基于BIM技術的建筑節能設計初期研究

王旭鳴何昱

（1.內蒙古科技大學 內蒙古包頭 014010 2.包頭財經信息職業學校 內蒙古包頭 014060）

建筑節能設計，需要對建筑的方案設計、建造施工、運行管理等的每一個環節進行減少建筑能耗或提高能源使用效率的工作；但是當今建筑的復雜程度已經大大超過了僅憑建筑師主觀判斷就可以把握的程度，這就需要借助先進的計算機技術進行復雜的數據計算和實時的動態模擬，來進行建筑物初步的能耗分析，實現建筑節能設計。

而整合了大量建筑信息的BIM技術很好的實現了這一點，給設計師提供了一個良好的輔助設計工具。而本文正是基于BIM應用軟件，創建簡單的建筑信息模型，方便隨時對設計方案進行建筑節能分析。

1 BIM概述

1.1 BIM定義

BIM全稱為Building Information Modeling，即建筑信息模型，建筑信息模型可以用來顯示建筑物整個生命周期的建設，包括建設和運營的過程，用數字化的建筑組件表示建筑物的構件，以及建筑構件的材料、價格及項目的建造進度等。

1.2 BIM的特點

BIM通過數字化技術使建筑師摒棄傳統的二維圖紙，從2D CAD過渡到BIM技術的3DCAD，從而極大地拓展了建筑師對建筑形態探索的可實施性。BIM是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。BIM支持建筑工程的集成化設計與管理，大大提高工作效率和減少風險。具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性五大特點。

1.3 BIM的應用

綠色建筑在全壽命周期內的設計一般包括5個階段：可行性研究階段；方案設計、初步設計階段；建設實施階段；運營維護階段；最后為銷毀階段。

在建設項目的可行性研究階段，BIM為其在技術與經濟上提供了可行性論證，提高了結果的準確性與可靠性。

在方案設計階段，需要考慮環境對建筑的影響，這需要從風、光、熱三個方面對建筑外部環境進行綜合分析，BIM模型的建立信息更豐富、易于觀察、便于交流，可以導入相關分析軟件，結合建筑設計理論及方法確定最優的建筑方案；在初步設計階段，需要對建筑選用的構造形式進行初步確定，例如開窗位置、遮陽形式、降噪措施等方面的處理，BIM建模進行各專業間的碰撞檢查，復合模型、優化項目。

在施工過程中需要對綠色建筑的能耗進行動態計算，量化分析，利用BIM施工建模進行施工方案研討、成本預估、工期控制等分析；BIM模型對各參與方信息進行協調整合，加強工程項目在施工過程中可預見的風險控制和協調能力。

在運營維護階段，BIM建筑信息模型為業主提供所需的所有系統信息，在施工階段所做的修改將同步更新到BIM模型中，并最終形成BIM竣工模型，作為各種設備管理的數據庫，為系統的運營與維護提供基礎。BIM建筑信息模型模擬分析貫穿整個綠色建筑設計工程。

2 基于BIM的建筑節能分析

2.1 建筑節能主要影響因素

對影響建筑節能的各因素進行分析，分為外因和內因兩部分，外因是指建筑周邊環境及氣候因素的外部條件；內因是指建筑本身，包括朝向、外圍護結構、體形系數等建筑節能參數。本文的研究是基于建筑方案設計階段的影響因素對建筑節能的影響。要降低建筑的能耗，只有定性分析是不夠的，需要定量分析建筑能耗，BIM技術為建筑性能分析的應用提供了可能性。

經過上面的講述，影響建筑節能的因素很多，但外擾在項目設計初期就已經確定，內擾在項目設計后期才能具體確定，本文主要利用BIM技術分析建筑本體因素對建筑節能的影響，包括建筑朝向、建筑體型、建筑日照、建筑通風等等。

2.2 BIM建筑節能分析技術的方法

設計師在建筑前期設計階段的節能分析相比設計最終階段的節能分析，其解決問題相對輕松，耗費的人力物力都很少。同時在設計早期得到建筑能量問題的反饋，處理這些問題也相對容易。BIM技術就很好的為我們解決了這個問題。

