BIM技術(shù)發(fā)展下的建筑能耗評估與分析變革初探

吳昊

【摘要】目前在我國，現(xiàn)有的總建筑面積約為400億平方米左右，而其中幾乎90%以上的建筑都屬于能耗較高的建筑。平均單位建筑面積的能耗超過發(fā)達國家2-3倍，因此我國正面臨著十分嚴峻的建筑節(jié)能問題。利用BIM技術(shù)對建筑能耗進行評估和分析能夠更好的理解和掌握其熱工性能和影響因素，從而有針對性的入手，制定節(jié)能的措施，以降低建筑能耗，維持社會的可持續(xù)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù)；建筑能耗；評估與分析

前言：建筑能耗的范圍十分廣泛，從建筑物建設(shè)施工所需的建筑材料的生產(chǎn)和運輸、施工過程中機械的使用、完工后機械的拆除等工作，到維持建筑物正常運轉(zhuǎn)的采暖、照明、電梯、供水、空調(diào)等設(shè)備的能量消耗，都屬于建筑能耗的范疇。近年來，隨著我國建筑事業(yè)的不斷發(fā)展，建筑能耗在社會總能耗當中所占的比例越來越大，已經(jīng)逐漸成為社會發(fā)展中一個十分重要的問題。這一問題能否解決，直接關(guān)系到我國社會的可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)。

一、BIM技術(shù)的概述

（一）BIM技術(shù)的定義

BIM技術(shù)，其英文全稱為Building Information Model。早在20世紀70年代，美國喬治亞理工大學建筑與計算機學院的一名博士Chuek Eastman，就提出了BIM技術(shù)理論。他提出了，在建筑項目的整個生命周期之內(nèi)，所有的幾何特點、構(gòu)件性能、功能要求等信息都能夠集中到同一個建筑信息模型當中。而且這個建筑信息模型還能夠顯示施工進度和施工過程等過程控制相關(guān)信息。

但是，因為當時的計算機技術(shù)和項目管理制度的發(fā)展與研究十分有限，技術(shù)水平也不高。所以在BIM技術(shù)的理念提出之后，并沒有得到十分廣泛的發(fā)展和應用。在進入21世紀以來，隨著各項相關(guān)技術(shù)和理念的不斷發(fā)展和提高，美國的一家公司Autodesk重新將BIM技術(shù)提出，并給出了詳細的解釋。這樣，BIM技術(shù)才開始逐漸被人們所接受和應用。

到目前為止，世界上關(guān)于BIM技術(shù)仍然沒有完全統(tǒng)一的定義。美國著名的建筑公司McGraw-Hill對BIM技術(shù)的定義是“通過創(chuàng)建和利用數(shù)字化的模型，對工程項目進行設(shè)計、施工、運營、維護等工作的過程”。而美國國家BIM標準委員會對BIM做出的定義則是“建筑信息模型通過利用先進的數(shù)字技術(shù)，建立一個計算機模型，對工程項目整個生命周內(nèi)所有的物理特性和功能特性進行存儲，從而使業(yè)主對建筑物生命周期的維護擁有可用信息”。

（二）BIM技術(shù)的特點和優(yōu)勢

發(fā)展和應用至今，BIM技術(shù)所具備的幾個十分明顯的技術(shù)特點主要有完備性、關(guān)聯(lián)性、可視性、協(xié)調(diào)性、模擬性等方面。具體表現(xiàn)為BIM技術(shù)當中包括了建筑項目所有的信息，不但有對工程對象幾何信息的描述，還有對工程信息的描述。在信息模型當中，如果某個對象發(fā)生變化，那么與之相關(guān)的其它對象也會隨之變化[1]。BIM技術(shù)利用形象的三位方式代替了傳統(tǒng)抽象的二維方式，使工作人員能夠更加清晰的進行判斷。BIM技術(shù)還可以將各自獨立的設(shè)計成果進行統(tǒng)一和協(xié)調(diào)，并置于同一三維協(xié)同設(shè)計環(huán)境當中，減少了錯誤發(fā)生的幾率。同時，BIM技術(shù)可以利用計算機技術(shù)，在虛擬世界中，可對建造過程和結(jié)果進行預先模擬，以達到對工程項目的全面掌握。由此可見，IBM技術(shù)的建筑工程項目當中的應用，對于優(yōu)化施工設(shè)計方案，改進施工過程，降低生產(chǎn)成本，降低建筑能耗具有十分重要的意義。

（三）BIM技術(shù)的基本原理

BIM軟件所操作的對象不是低級幾何繪圖軟件中簡單的點、線、面，而是具體的屋頂、墻體、門窗等建筑結(jié)構(gòu)。這些建筑結(jié)構(gòu)之間并不是獨立的，而是存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系。

