BIM技术在绿色建筑节能设计中的应用

2022-04-25周琦宋永朋

智能建筑与智慧城市 2022年4期

周琦，宋永朋

（1.青海省规划设计研究院有限公司；2.青海省创业发展孵化器有限公司）

1 引言

建筑行业作为能源消耗量占比较高的行业，推动绿色建筑是行业发展的必然趋势。BIM技术的出现，颠覆了传统的建筑设计二维表现形式，使用三维立体数字信息模型具象化地展现出设计过程和设计成果，有效解决了建筑工程中的诸多问题。将BIM技术与绿色建筑的低能耗、环保性设计理念有机融合，依托BIM技术提升绿色建筑节能设计能力，更好地满足项目的经济需求，可以将建筑业带入新的发展阶段，从而促进建筑业的长久可持续发展。

2 绿色建筑节能设计的概述分析及BIM技术的优势分析

要想更好地完成绿色建筑节能设计，当地环境和气象条件是首要考虑的因素，同时还要充分考虑施工和运维阶段各种错综复杂的条件。国内建筑节能减排工作大多从项目立项、可研、设计阶段就已经开始，需要重点关注的是，在设计过程中，相关人员必须对采光、通风、能耗等因素进行综合考量和研究，进一步优化设计成果，以达到预期要求[1]。

BIM 技术可以应用于项目设计的不同阶段，从最初的概念设计、初步设计到详细设计阶段，都可以得到应用，并解决现有二维设计中存在的各种弊端。同时，BIM 模型还可以很好地应用到各种绿建模拟计算中，比如室外风环境模拟、室内气流组织分析、建筑采光等。BIM 技术同时具备数据的关联性，可以针对各类数据采取统一管理，方便以后的研究和探讨，图1 展示了项目BIM 模型中构件的详细数据信息。在建筑节能设计中，发挥BIM技术的优势，利用其可视化、模拟性等特征，将项目数据以信息模型的形式展现，使设计人员能尽早发现设计方案中的不足之处，及时进行调整，保证方案的合理性和准确性。近年来，三维立体显示技术，如AR 增强现实、VR 虚拟现实，在BIM 技术中展现出重要作用，可以把设计成果更加直观地呈现。

图1 BIM模型构件详细信息

3 BIM 技术运用在绿色建筑节能设计中的价值分析

被称为绿色建筑的项目其实就是指在建筑全生命周期内，不仅能够节约能源，还能够实现居住、使用的舒适性，以及保护生态环境的功能。实践已经表明，在绿色建筑中运用BIM技术，能够有效地提高建筑物的节能性、功能性和舒适性，提供一个舒适的生活和工作环境，促进人与自然和谐发展。

在绿色建筑节能设计的过程中，对BIM 技术科学合理的运用能够有效提高自然资源的使用比率，降低建筑合成材料用量。基于设计成果搭建的三维数字信息模型，让施工方对建筑整体形成清晰的认知，为项目施工打下坚实的基础。

随着国内建筑规模的不断扩大，绿色建筑节能设计水平的提高也遇到了不小的挑战。建筑工程项目在实际建造过程中，可以采取BIM 技术展开进度模拟，将三维建模成果和工程进度进行有机结合，准确统计不同阶段的材料利用数量和资金流动。通过这种模式，优化和完善设计工作会变得更加便捷和高效，如图2 所示，通过BIM 模型碰撞检查，可以迅速定位设计问题。相关设计人员可以根据建筑工程项目的要求，针对各种各样的数据实行科学快速的判断和研究，便于进一步提高项目设计的效率，使节能理念全方位地贯彻到建筑设计的过程中[2]。

图2 项目BIM模型的碰撞检查

4 BIM 技术在绿色建筑节能设计中的应用分析

由图3 可以看出，BIM 技术在绿色建筑节能设计中总共有五个方面的运用，下文将逐一对其进行介绍：

图3 BIM技术在绿色建筑节能设计中的应用分析

4.1 BIM技术在模拟采光中应用

在日常生活中，最常见的采光形式就是人工采光和自然光线相结合。在绿色建筑节能的设计过程中，在建筑体内需要思考如何有效存储和运用自然光这一问题。通过合理的设计方案，能够将室外的自然光带进室内，不仅可以降低能耗，还可以实现良好的视觉效果。为了科学运用自然光，在项目前期准备阶段，需要针对建筑体的采光情况展开详细分析，能够捕捉到建筑内部分房间由于布局问题带来的采光不足或者光照太强的情况。这些情况和结论，都是应用BIM技术进行合理模拟得出的[3]。