圖1 BIM建筑節能分析技術的方法

3 BIM技術輔助建筑方案設計

3.1 輔助建筑朝向設計

建筑朝向是指建筑物多數采光窗的朝向。建筑物主體的平面形式為矩形時，其短軸方向為次要朝向，長軸方向為主要朝向。朝向對建筑節能的影響主要體現在兩方面：①不同朝向的建筑物獲得的太陽輻射熱的差異；②由建筑朝向所決定的建筑本身的通風狀況。由于我國大部分地區處于北溫帶，建筑“坐北朝南”是比較好的朝向，建筑朝向受很多條件的制約，建筑不可能都在最佳朝向上，這時候就應該結合場地條件，因地制宜、靈活地來確定合理的朝向范圍，同時利用BIM能耗分析技術，進行多方案的能耗比較，來指導我們設計出更合理的節能建筑。

3.2 輔助建筑體型設計

我們都知道在熱工性能方面具有相對優異的表現是體形系數較小的建筑，而其他風、光等氣候因素又對建筑形體產生制約，與建筑的熱工性能發生矛盾，在方案形體研究階段，用BIM技術對影響建筑形體的各氣候因素進行分析，使建筑設計人員在確定建筑形體時就把建筑節能考慮在內，使建筑能耗降低，達到節能效果。

不同建筑形體會對其周圍的風環境產生不同的影響，在哪個位置產生風影區，很大程度取決于建筑的形體。風影區的大小與建筑的長度、高度、進深有很大關系。基于相同的建筑高度和進深，越長的建筑其風影區越大；基于相同的建筑長度和進深，越高的建筑其風影區越大；基于相同的建筑長度和高度，越大的進深其風影區越小。用Ecotect建筑生態大師進行風影區的通風分析。

3.3 輔助建筑日照分析

生態大師Ecotect中的“陰影范圍”功能可以用于研究特定時間段內建筑的陰影分區特點及變化規律，作為分析建筑日照間距的有力工具，陰影范圍是以指定時間間隔顯示當前日期下某一特定時間段的陰影變化范圍，通過改變時間，可以實現陰影范圍的自動更新。

3.4 輔助建筑通風分析

建筑物通風環境的影響因素主要是周邊建筑物的阻擋作用。由于前面建筑寬度、高度、深度的不同，對建筑背風面的漩渦范圍產生影響，結果導致要達到理想的通風效果，建筑的通風間距各不相同。

圖2 建筑高度、面寬、進深對風環境的影響

垂直于建筑物正面的風，如果建筑間的間距大于4～5H時，才能使后排建筑物的迎風面保持正壓，同時需要加大建筑物間距才能保持原來的氣流狀態。根據英國學者的研究，建筑物的間距D為前排建筑高度H的6倍時才能避免發生“風影”效應。通常而言，日照間距遠遠小于通風間距，導致用地浪費和不利于節約成本，在實際項目中，很少采用。

若要實現自然通風，以下幾點值得參考：

（1）建筑布局應適當疏松，前后間距合理；

（2）以夏季主導風向為建筑的主要朝向，或在允許范圍之內控制其夾角；

（3）確定建筑間合理的位置關系和角度關系，達到空氣流動順暢的效果。

4 結論與展望

本文基于BIM技術的建筑節能分析在建筑設計的應用為研究方向，從建筑設計出發，以建筑節能分析為研究理論基礎，結合場地氣候、地形特征，建筑本身的設計，探討BIM技術在建筑節能設計中適宜、科學的設計方法。

①論文介紹了BIM技術的概念、特點及其在建筑節能中的應用；②結合BIM技術在建筑節能中的應用，總結出BIM技術分析在建筑方案設計階段的應用研究的優勢；③通過對建筑朝向、形體、日照、通風等方面的分析，討論了BIM技術在建筑方案輔助節能設計中的策略研究，從真正意義上構建節能建筑。

[1]王君峰，謬小烽.Revit Architecture 2010建筑設計火星課堂.人民郵電出版社，2010.

[2]陳繼良，張東升.BIM相關技術在上海中心大廈的應用建筑技藝.建筑技藝，2011.

[3]梁波.基于BIM技術的建筑能耗分析在設計初期的應用研究，2014.

[4]苗欣.綠色建筑與BIM技術的應用.浙江房地產，2012.

[5]任佳.BIM帶來建筑產業革命.中國建筑報，2013.