在BIM技術(shù)的應用系統(tǒng)當中，具體的建筑結(jié)構(gòu)是由數(shù)字化的對象利用編碼進行描述和代表的。在對某個對象的屬性進行描述的時候，需要使用很多的參數(shù)，而該對象的代碼中也必須包含這些參數(shù)。這些參數(shù)通常都是事先進行定義，或根據(jù)某些特定規(guī)則制定的[2]。建筑的具體屬性正是由這些參數(shù)構(gòu)成的。例如，一個墻體對象，這個對象具有實際墻體的所有屬性，包括長、寬、厚度等基本的幾何信息，以及較深層次的父子關(guān)系、材料屬性、生產(chǎn)造價、碳排放量等相關(guān)信息資料。在傳統(tǒng)的CAD繪圖軟件當中，對墻體的顯示是利用兩組平行線的二維方式來實現(xiàn)的，各個線條之間并不存在相互關(guān)聯(lián)。

二、建筑能耗的影響因素分析

在建筑物的日常運行和維護過程當中，建筑的冷熱負荷情況，會受到室外的大氣溫度、太陽的輻射強度、電氣設(shè)備的運轉(zhuǎn)功率、圍護結(jié)構(gòu)的材質(zhì)、以及人均占有面積等各種因素的影響。通過歸納和總結(jié)，這些因素主要可以分為如下三個方面：

（一）外部因素

外部因素主要指的是建筑物室外的天氣環(huán)境和氣候狀態(tài)，例如空氣中的溫度和適度、太陽光輻射的強度、不同的風向和風速、以及雨雪等天氣情況。通過外部圍護結(jié)構(gòu)，以熱對流、熱輻射等方式與建筑物內(nèi)部的環(huán)境進行熱交換，對建筑物的冷熱負荷會產(chǎn)生一定程度的影響，從而影響到建筑的能耗大小。

（二）內(nèi)部因素

內(nèi)部因素主要指的是建筑內(nèi)部人員的活動和生活消耗，以及建筑內(nèi)的照明、空調(diào)、電梯等電氣設(shè)備在運行中所產(chǎn)生的散熱和散濕等情況。在這個過程中所產(chǎn)生的熱作用，主要由潛熱和顯熱兩個部分[3]。其中潛熱散熱是由散濕的過程而引起的。而顯熱散熱則通過兩種不同的方式和室內(nèi)環(huán)境進行熱線換。一種方式是直接通過空氣對流的方式，將熱量傳遞給室內(nèi)空氣。另一種方式則是通過熱輻射的方式，向周圍的墻體等表面?zhèn)鬟f熱量，之后墻體表面再與室內(nèi)空氣進行熱交換，將熱量傳遞給室內(nèi)空氣。

三、利用BIM技術(shù)對建筑能耗進行評估的方法

在BIM技術(shù)諸多的技術(shù)特點當中，完備性是其最大的特點。它包括了從工程項目開始直到結(jié)束期間各個階段、各個方面的信息。在實際工作當中，對建筑物的能耗情況進行分析，需要應用到建筑物的設(shè)計圖紙、建筑材料和種類、人員的密度等相關(guān)信息[4]。而這些信息都能夠從BIM當中獲取。因此，將BIM技術(shù)應用到建筑能耗的評估和分析當中，可以大大提高評估效率和分析結(jié)果的準確性。

BIM可持續(xù)分析軟件是專門用來對建筑物可持續(xù)性進行評估和分析的軟件，它能夠?qū)ㄖ锏馁Y源消耗、能源消耗、環(huán)境影響等問題進行分析。通過對這些軟件的應用，可以在計算機上實現(xiàn)對建筑物冷熱負荷與光照環(huán)境等進行模擬和仿真，對輸出的直觀圖形結(jié)構(gòu)進行觀察，從而對建筑物的設(shè)計方案進行改進和優(yōu)化。

BIM軟件在對建筑能耗進行評估和分析的過程中，需要首先獲得CAD圖紙等相關(guān)的建筑項目設(shè)計信息，然后根據(jù)這些信息建立三維幾何模型，同時檢查模型中各個構(gòu)件的父子關(guān)系是否正確。然后，將影響建筑能耗的外部因素、內(nèi)部因素、以及圍護結(jié)構(gòu)的材料等信息輸入其中，對相應的熱環(huán)境進行計算。然后根據(jù)計算結(jié)果進行建筑能耗的評估和節(jié)能性能的分析。在確認結(jié)果符合建筑能耗的要求之后，進行信息的存檔，為日后的建筑生命周期維護提供服務(wù)。

總結(jié)：建筑能耗是我國社會總能耗當中一個十分巨大的部分，減少建筑能耗，提高建筑節(jié)能性能對于我國社會的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。BIM技術(shù)的應用，能夠很好的實現(xiàn)對建筑能耗的評估和分析，在施工開始之前對設(shè)計方案進行審查，保證建筑物能耗不會超過標準，從給對降低建筑能耗、促進建筑節(jié)能帶來巨大幫助。

參考文獻：

[1]劉長城.基于BIM理論的建筑能耗評估和分析[D].安徽建筑大學，2013.

[2]何真珍.基于BIM的建筑能耗監(jiān)測與分析系統(tǒng)設(shè)計[J].能效，2011（7）：25-27.

[3]梁波.基于BIM技術(shù)的建筑能耗分析在設(shè)計初期的應用研究[D].重慶大學，2014.

[4]龍惟定.建筑節(jié)能與建筑能效管理[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013..