基于BIM 技术的节能环保型现代建筑设计

徐 菁 董志国

（苏州科技大学 建筑与城市规划学院，苏州 江苏 215011）

BIM技术（Building Information Mdeling，建筑信息模型） 以计算机辅助技术（包括计算机辅助设计、计算机辅助制造等） 为支持，通过收集数据信息，实现数据输入、多维建模。将BIM 技术应用于建筑领域，可以帮助设计师全面了解目标建筑的结构特点，优化建筑设计方案，为建筑施工提供保障。BIM 技术具有协调性、可视化、合理性等优势，利于设计师优化设计图纸，提高建筑设计结构的合理性和安全性，节约空间、能源和材料，保障目标建筑的质量[1]。当前，建筑行业正处于转型发展阶段，需要在传统建筑中融入先进的信息技术、节能环保的建筑理念和规范的生产方式，减少建筑施工对生态环境的影响、节约建筑材料，缩短工程建设周期，提高建筑工程的质量。BIM 技术与节能环保建筑融合发展，可以为建筑行业注入新的活力，为现代建筑提供更加广阔的发展空间。

一、节能环保型现代建筑设计概述

一些传统建筑的能耗较高、对环境影响较大。实现建筑节地、节能、节材、节水是促进建筑行业转型发展、调整产业结构、转变经济社会发展方式的重要举措，也是构建节约环保型社会的重要方法。因此，在现代建筑设计中，设计师需要在有限的建筑空间内进行节能环保设计，将技术、经济、艺术相结合，提升现代建筑的安全性和功能性，降低建筑施工对生态环境的影响，减少原材料的消耗，为人们提供舒适、环保的生活空间。

（一） 节能环保型现代建筑设计概念

节能、环保、可持续已经成为现代经济社会发展的主题。节能环保型建筑是建筑设计与生态发展理念的融合，在满足人们生活需求的基础上，进一步节约资源，提升资源的综合利用率，减少建筑工程对生态环境的影响。节能环保型建筑设计的重要内容是节约能源，这对于可持续发展具有重要意义。设计师进行建筑设计时应当遵循节能环保的理念与原则，选择绿色建筑材料，采用节能建筑结构，以降低建筑工程能耗和建材污染。《绿色建筑评价标准》指出，建筑物全生命周期内能够减少对生态环境的污染、节约资源，并与周边环境和谐共生的就是绿色建筑[2]。当前，社会公众的节能环保意识不断加强，对生活环境要求舒适和健康，低碳、绿色、节能成为现代建筑设计的重要理念之一。2022 年，我国住房和城乡建设部发布的《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》指出，到2025 年，城镇新建筑将实现全面绿色建筑，稳步提升建筑能源综合利用率，逐步优化现代建筑能源利用结构，有效控制建筑碳排放和能源消耗量，大体形成节能、环保、循环的建筑模式，使2030 年前城乡建设领域实现碳达峰目标。目前，节能环保型建筑呈现高速发展状态，其设计质量和建筑总量还有较大的发展空间，社会公众对绿色节能、环保型建筑的需求不断增加。开发商、设计师等应当共同努力，选择节能环保的设计方案和建筑材料，促进建筑行业可持续发展。

