BIM技术在绿色建筑节能设计中的应用研究

2023-02-24焦丽丽

科技创新与应用 2023年4期

焦丽丽

（云南经济管理学院，昆明 650106）

建筑行业是促进我国社会经济水平不断增长的支柱性产业之一，同时也是能源消耗量占比较高的行业之一，因此在建筑行业中推行绿色建筑也就成了促进建筑行业发展的必经之路。BIM技术是近几年来被应用于建筑行业中的一种新兴的建筑信息技术，这种技术的出现在很大程度上直接改变了传统的建筑设计中图像的二维表现形式，然后将各种图像信息通过一种三维立体数字信息的模型进行了展现，建筑工程的设计过程及设计成果也都更加直观，较好地解决了建筑设计及建设施工过程中的一些隐蔽性问题。BIM技术在建筑工程中的应用，设计人员将其与绿色建筑环保性设计理念、低耗能等理念进行了有机的融合，一方面提高了绿色建筑阶段设计的水平，另一方面还使得绿色建筑间的设计结果与建筑工程项目的经济需求相符合，为我国建筑行业的发展提供了更加广阔的平台。

1 绿色建筑节能设计

建筑工程项目在设计的过程中，要想进一步实现绿色节能的设计效果，设计人员首先要对建筑工程所处区域环境、气象条件等进行深入的分析，与此同时还要对建筑工程施工中可能会遇到的一些问题及运维过程中可能会发生的一些问题进行全面的分析。我国在绿色建筑节能设计方面，以建筑节能减排为方向，要求建筑设计人员重点关注了建筑的采光、能耗和通风等多个方面的因素，对其进行综合性的分析和考量后，对绿色建筑节能设计方案进行了不断的优化，保证绿色建筑节能设计的效果与预期要求相一致。

2 BIM技术

BIM技术在绿色建筑节能设计中的应用取得了较好的效果，设计人员结合建筑项目的具体情况将BIM技术应用在了绿色建筑节能设计中的不同阶段，比如首先在最初的概念设计阶段，就融入了BIM技术，一直到初步设计阶段及详细设计阶段，BIM技术均发挥出了较好的效果，这种新型技术的应用较好地解决了绿色建筑节能设计中二维设计方式引发的各种弊端。与此同时，通过应用BIM模型，设计人员还能够对绿色建筑的室外风环境、室内气流组织分析及建筑的采光情况等进行模拟。由于在应用的过程中，BIM技术有着较强的关联性，其能够针对各类数据进行统一的采取和管理，为施工过程中的研究及探讨提供可靠的指导依据。一般情况下，项目BIM模型中就包括各个构件的详细数据信息（图1）。将BIM技术应用于绿色建筑节能设计中，其优势得到了充分的发挥，比如BIM技术具备模拟性、可视性等特征，通过应用BIM技术能够将整个建筑工程以一种更加精准的信息模型展现出来，帮助绿色建筑节能设计人员能够及时发现设计方案中存在的一些缺陷及不足，并结合具体情况提出有效的调整策略，进一步增强绿色建筑节能设计效果的合理性和结果的准确性。近几年来，随着BIM技术在绿色建筑节能设计中的应用，同时还涉及到了AR增强现实技术、VR虚拟现实技术等三维立体显示技术，从而将BIM技术在建筑节能设计中的优势充分的展现了出来，给设计人员呈现出了一个更加直观的设计成果。

图1 BIM技术模型构建相关信息指标

3 绿色建筑节能设计中应用BIM技术的重要性

某一个建筑工程或者某一个建筑之所以被称为绿色建筑主要是因为建筑在全生命周期内满足了建筑居住以及实用方面的需求之外，还实现了保护生态环境的要求，节约了能源，提高了居民居住及使用的舒适性。有大量的研究人员发现，将BIM技术应用在绿色建筑节能设计中，不但在很大程度上提高了建筑的节能水平，还增强了建筑的功能性和舒适性，为居民的居住及使用提供了一个更好的环境，从而使人类发展与自然环境保持在了一个相对和谐的状态。绿色建筑节能设计的过程中，设计人员采用一种更加科学、合理的方式将BIM技术应用在了绿色建筑节能设计中，通过应用自然资源，提高了自然资源的使用率，尤其降低了对一些合成材料的使用量。设计人员在基于设计成果的基础上建立了三维数字信息模型，从而帮助施工人员、监理人员及其他项目参建方能够更加直观的认识到建筑的整体结构以及设计效果，从而为绿色建筑工程的顺利施工做好了保障。

