关于BIM技术在低碳绿色建筑节能中的应用

摘 要：我国建筑业是高耗能的行业，推行绿色施工是未来的发展趋势。BIM技术的应用，能够促进建筑业的绿色发展，将设计流程与设计结果进行可视化呈现，可高效地解决建设项目中存在的许多难题。应用BIM技术与低能耗设计相结合，提高设计水平，能够加快建筑行业绿色发展步伐，推动我国建筑业进入新的发展阶段，促进我国经济建设高质量可持续发展。本文分析BIM技术在低碳绿色建筑节能中的应用策略，以供参考。

关键词：BIM技术；低碳绿色；绿色建筑；节能技术文章编号：2095-4085（2024）08-0164-03

0 引言

我国城市化进程不断加快，国内建筑业为社会经济发展发挥了重要作用，但大规模建设工程项目的施工，使城市环境遭到严重破坏，对生态系统产生了严重的不良影响。因此，将新技术运用到低碳、绿色建筑施工工程中，具有十分重大的意义。人们的生存环境，随着经济社会的发展而发生变化，为了保护环境，相关从业人员应采用最新技术，促进建筑业和房地产业走向良性的低碳发展之路，为保护我国的生态环境做出贡献［1］。

1 BIM概述及绿色建筑

建筑信息建模，是利用信息技术，通过计算机进行辅助设计开发的一种多维度建模与数据融合的方法，将建筑的三维几何尺寸、材质、价格和施工进展等相关数据进行数字化模拟和仿真，为建筑设计提供科学依据。BIM是一种基于3D的可视化技术，利用BIM技术，不仅将建筑的三维几何尺寸、材质、价格和施工进展等进行可视化地视觉效果显示，还能为设计、建设、运营等环节进行人员调配、交流与决策提供助力。 BIM是一种以对象化为导向的信息模型，依据特定准则设定，明确几何参量，进行信息建模。 以信息为基础的BIM数据库，可以做到以多种格式进行数据输出，对建筑工程进行全面系统地管理，达到既提高工程质量，又加快工程建设进度的目的。施工前，对工程项目进行可视化设计，可减少因变更工程施工项目造成的不利影响。应用BIM技术，对提高工程建造过程中的可预测性、评价建造绩效、计算营运费用、降低工程造价等有着积极的作用。同时，BIM技术的应用，为建筑业高质量发展创造了机遇，也为产业发展与经营带来了新的挑战。BIM技术，紧密融合各类信息，推动着建筑业科学技术的变革，提升了建筑工程整体集成的水平。为促进建筑业良性发展，提高工程施工质量和运营效率，降低工程成本，提升建筑业企业的经济效益发挥重要作用。

我国根据自身国情，提出绿色建筑的定义：在建筑整个寿命周期中，尽可能地节约资源，保护环境，降低环境污染，为人类提供一个健康、舒适、高效的生活环境，使其与自然环境达到协调一致。在此基础上，谢福泉等人对美国和英国在建造绿色建筑方面的做法进行了阐述，并对推进绿色施工、加强项目施工等方面进行了探讨。例如，深圳建设万科中心，由于运用BIM技术，在2010被授予LEED白金等级证书，是为数不多的几个拿到LEED白金证书的建筑。针对目前我国绿色施工设计与评估中存在的问题，采用BIM技术可以有效地克服现有绿色施工设计与评估中存在的诸多难题，为我国的绿色建筑行业发展提供有力支撑［2］。

2 BIM技术在低碳绿色建筑中的节能应用

2.1 BIM技术在模拟采光中的应用

在人们的日常生活中，最常用的照明方式有：人工照明与自然光组合。在进行绿色建筑节能设计时，应充分考虑到室内环境下的采光问题。通过合理的设计，将自然光线引入到建筑内部，既节约了建筑的能源消耗，又达到了较好的视觉效果。为使自然光线得到更好地利用，在工程筹备过程中，必须对建筑物照明状况进行细致分析，从而发现因布置问题而导致的室内房间光线不足或光线过强烈的现象。以上状况及结论均可通过BIM技术的合理仿真而得到。

2.2 BIM技术模拟室内外风应用

BIM技术室内外风速仿真研究多针对室内及周边环境，需综合考虑室外温度变化、风速、风向等多种影响。利用BIM模型，对建筑内外的风环境进行仿真，能够很好地调节和改善建筑室外和通风系统的节能效果。可以大大降低室内空调系统和通风系统的能耗，达到节约能源和降低排放的目的［3］。