（二） 节能环保型现代建筑设计原则

传统建筑行业的能源消耗较高，应采取积极措施，节约资源，减少对周边生态环境的影响。当今，社会公众的环保意识不断提升，节能环保型现代建筑成为未来建筑领域发展的主要趋势。节能环保型现代建筑设计需要遵循以下三项原则。一是以人为本原则。节能环保型现代建筑设计和施工应当坚持以人为本原则，在建筑设计中融入自然和艺术元素，使得建筑结构和元素能够接近自然，促进人与自然和谐共生，构建良好的生态环境[3]。现代建筑设计，以人为本是前提和基础。设计师需要结合自己所学知识和经验，设计出与周边环境相适宜的、符合人类生活需求的建筑结构。建筑设计过程中，设计师既要考虑业主对建筑功能、审美的需求，也要考虑周边环境对建筑物的影响，提高建筑设计作品的综合利用价值。二是新能源优先原则。许多传统能源为一次性能源，为了缓解能源消耗的压力，人们不断研究可替代能源、具有环保特性的新能源。随着科学技术的发展，新能源已经成为当前能源的重要组成部分。节能环保型现代建筑的设计和施工需要注重对新能源的使用，比如生物能、太阳能、风能、水能等，以减少建筑物的能耗。例如，太阳能可应用于建筑物墙壁、屋顶、玻璃等方面的设计，可被转化为电能，为用户提供电力，保障建筑物内家电等安全可靠运行。三是可持续设计原则。现代建筑设计要注重对建筑保温、隔热、防晒效果的设计，选择隔热功能优异、可循环使用的绿色建筑材料，减少建筑工程中产生的资源浪费现象，减少有害气体、粉尘、噪声、辐射等对环境的污染，使建筑物符合绿色建筑标准。当今社会，科技已经融入人们生活的方方面面，将技术与建筑设计相融合，可以提升人们生活的安全性、舒适性和便捷性。因此，在预算合理、符合规划方案的前提下，设计师可以将现代科技应用于建筑设计及其内部结构，推动建筑行业高质量发展。

（三） 节能环保型现代建筑设计中存在的问题

当前，一些节能环保型现代建筑设计还处于探索阶段，部分设计师更注重建筑的功能性和经济性，缺少将节能环保纳入设计之中[4]。一是节能环保型现代建筑工程建设体制有待完善。绿色建筑和节能环保设计理念进入建筑设计领域的时间较短，一些建筑工程建设存在不规范、不标准的问题，影响了绿色建筑的普及。目前，部分城市已经开始实施节能环保型建筑试点工作，设计公司、开发商和施工团队只有持节能环保的理念，才能彰显出节能环保型现代建筑的价值。二是对于现代建筑节能、环保要求的评价体系不够健全。目前，一些国家已经构建了较为完善的绿色建筑评价标准和体系，例如，日本建筑物综合环境性能评价体系（Comprehensive Assessment System for Building Environmental Efficiency，简称CASBEE）、英国绿色建筑评估体系（Building Research Establishment Environmental Assessment Method， 简称BREEAM） 等。2005 年，我国颁布了《绿色建筑技术导则》。随着新型材料和技术的发展，我国于2019 年对绿色建筑评价标准进行了修订，制定了《绿色建筑评价标准》，该标准对现代建筑节能环保进行定量分析，较为全面地评价建筑的生态环境性能、经济性能等，为建筑评价人员提供了参考，进而帮助设计师优化设计方案。然而，对于管理和指标量化方面，建筑评价体系还存在不足，节能环保设计需要进一步细化到实体建筑中。三是专业协同性需要进一步提升。整个建筑周期涉及许多不同的专业，比如结构设计、建筑设计和机电设计等，节能环保型现代建筑设计需要从不同的角度分析设计环节。当前，各专业领域之间的协同性不足，影响了信息沟通的有效性，导致一些建筑设计不够完善[5]。四是有的建筑设计与建筑施工结合不够。对于建筑领域而言，实际施工和建筑设计所需的知识和经验存在偏差。部分设计师对具体的施工方式了解不足，缺少现场施工经验，进行建筑设计时对实际施工难度考虑不够全面。此外，建筑工程施工人员专业水平、施工经验和综合能力不尽相同，一些缺少系统培训的施工人员对现代建筑发展需求了解不多，影响了节能环保型建筑的发展。

二、BIM 技术在节能环保型现代建筑设计中的应用优势

将BIM 技术应用于节能环保型现代建筑设计，具有协调性、可视化、模拟性、合理性等特征，能够增强建筑设计和施工相关专业的协同性，提升各专业技术人员交流的有效性，帮助设计师优化建筑设计方案，将节能环保理念落实到建筑设计、施工、后期运维的全过程，实现建筑物与周边环境的和谐共生，促进建筑行业的可持续发展。

