基于BIM技术在建筑能耗模拟方面的相关运用

文/周昊 毛明慧 刘钒

1 传统能耗模拟分析存在的缺陷

传统的能耗模拟分析存在的缺陷主要体现在三个方面：

（1）只能在建筑设计方案生成后进行能耗模拟分析；

（2）模拟分析工具的选取有限；

（3）最终模拟结果与现实情况之间存在较大的误差。

造成建筑能耗偏大的主要原因之一就是没有在方案设计前进行合理准确的模拟分析，这一点从前文概述的空调的耗能问题可见一斑。建筑能耗模拟的设计具有优越性，但这在传统能耗模拟分析中难以体现。因为传统能耗模拟的分析一般发生在施工前期，如若模拟结果显示能源消耗巨大，那之前的设计方案就要进行大幅的修改，另外二次施工的过程也是相当繁复。并且传统的能耗模拟分析没有适用于设计方案阶段的分析软件，无法做到通过数字化信息进行真实信息的模拟和对现实的建筑行为的预测。BIM技术的出现，不仅有效解决了上述传统能耗分析的问题，还优化了设计方案和施工的效率。

2 BIM技术的基本特征

BIM的全称是Building Information Modeling,普遍把它翻译为建筑信息模型或信息管理。简单来说就是利用建筑工程中的相关数据信息作为基础，一项基于3D模式的运行软件，能够辅助建筑设计，通过对数字信息的模拟结果演示出建筑工程本身的真实信息。达到信息数字化、远程监工、数据全方位分析、建筑实施管理等目的。BIM技术在现阶段，是很多大型建筑企业首选的工程设计工具。因为它不仅仅能够对数字化的信息进行提取，还能对数据进行适当的应用。在建筑工程的整个周期中，BIM技术可以将建筑物的信息模型与管理模型进行匹配，并通过参数规则对信息进行调整，这使得建筑信息模型可以在一定范围内预测在实际建筑过程中可能发生的建筑行为，从而提高设计阶段的工作效率，降低施工阶段的工作风险。BIM技术的基本特征主要包括以下几点：

2.1 可视化

可视化即“所见所得”。对整个建筑行业来说，建筑行为的发生与BIM技术的可视化有着直接联系，它直接反应了建筑设计初期所存在的基本问题。

2.2 BIM技术的模拟性

与传统建模设不同的是，BIM技术不仅能设计出建筑物的基础模型，还能对施工现场可能发生的诸多意外情况进行模拟操作。

2.3 优化性

建筑设计本身就是一个不断改进和优化的过程，由BIM技术衍生出的各种优化工具也能基本解决复杂项目的简化，时运行更加迅速。

2.4 协调性

在建筑工作中，一旦建筑项目的一个环节出现问题，就需要将建筑设计的相关参与人员召集起来，进行协调沟通，找到问题源头，并将已发生事故的风险降到最低，想办法进行补救。协调性作为BIM技术中的重要内容，可以通过信息共享有效协调各参与方的设计方案，找到问题的最优解。

2.5 BIM技术的可出图性

可出图性并不是建筑初期常见的一张图纸，而是在可视化、模拟行、优化行、协调性的基础上，为业主提供综合且系统的图纸。BIM技术的基本特征，在建筑设计的不同方向发挥着不同的作用，它将一个建筑工程的诸多参与方通过同一个平台进行信息共享和模型设计，更加有利于建筑的初期开展和后续问题处理。

3 BIM技术在建筑能耗模拟设计中的运用

BIM技术在建筑能耗模拟方面的应用只是BIM技术在整个建筑周期中的一部分，对整个建筑项目来说，BIM建模包含了建筑所需要的全部信息，这样专业设计人员在方案设计阶段就能对建筑整体进行更加全面的性能分析。例如：建筑负荷的选定、采光和通风问题等。这在一定程度上，提高了节能设计的效率，将模拟结果灵活运用在施工阶段，发挥了BIM技术的优势，促进了我国高效节能的发展。

3.1 运用在建构设计方面

BIM技术在建筑能耗模拟设计中的运用首先体现在建构设计方面，其通过参数自动化和模型集成化可以实现在设计环节的基本建构功能。

基于BIM技术的参数自动化主要表现在两个方面：

（1）利用设计的参数对数据库进行读取与存储，并实时更新数据，达到反馈的效果，使得后续工作的发展有具体的方向，有利于技术人员高效解决参数不匹配的问题。

（2）在新形成的建构模型中也能自动转换成与之匹配的参数，并可以与原有的设计体系完美整合，形成互补的参数原则，使得节能建模设计与实际施工之间形成紧密联系。

模型集成化：

参数的自动化在一定程度上影响了设计的内部集成模型，因为在能耗模拟中，BIM技术可以根据不同的参数规则形成最优的集成模型，使每个单元的信息更加准确具体。再者，在建构设计时，BIM技术通过数字化信息的处理，可以对建构系统进行全面系统的评价，这些数据都将作为参考，规避设计人员的简单人为失误，对内部模型的集成形成有利条件。其对同类数据模型的分析和组合，也能在一定程度上，提高技术人员的工作效率。

