好以上的达到77.5%，说明其占有绝对优势，这是因为建筑节能设计采用BIM技术之后，通过将BIM的API接口与建筑节能设计、分析软件进行动态链接，使建筑节能项目的前期策划、材料设备、施工管理、运行维护等数据有机地集成在一起，实现了数据的统一性、完整性和一致性，有效地解决了建筑节能设计过程中的信息共享性差的问题，采用BIM技术可以对建筑节能设计进行柔性管理，因此建筑节能设计过程中必须大力推广BIM技术的应用。

5 BIM技术在建筑节能设计中的应用

BIM技术在建筑节能设计中的应用，主要是将计算机技术、信息化技术以及数字化技术与建筑设计完美结合，有助于建筑设计师做出合理的分析与判断，深入的研究建筑节能设计环节，设计出符合节能要求的各类建筑，尽可能地降低能源的消耗，节约资源，做到绿色建筑节能设计。

5.1 建立建筑模型

应用BIM技术，建筑设计师在节能设计环节可以设计节能建筑模型，通过BIM技术的可视化功能可以直观地观察方案设计的细节，以便及时对方案作出调整和优化。节能建筑模型的创建方法主要有三种，第一种是采用交互智能转换法创建节能建筑模型，第二种是根据建筑工程师提供的建筑模型信息来创建节能建筑模型，第三种是采用智能交互法创建节能建筑模型[6]。这些节能建筑模型均是基于正确使用BIM技术的基础上实现的，为节能建筑的设计提供了强有力的技术支撑。

5.2 建筑节能设计数据计算

应用BIM技术进行节能建筑模型设计，建筑设计师可以从中获得大量的建筑信息资源，即只要将建筑模型导入到相关分析软件，通过简单操作就可获取相应的数据分析结果[7]。这种简单便捷的获取信息数据的手段，可以让建筑设计工程师腾出更多的时间和精力用于节能建筑设计的环节中。目前，BIM技术与GBS技术结合起来应用于建筑节能设计，利用建筑信息生成热模型，通过相关的分析软件，简化建筑能量分析过程，缩短设计时间，并结合当地的法律法规设定建筑类型。

6 结论

科学合理的建筑节能设计可以有效地节约能源，避免过大的能源消耗。我国已将建筑节能设计作为建筑设计的一个重要内容。通过BIM技术，将建筑工程的全部信息转化为虚拟的数字化建筑模型，借助相关的能量分析软件，可以快速获得能量分析结果，实现从建筑设计到工程竣工的全方位检测分析，从而及时调整设计方案，优化建筑节能设计，提升建筑节能设计的效率。

[1]周文倩,田文涛,宋鹏飞,等.BIM技术在建筑节能领域的应用[J].河南科技,2015（3）:80-82.

[2]高鹏.探析建筑节能设计中BIM技术的应用[J].江西建材,2016（6）:66-67.

[3]马晓云.BIM技术在建筑节能设计中的应用管窥[J].节能环保,2015（5）:263.

[4]魏天云.应用模糊综合评价法优选住宅供水方式[J].安阳工学院学报,2017,16(2):39-41,53.

[5]刘晓东,田林,高子钰.BIM对建筑工程施工技术影响研究[J].哈尔滨理工大学学报,2015,20(3):117-120.

[6]刘亚南.BIM技术应用于建筑节能设计的探讨[J].建筑节能,2015（3）:39-40.

[7]潘毅群.实用建筑能耗模拟手册[M].北京:中国建筑工业出版社，2013：9.