近几年来，随着我国社会经济水平的高速增长，建筑工程的数量在逐年增多，规模也在不断扩大，这也对绿色建筑节能设计提出了更高的要求，在这个新时期，绿色建筑节能设计人员遇到了新的挑战。建筑工程项目在具体施工建设的过程中，可以通过应用BIM技术对施工进度进行模拟，结合工程进度与三维建模的成果，对不同施工阶段对施工材料的需求数量及资金的使用情况进行准确的统计，从而结合具体情况对设计方案进行不断的优化和完善，保证绿色建筑节能设计方案的便捷性和高效性。如图2所示，通过应用BIM技术进行模型碰撞检查，能够及时发现绿色建筑节能设计中存在的问题，设计人员则可以根据工程建设标准，对相关数据进行更改优化，从而提高绿色建筑节能设计的效率，在绿色建筑节能设计工作中全面的贯彻落实节能理念。

图2 BIM模型的碰撞检查

4 绿色建筑节能设计中应用BIM技术的具体措施

4.1 绿色建筑采光中BIM技术的应用

绿色建筑节能设计中应用BIM技术，设计人员可以结合具体的情况从以下几个方面着手进行。首先是绿色建筑采光中BIM技术的应用。一般情况下，建筑工程在使用的过程中，最为常见的采光形式就是自然光线与人工采光的有效结合，要想实现节能的目标，绿色建筑节能设计的过程中，设计人员要充分地考虑怎样才能更好地提高对自然光照的利用率，比如可以采用一种比较有效的方式将自然光照进行收集后，到没有自然光照的时候再将其利用，进一步减少对人工光照的时间。比如设计人员可以通过对设计方案的完善，在建筑室内引进一些室外自然光照。为了进一步提高自然光照的利用率，实现对自然光的科学运用，在绿色建筑的前期准备阶段，设计人员首先要对建筑室内的采光情况进行详细的分析，进一步明确不同楼层，建筑室内各房间布局问题造成的采光不足及光照太强的情况，从而对设计方案进行适当的修改，应用BIM技术模拟建筑室内的采光情况，为有效优化绿色建筑节能设计中的采光设计方案提供可靠的指导依据。

4.2 建筑室内外通风中BIM技术的应用

在绿色建筑节能设计中应用BIM技术还能够对室内外风进行模拟，设计人员需要考虑的室内环境、附近区域等多种因素，根据具体的情况进行区域环境的模拟，在此过程中，设计人员要对可能会对建筑室内外风造成影响的因素进行深入的分析，比如建筑外温度的变化情况、风向的变化和风速的变化等多个因素。在此基础上应用BIM技术，模拟一个三维的建筑室内外风力环境，设计人员可以根据模拟效果对建筑外部结构、通风结构的节能功能进行适当的调整和完善，从而减少建筑室内使用空调系统、通风系统的几率，进一步降低对电能的消耗实现节能减排的目标。

4.3 建筑日照分析中BIM技术的应用

绿色建筑工程在使用的过程中，为了能够进一步增强舒适性，就要从多个方面避免太阳光的直射对人体带来的不适感，比如在设计的过程中，设计人员可以结合具体情况在建筑物外墙设计的过程中应用玻璃幕墙，BIM技术的应用，要求建筑在低耗能的同时还要尽可能减少室内气体的排放量。一般情况下，由于每一个建筑所处的位置以及高度不同，所以其外部环境也会表现出较大的差异，在这样的情况下，建筑物内部所接收到的日照辐射强度也有着明显的不同，由于建筑体室内采暖系统的运行负荷直接取决于建筑室内日照强度的高低，也就是说建筑室内日照强度越高，尤其在夏季，则需要利用空调系统进行热量排出，所以说建筑室内制冷系统的运行负荷也就越大，而在冬季，建筑室内日照强度越弱，为了保证居民居住的舒适性，有需要利用空调系统进行冷气排出，向室内传输更多的热量，所以说建筑室内采暖系统的运行符合也就越大。通过对建筑日照情况进行分析，有研究人员对建筑物周边日照光线的变化情况进行了分析和比较，发现即便是建筑物相同，如果建筑处于不同的楼层，其吸收到的日照量也存在着明显的差异。这就需要绿色建筑节能设计人员充分的应用BIM技术对建筑光照方案进行适当的调整，以同一个建筑在不同时间时吸收的日照量为优化依据。