（一） 增强现代建筑设计方案直观性

信息化时代，大数据技术可以将各类建筑数据整合到BIM 数据库中。BIM 技术将虚拟信息、三维技术、数字化技术结合在一起，设计师只需要将建筑信息输入BIM 系统，围绕设计方案即可构建三维建筑设计模型，将建筑设计以直观的方式展现。设计师可以根据三维建筑模型分析目标建筑结构，了解建筑中的节能环保设计，初步制定节能环保型建筑设计方案。此外，设计师可以利用软件实时调整设计方案的细微之处，根据BIM数据库中储存的信息分析建筑设计方案的可行性。BIM 技术在建筑行业中的应用，将建筑设计平面图以三维立体的形象直观展示出来，能够帮助设计师和其他设计参与者更直观地了解建筑物，从而解决设计存在的不足，提升节能环保型建筑设计的质量和效率，为绿色建筑快速发展奠定基础[6]。

（二） 将节能绿色落实到建筑全过程

建筑的内部结构、设备、功能及周边环境等是影响建筑能耗的重要因素。因此，从建筑设计到建筑垃圾处理的整个过程，都需要遵循节能环保的理念，并将其落实到具体工作中。将BIM 技术应用于节能环保型现代建筑，能够在节能环保理念的指引下开展包括建筑项目选址、设计、施工、运维等环节，优化建筑设计方案，简化建筑项目流程，将节能绿色落实到建筑全过程。其一，利用BIM 技术可以对建筑项目选址及周边环境改造进行全面分析，包括经济要求、施工条件、建筑场地规模和建筑物需要具备的功能等。根据BIM技术提供的数据信息，开发商、设计师等可以选择合适的建设场所，提升土地的利用率。其二，建筑设计初期，利用BIM 技术可以初步分析建筑能量消耗，比如建筑材料属性特征、建筑结构合理性、建筑外围构造、建筑平面规划等，基于能耗分析制定建筑设计方案，提升建筑设计的适应性、合理性和可行性[7]。其三，建筑施工需要大量机械设备，利用BIM 技术可以分析出建筑施工个各个环节需要使用的机械设备，模拟出施工过程中对建筑材料、水、电等资源的消耗量，优化设计方案，使施工过程达到节能环保标准。在BIM技术的辅助下，项目组可以综合分析建筑能耗和材料的环保性，将节能环保落实到建筑项目的全过程。

（三） 提升现代建筑专业设计协调性

在传统建筑设计模式下，有的设计师主要凭借自身经验和空间感进行建筑设计，工作压力较大，与其他专业技术人员或部门的沟通需要加强。借助BIM 技术进行节能环保型现代建筑设计，不仅可以帮助建筑项目组全面掌握建筑设计信息，而且可以利用三维建筑模型反映建筑信息，将项目相关部门各自负责的信息进行汇总，凸显出建筑的整体特点。利用BIM 技术对每个部分进行详细设计和检查，能够有效控制各个环节，提高资源的综合利用率，保障建筑设计符合绿色建筑设计标准。在设计初期，BIM 技术的辅助可以提升设计部门和施工部门交流的有效性，紧密衔接建筑项目各环节，提升建筑工程的协调性和质量。设计过程中，在BIM 技术的辅助下模拟各个施工环节，分析其中存在的问题，能够减少设计与施工的误差，提升节能环保型建筑的质量，保障建筑设计和施工企业的经济效益，促进绿色建筑高质量发展。

（四） 确保建筑设计全面性和及时性

建筑项目全周期使用BIM 技术，不仅可以存储整个建筑项目准确、详细的设计和建造数据，而且可以提升施工的精确性。通常情况下，建筑项目部门会将各自负责的环节数据信息录入BIM系统，项目组可以直接利用这些数据构建建筑模型，查看建筑设计或施工进度，分析建筑结构、材料等各方面的节能性。BIM 系统展示出的建筑模型集成了各个环节的特征，可以准确地展示目标建筑物的各项功能，便于设计师、施工团队、用户等更全面地了解和掌握建筑项目内容及具体施工情况[8]。此外，BIM 技术支持下设计的建筑模型可以根据实时上传的数据进行调整和更新，为后期建筑物运行和维护提供数据支持，减少设计变更造成的施工成本问题，规避建筑工程中的施工风险，从而创造更高的生态效益和经济效益。