4.2 BIM技术模拟室内外风应用

BIM 技术模拟室内外风主要是针对室内、附近区域环境实施模拟，需要充分考虑建筑外温度的改变、风速、风向等多个因素。采用BIM 技术，通过对建筑物室内外风力环境进行模拟，可以对外部结构以及通风结构的节能起到良好的调整和完善。有效减少了室内空调系统、通风系统的消耗，实现节能减排的目的[4]。室内气流组织分析如图4所示。

图4 项目7层室内风速云图模拟

4.3 BIM技术在日照、朝向分析中应用

为了有效避免来自太阳光的直射，可在建筑物中添加玻璃幕墙。运用BIM技术进行绿色建筑的设计时，需要发挥降低能耗，有效减少温室气体的排放量的作用。

1）关于日照

因为建筑体的位置不一样，其所在的环境就会存在很大不同，接收到的日照辐射强度也不一样。日照强度的高低是可以直接对建筑体室内采暖系统运行负荷产生影响的。通过分析日照情况，能够对建筑物周边日照光线变化展开比较，同一建筑的不同楼层日照量也不一样，如图5 所示。此外，采用BIM技术还能结合不同时间日照量的大小及时调整方案。

图5 项目建筑不同楼层光照模拟图

2）关于朝向

明确适宜的建筑朝向，确保建筑投入使用后，其使用效果、舒适性可以满足实际要求。朝向是否合理，会对建筑体内部温度造成一定影响，夏季温度较高时，应该防止室内处于暴晒状态。冬天温度较低时，需要确保室内有充足的阳光，有助于提高室温[5]。因此，根据区域地理位置的不同，在设计房屋的过程中，要结合当地特殊区位进行详细分析。

4.4 BIM技术在热工分析中的应用

外墙围护结构在建筑节能的影响，发挥着至关重要的作用，对节能的设计工作具有非常重要的现实意义。运用BIM技术，以外围结构作为切入点，针对建筑节能进行深入探索。需要充分考虑热负荷、冷负荷等因素，正确分析室内热环境的实际情况。这个过程涵盖了室内热源的潜热以及室内湿源的潜热，必须充分结合围护结构的热损失和空气流通引发的热量流失。若得到的热量是负数，说明已经出现了散热现象。当失去的热量总量大于得到的热量总量时，房间内部得到的热总量就是负数，因此得到与失去热量的大小是影响整个房间热负荷的直接因素[6]。在实际操作过程中，务必要确保温度的数据范围维持在合适的情况下，把建筑自身特点、环境等方面作为主要因素去展开谈论和探索，根据最终结果决定设计走向。在运用BIM 进行模拟分析的过程中，若是没有采取制冷/采暖措施，夏天时屋里的温度比外面的温度低，冬天时屋里的温度比室外高，就可以说明外面保温隔热层发挥了比较好的性能。但是，在温度特别高或者特别低的地区，屋内的温度和最合适的温度还是会出现一定偏差。所以，需要从根本上做好保温、隔热的工作，对围护结构材料进行充分的热工分析。夏天温度比较高的时候，太阳的照射是影响外围护结构发生变化的主要因素，遇到围护结构隔热性差的情况，务必要充分考虑室外综合温度、室内空气温度的共同影响。

4.5 BIM在太阳辐射分析中应用

太阳辐射对大众的生产和生活是非常重要的。各地的太阳辐射情况具有很大的差异性。在运用BIM技术时，以绿色节能作为首要因素，借助一些专业系统深入分析太阳辐射，发现问题及时解决[7]。对建筑物而言，太阳辐射是一年四季都有，因此，可以对太阳能进行采集，同时还能为一些功率较小的设施提供电能，这对建筑而言，一方面可以有效降低建筑表面温度，另一方面还可以科学合理地运用太阳能，为建筑内部人员的生产生活提供电能。