3.2 运用于建筑结构与场地分析

建筑节能模拟设计的可行性不仅仅取决于建筑工程项目本身，还与建筑工程所处的地段有着很大关联。场地的地质、水质、居民和交通情况等都会给能耗模拟设计产生一定程度上的影响。而BIM技术可以做到与地域信息系统相结合，对建筑工程所选择的场地进行实际模拟，并会生成虚拟的环境，在此构建符合工程量的模型。这样不仅能够全方位分析出建筑场地的优势和劣势，帮助选择最优的建设地点，还能使建筑结构与所处环境彼此适应，从而使建筑的整体效果达到最佳，保证了设计的合理性与可操作性。

3.3 运用于建筑结构性能分析

建筑的能耗模拟并不是把各个部分的能源消耗提取出来一一排列，而是将每个部分的信息等进行有机组合，整合为一部分。建筑能耗模拟的目的无外是节能，BIM技术对建筑性能分析的运用，既能达到节能，也能使建筑的最终整体效果合理美观，且其稳定性和抗震性等都符合建筑的对应标准。传统的性能分析，需要投入大量的人力、物力，花费时间去演算各种公式，才能得出分析结果，且分析结果与实际结果存在一定误差，会对建筑结构性能的良好带来一定影响。反观基于BIM技术的设计模拟，只需将构建出的模型信息利用性能分析软件进行导入和演示，便可迅速精准地获得分析结果，技术人员也可根据分析数据进行建筑结构性能的改善和升级，进而减少能耗模拟的工作量。

4 运用BIM技术所存在的问题

4.1 缺乏标准体系

在建筑能耗模拟中运用BIM技术的手段目前还处于探索阶段，各个国家及地区还没有与之对应的具体行业规范，设计项目的标准体系和执行政策还处于调研或协商的环节。BIM技术的信息化和集成管理化，急需行业建立标准规范的体系，以降低风险。

4.2 BIM成本相对较高

利用BIM技术进行建筑能耗模拟需要高昂的资金运转，而且对技术人员的专业性要求和设备的硬性需求较高，因而还需要把一定的资金投入到人员培训和设备购买上，并且要对设计软件不断优化更新。

值得一提的是BIM的存档问题造成许多企业的困扰，要想根本解决这个问题，就要更新相关硬件的配置。BIM技术在现阶段来说，需要投入的成本较高，一些发展中或刚起步的企业很难直接引入。

4.3 软件更新迅速带来的技术问题

随着经济发展和建筑能耗模拟问题的不断攻克，BIM技术或将迎来巅峰期，而科技的发展，网络技术的更迭，对于设计软件本身而言，肯定会存在一定缺陷。软件开发与实际不适用，模拟结果的误差，以及在技术经验上的要求等。目前BIM技术的运用跟不上日益增长的市场需求，要突破这些技术问题，仍需不断尝试和探索。

4.4 市场竞争愈演愈烈

整个建筑行业，因BIM技术的推广逐渐变得透明，其降低生产成本和减少浪费的优势，从另一个角度来看，也影响了相关企业的利润，甚至会影响整个行业的利益。没有引入BIM技术或对BIM技术运用还停留在表面的企业，在激烈的市场竞争中将被淘汰。BIM技术或将作为企业发展的必要条件，成为参与市场竞争的一条铁则。

5 结束语

BIM技术是以信息参数为基础建构的设计体系，具有较完善的共享机制和较强的协调性，为建筑工程设计和阶段性施工提供信息模型，使施工的各个参与方内部一致，进而降低建筑的生产成本，是建筑设计乃至整个建筑业未来的主要发展方向之一。综上所述，建筑的结构设计之所以越发重要，是因为现阶段我国的建筑数量不断增多，其所带来的能源消耗巨大，因此进行科学的能耗模拟设计，不仅能节能和减少浪费，还能够保障国家和人民的利益及人身安全。尽管现阶段的BIM的技术运用仍有许多问题有待解决，但立足于长远发展的角度来看BIM技术的发展将超过电脑对建筑行业的影响，其逐渐完善的标准体系将为建筑设计提供坚实的理论基础，为建筑设计的应用和相关技术的推广贡献力量。