三、BIM 技术在节能环保型现代建筑设计中的应用

在现代信息技术的支持下，BIM 技术贯穿了整个建筑项目生命周期，减少了建筑项目对周边生态环境的污染，减少能源和资源的浪费，促进建筑行业向绿色、节能、可持续方向发展。2019 年颁布的《绿色建筑评价标准》 针对建筑物节能、节地、节材、节水、施工管理、室内环境、运营管理等方面进行了严格规定，将BIM 技术应用于建筑设计中，可以使建筑更加符合相关标准，推动现代建筑行业转型升级[9]。

（一） 优化现代建筑设计方案

节能环保型现代建筑融合了建筑、人、经济三方面的要素，利用BIM 技术可以预判建筑工程各阶段潜在的问题，及时调整和优化设计方案，降低后期返工的概率，节约能源与材料，践行绿色建筑相关理念和标准。具体而言，在前期设计阶段，BIM 技术可供设计师进行建筑内部采光分析、声音环境模拟、声学设计、通风模拟等，综合判断建筑设计的合理性。一是帮助用户了解建筑物的采光条件，无论是传统建筑，还是现代建筑，对于自然采光都有较高的要求。特别是大型公共建筑物，需要采用天窗设计满足建筑物采光问题。BIM 技术中的ECOTECT 软件可以计算出建筑物室内照度和自然采光系数，并经过计算确定窗户的位置和大小，确保室内自然光充足，降低灯光照明设备的使用频率，进而提升建筑物环保性能。二是噪声是绿色建筑评价标准之一，建筑项目设计时需要预测周边环境噪声，及时采取有效措施降低周边环境噪声，使得室内外声音均符合国家标准。BIM 技术中的CadnaA 软件可以针对建筑物室内外环境声音进行模拟分析，将其控制在标准范围内，实现建筑物与周边环境的和谐共生。三是良好的通风环境可以避免建筑内部潮湿，特别是对于处于潮湿区域的建筑，设计时需要利用PHOENTICS 软件模拟和分析室外风环境，同时考虑节能问题，做到建筑内部能够自然通风，带给用户舒适的居住体验。

（二） 实现建筑过程节能节材

利用BIM 技术可以模拟建筑物能源消耗，针对能耗数据，优化建筑物保温隔热设计，以绿色建筑标准为参考，控制建筑物能耗。例如，以新的建筑物节能标准为依据，在符合预算的前提下提升建筑物热工性能；在建筑物内安全节能照明设施；选择具有节能性能的空调系统；做好建筑场所绿化，使得植物能够享受到充足的水分和光照，使得建筑物能够与周边环境融为一体。同时，土地利用率也是建筑节能过程的重要因素，在建筑设计过程，要利用BIM 技术反复模拟计算，确保建筑物内部和外部空间的合理性，在维持室内空间舒适性和功能性的基础上，提升规划土地的利用率[10]。例如，采用BIM 技术可以分析道路宽度、楼间距、消防功能等，优化建筑物及其周边设施的空间布局，达到节能的目的。此外， 《绿色建筑评价标准》中对现代建筑使用材料有明确的规定，设计师进行建筑设计时，需要以其为标准，以BIM 技术为辅助，精确计算各类绿色建筑材料的占比，判断建筑设计整体是否达标，实现现代建筑全过程节能节材。