2.3 BIM技术在日照、朝向分析中的应用

为有效地防止太阳直接照射，可以在大楼内增加一面玻璃墙。在应用BIM进行绿色施工的过程中，必须充分考虑到节能减排的重要性。

一是对日照的影响。由于建筑的位置不同，其受到的阳光照射也是不同的。日照强弱会对建筑物室内供暖系统的工作负载造成直接影响。通过对光照条件的分析，可以对建筑周围光照变化进行对比。另外，利用BIM技术，可以根据日照长短，对施工计划进行适时调整。

二是与定向有关。确定合适的建筑方向，保证建成后的使用效果和舒适度能够满足使用需求。而建筑朝向也会对建筑内部温度产生不同程度的影响，在夏天高温时，要避免在阳光下暴露，冬季气温偏冷时，应保证房间内光照足够，帮助房间内的温度升高。因此，在进行住宅建筑设计时，应针对地域实际情况进行具体分析。

2.4 BIM技术在热工分析中的应用

外墙围护结构对我国城市住宅的节能改造，有着十分重要的意义。利用BIM技术，以周边结构为突破口，进一步探讨建筑节能问题是重点内容。要对建筑热负荷、冷负荷等进行综合考虑，并对建筑内部热环境进行准确分析。该方法综合考虑了建筑内部热损耗与通风引起的热损耗。如果获得的热能为负值，则表示有热辐射。如果损失的总热能超过了所获得的总热能，则在室内获得的总热能为负值。在实践中，要保证气温数值保持在适当区间内，以建筑本身的特点、环境等方面为重点进行研究，以最后的结论来确定设计方向。在利用BIM进行仿真计算时，如果不采用制冷/采暖的方法，那么夏季室内的气温低于室外的气温，冬季室内的气温高于户外，则可以证明外部的保温隔热层起到了很好的作用。然而，当气温很高或很低时，房间里的气温就会偏离最适宜温度。因此，必须从基础上做好保温工作，并对墙体材质进行热力学计算。夏季气温较高时，外部结构会受到阳光暴露的影响，当出现保温性能不佳时，一定要把室外综合温度和室内气温的综合作用考虑进去。

2.5 BIM在太阳辐射分析中的应用

太阳辐射在人们的日常生活中起着十分重要的作用，不同地区的太阳辐射状况差别很大。在应用BIM的过程中，将绿色节能视为第一要素，并通过专业系统对日照进行深度剖析，并对出现的问题进行及时处理。对于建筑来说，阳光是全年存在的，收集太阳能，一方面能够对建筑物表层进行降温，另一方面也能够对太阳能进行科学、合理地利用，为室内居民的日常生产和生活提供用电。

3 BIM技术在低碳绿色建筑中的节能应用策略

3.1 预规划的运用

将BIM技术运用于绿色施工建设的前期规划中，主要是将其运用于建设项目的各个参与主体，实现对其选址环境、整体规划、平面布局、景观效果等多个层面的仿真试验。此外，在进行绿色建筑区位规划和工程立项时，要充分考虑到今后的生态城市发展需求、周边环境和业主需求，运用BIM技术，可以直观地反映出各种环境下的绿色施工影响，使施工企业能够依据可视化结果对计划进行修正和改进，最终得出最佳的设计方案。因此，采用BIM技术进行绿色施工的前期规划，可以加速编制计划，降低施工过程中的更改数量，节约造价。

3.2 设计阶段的应用

BIM技术可以将建筑、结构、暖通、电气等多个学科连接起来，通过BIM中的Revit建模，可以直观地看到各个专业的设计成果，根据冲突探测过程，对部件重叠进行检验，这样就可以降低对设计图的修改数量；基于BIM的Autodesk EcotectAnalysis，实现对建筑能耗、热工及经济性能的分析，直观地模拟阴影、采光、噪声、通风、日照等对建筑内部的影响，为建筑设计师提供噪声、光照等污染物的最优方案；利用PMCAD软件，可以根据《节能设计标准规范》，实现对绿色建筑结构参数的自动检测和校验；基于BIM的CHEC软件，能够对建筑物能源消耗进行动力学研究，使设计者能够依据其成本差异，合理选取性价比较高的隔热体系。

3.3 施工阶段的应用

BIM在建造过程中的运用，就是为了检查建造过程中的质量。BIM技术能够在建设之前，通过对建设工程的整体工程量进行精确统计，进而估算出项目工程的实际造价。比如广联达公司的BIM5D软件，能够对项目中的零部件进行自动辨识与统计，以便给承包商准确确定所需的物料种类与数量。BIM的虚拟建模功能，能够有效减少埋置在户外管线间的相互撞击与冲突，有效解决了管线渗漏问题，也能精确定位建筑用水过剩的原因。与此同时，建筑公司也能通过BIM建模，对收集到的雨水数据进行解析，提高建筑工程中的降雨利用率，并对地下水进行有效保护。在建设过程中，管理者可以通过 BIM在电脑上仿真工地真实状况，清晰地了解各个关键阶段的施工进度和存在的问题，并预先做出应对措施。另外，管理者也能进一步优化工地布局，减少工地管理困难，提升工地的管理工作效率。