4.4 建筑朝向分析中BIM技术的应用

绿色建筑节能设计中设计人员还要明确建筑朝向对居住舒适性的影响，然后选择最为适宜的朝向，保证绿色建筑工程在投入使用之后，其使用效果、使用舒适性等都可以满足居民的使用需求。所以建筑使用的过程中，朝向的合理性直接影响着建筑室内部的温度，比如夏季室外气温比较高，应尽可能减少阳光的照射时间，尤其要避免建筑室内处于暴晒状态，将室内的温度控制在一个舒适的范围。而在冬季，室外气温比较低，又要尽可能增加阳光的照射时间，保证室内得到充足的光照，进一步提高室内的温度，保证人居住的舒适性。所以，绿色建筑节能设计人员在进行建筑朝向的设计过程中，通过应用BIM技术，要根据建筑所处区域地理位置的不同，通过模拟建筑朝向及室内温度，对绿色建筑设计中的朝向设计方案进行优化。

4.5 建筑热工分析中BIM技术的应用

绿色建筑节能设计的过程中，设计人员还要对建筑节能的影响因素进行深入分析，外墙围护结构是影响建筑节能效果的重要因素之一，其在提高建筑节能效果方面发挥着极其重要的作用，同时还能够为绿色建筑节能设计工作提供可靠的指导依据。设计人员在绿色建筑节能设计中应用BIM技术，从建筑的外墙围护结构方面出发，分析建筑节能的优势。在此过程中还要对其他影响建筑节能效果的因素进行考量，比如建筑热负荷、冷负荷等相关因素，明确这些因素后进而对建筑室内热环境的实际情况进行全面的分析。这个过程中涉及到的内容比较广泛，比如建筑室内热环境包括建筑室内热源的潜热及建筑室内施源的潜热，明确建筑维护结构的热量损失、建筑室内环境开窗透气、促进空气流通过程中造成的热量损失等，在结合多个因素进行分析后，如果最终得到的热量结果小于0，那么表示建筑外墙维护结构已经出现了散热。而在经过一系列的计算后，如果发现失去的热量总和较得到的热量总和更多，此时建筑室内得到的热量结果也就小于0。所以说从这方面来看，建筑室内热负荷直接取决于外墙维护结构得到或者失去的热量大小。所以，绿色建筑节能设计人员在具体的设计过程中，一定要将室内环境温度的数据维持在一个相对比较合适的范围，在此过程中，一定要对建筑结构自身所具备的优势特点、所处区域环境的特点等进行深入的分析，从而为优化设计方案提供可靠的指导依据。应用BIM技术对建筑室内热负荷进行模拟分析，在不使用制冷措施或者采暖设施的前提下，在夏季，将建筑室内的温度控制在低于室外温度的状态，在冬季将建筑室内的温度控制在高于室外温度的状态，如果达到此种效果，绿色建筑外墙围护结构中的外立面保温隔热层发挥出了其专业化的性能。如果建筑工程所处区域温度差异比较大，比如冬季温度特别低，而夏季温度又特别高，在这样的情况下，其室内温度与室外温度依然会出现较大的偏差。而在云南等地区，夏季和冬季建筑室内外温度差异并不是很大，绿色建筑节能设计人员要从根本上做好建筑的保温和隔热工作，全面的分析建筑外墙围护结构的使用材料，明确建筑外墙围护结构应用材料的热工性能。比如在夏季，外界气温比较高时，在太阳的照射下，极易对建筑外围护结构造成影响，如果建筑外围护结构的隔热性能比较差，那么就会造成建筑室内温度升高，舒适性降低。所以，绿色建筑节能设计人员还要对建筑所处区域室外综合温度及室内空气温度的变化可能会对建筑外墙围护结构性能造成的影响进行分析。

4.6 太阳辐射分析中BIM技术的应用

建筑工程在使用的过程中，太阳辐射在很大程度上直接影响着居民的生产及生活效率，处于不同地区的绿色建筑，其所受到的太阳辐射也存在着明显的差异。绿色建筑节能设计中应用BIM技术，设计人员在遵循绿色节能原则的基础上，采用一些比较专业的系统对太阳能辐射影响居民生产及生活效果的因素进行深入的分析，根据分析结果及时提出有效的解决策略。建筑物处于室外露天环境下，一年四季每个季节都会受到太阳辐射的影响。设计人员可以利用这一优势，增加一些设备，使其能够对太阳能资源进行采集，进而为一些小功率的设备设施运行提供可靠的电能保障。比如近年来已经有越来越多的建筑设计人员将太阳能技术应用在了绿色建筑节能设计中，将收集到的太阳能资源用于夜间照明。