（三） 提高现代建筑施工效率

现阶段，利用BIM 技术构建建筑项目的三维立体模型，可以在建筑设计与施工期间对建筑物结构与机电开展碰撞检测，及时发现问题，对建筑物机电系统和结构进行优化和修正，避免施工结束后进行返工，以节约工程成本、缩短工期，提高现代建筑施工效率。建筑项目相关方登录BIM系统后可以直观地看到建筑物的三维模型，不同部门可以根据模型开展有效沟通，优化建筑项目设计，确保工程进度和质量，监督施工现场的安全文明情况，协助实现高水平建筑项目。一是BIM技术能够模拟出场地平面，对建筑施工场地进行合理规划，比如办公区域、出入口、机械设备放置区域、建筑材料堆放区域等，同时确保建筑周边路基可靠性和路面的平稳性。二是BIM 技术可进行施工模拟，比如对于较为复杂的施工节点，可以利用BIM 技术进行模拟施工，将施工方法和过程直观展示出来，便于施工人员观察和学习，提升建筑施工的准确性和施工效率。三是利用Navisworks 软件可以模拟场地布置，对比当前施工阶段场地，动态调整场地，并在项目开始施工前，模拟施工过程，确认优化方案，用于指导建筑施工队，进而降低管理和返工成本，为建筑物质量提供保障。

（四） 协助建筑后期运维管理

对于建筑工程而言，其不仅要保证前期设计、中期施工的质量，还需要对建筑物进行后期管理和维护，使得建筑物个性设计和空间能够得到合理应用，为用户提供舒适、便捷、安全的工作或生活空间。利用BIM 技术进行的建筑后期运维管理，包括能源、设备、安保、租户、设备等方面的管理，能够降低建筑物运维成本[11]。一是BIM平台中储存的三维建筑模型可以进行车库定位，以此快速了解车库使用情况和管辖区内道路车流问题，了解车辆信息，对比车牌号，减少占用车位情况的出现。二是物业人员可以通过BIM 中的建筑物模型全面掌握建筑物隐蔽工程，并对其进行实时监测，倘若出现管网老化、破坏问题，及时排查和维修。三是BIM 运维管理系统能够进行能耗管理，结合IOT 技术，在建筑物内电表、水表、燃气表等安装智能检测设备，这些设备会将能耗信息实时传输到BIM 平台，平台通过数据分析检测建筑物能耗，同时及时处理能耗异常现象，减少安全隐患。

四、结语

BIM 技术建立在计算机应用基础之上，通过信息技术对建筑工程施工中的数据库进行建立和创设，实现建筑工程数据的同步管理，有助于建筑工程施工管理人员做出正确决策，进而实现建筑工程施工管理目标，降低建筑工程施工成本，实现对建筑工程施工的全程监管，合理控制工程施工进度，提高工程施工效率。

在具体的应用中，BIM 技术的应用可以实现良好的视觉效果，根据建筑工程施工图纸可以逼真地展现出施工现场的布置情况，合理制定建筑工程施工方案，并对多种建筑工程施工方案进行对比，选出优化的施工方案。BIM 建模的应用可以实现建筑工程施工的精细化管理，提高资源的利用率，降低能耗。

随着城市人口的增加和城市化进程的推进，建筑产业逐渐壮大，成为推动城市经济发展的重要支撑。然而，能源消耗和环境压力也会加大。为应对这些挑战，人们对建筑物要求功能多样化和舒适性的基础上，更加注重节能环保特征。BIM技术通过数字化建模，实现了建筑项目各个部门的协同工作，BIM 技术在建筑领域的引入，为建筑设计和施工带来了革命性的变化，对于建筑行业向现代、绿色、节能、环保、技术发展方向迈进具有重要意义。BIM 技术提升了建筑项目的整体效率和质量，减少了资源的消耗和环境的污染，推动了建筑行业的技术升级和创新，促进了建筑行业的可持续发展，为建筑领域的发展和国民经济整体水平的提升提供了重要的技术支撑。未来，随着BIM 技术的不断发展和普及，其将成为建筑行业发展的重点，推动建筑行业转型升级，促进建筑数字化、智能化发展，为未来的建筑创新和可持续发展提供有力支持。