3.4 在运营维护中的应用

基于BIM的参数化设计，将全生命周期内的绿色施工项目全部数据资料纳入其中，便于用户在任何时候了解到建筑物的各项功能。若在绿色施工期间，某一设施或管线出现了损伤，维护人员可以利用BIM中的建筑物建模，查找到对应装置和管线型号、生产厂家等参数，并对其进行及时维护或替换。同时，BIM还能够对整个建筑的能耗、设备损耗等进行节能评估，进而对建筑及设备等进行进一步检测和调节，最大化减少能源的损耗，提高建筑维修效率，实现建筑的节能减排，保护环境。

4 实例分析

某6层办公楼建于1986年，位于市中心繁华区域。其原始建筑面积是5 015.24m2，经过几次扩建和改造，设备较落后，既有的大楼设备运行能耗高，设备系统老化，运行效率低下。由于其每年消耗大量的电能，造成了大量的能源消耗，同时由于供电线路的陈旧，给电网带来了极大安全风险。用水管老旧，导致水源极大浪费。为了解决上述问题，需要采用环保、节能技术，对建筑物进行更新。

4.1 参数化族创建

参数化组件是建筑工程中运用Revit的关键元素。在已有建筑物中，部件必须进行简化，比如幕墙柜台、办公室幕墙、玻璃幕墙的嵌板门。可以通过函数及绑定关系，实现组件的参数化和适配，从而避免大量的重复工作，提高系统的工作效率。同时，由于在Revit Structure中包含大量建材，使得建模准确性和展示效果更加出色。

4.2 项目样板的创建

Revit的工程模板可以为工程建立统一标准。通过对工程模板的有效运用，可以有效地降低工程模型数量，加速工程模型的建设进程，提高工程建设的工作效率；同时，对于整个工程规划也具有重要的指导意义。工程模板的设计与使用，可以使建筑与结构、设备机电、碰撞检测与绿色建筑等多个学科之间相互配合，形成一个完整的工程模板，为工程的顺利开展奠定了基础。

4.3 办公楼BIM绿色建筑改造思路

首先，对已有写字楼进行Revit建模，利用EcotectAnalysis与Phoenics等分析方法，对原有的办公大楼进行光照与通风仿真。如果仿真计算的数据符合绿色建筑打分标准及成本标准，则最终决定更新方案。

4.3.1 光照模拟

利用EcotectAnalysis对其进行光照仿真，通过对其日照参数的分析，得出了靠近窗户区域的光照强度大于内部照明强度，内部照明强度则相对较低；已建成的旧楼照明总体上可以达到照明需求，但仍会出现局部照明不足的现象，其原因与窗户尺寸、墙体布置等因素有关。为此，在改建设计中，对某些缺乏光照的窗口进行了大小调节，并针对某些密闭空间，增加了一些人工灯光。

4.3.2 通风模拟

利用phoenics数值计算方法，对已建成的建筑物及其周边进行数值仿真，结果表明：仿真区没有产生旋涡，人行区的风速较低，迎风面上的风压较低，且已建成的建筑物分布较为合理，因此可以利用已有的建筑物布局。室内和室外的空气压力都能达到规定的最低气压差0.5Pa，无需再进行任何的通风改造。

5 结论

综上所述，目前，国内绿色施工技术在实施过程中仍面临着系统、深度、理念、抽象、形式化等问题。 BIM的合理运用将为我国的绿色施工和节能减排工作提供有力支撑。BIM可以仿真分析建筑采光、通风和能源消耗，实时反映建筑生命过程中的真实状态，实现细部和全局的有机统一，有效地解决建筑中的许多问题。有关工作人员需通过对技术使用的进一步探索，掌握技术使用的核心要点。

参考文献：

［1］刘星，郭斌.BIM技术在低碳绿色建筑中的节能应用研究［J］.大众标准化，2023，（13）：142-144.

［2］焦丽丽.BIM技术在绿色建筑节能设计中的应用研究［J］.科技创新与应用，2023，13（4）：170-173.

［3］周琦，宋永朋.BIM技术在绿色建筑节能设计中的应用［J］.智能建筑与智慧城市，2022（4）：142-144.