暖通綠色設(shè)計中的BIM技術(shù)

王異 王曉磊

摘 要：基于BIM技術(shù)的綠色建筑設(shè)計是當前中國建筑業(yè)發(fā)展的大趨勢。可以預見隨著BIM技術(shù)及各類綠色設(shè)計軟件的進一步完善，以BIM可持續(xù)設(shè)計技術(shù)為核心的綠色建筑設(shè)計必將獲得更加廣泛的推廣和普及。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；暖通綠色設(shè)計；應用

1 引言

綠色設(shè)計在評價體系中是非常重要的一個環(huán)節(jié)，將BIM技術(shù)應用在暖通綠色設(shè)計各個階段，利用BIM技術(shù)的諸多優(yōu)勢，通過模擬建筑的風、光、熱、聲四大建筑環(huán)境，有效控制建筑的布局和物理環(huán)境情況，不僅有利于建筑師全面、準確、有效的設(shè)計出高質(zhì)量的綠色建筑，也為國家推動綠色建筑健康快速的發(fā)展提供了有力的技術(shù)支持和保障。

2 BIM技術(shù)分析

BIM技術(shù)作為一種應用于工程設(shè)計建造管理階段中的數(shù)據(jù)化工具，可通過參數(shù)模型整合各種項目相關(guān)信息，在項目設(shè)計開發(fā)的全生命周期過程中實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享與傳遞，使設(shè)計方案更為科學與合理。BIM技術(shù)由ChuckEastman于1975年首次提出，并開始逐步應用于各個行業(yè)領(lǐng)域，對提高設(shè)計質(zhì)量、優(yōu)化設(shè)計效果起到了非常重要的作用。

3 BIM技術(shù)在暖通綠色設(shè)計中的應用

3.1 建筑能耗分析

基于BIM技術(shù)仿真模擬分析建筑能耗，特指建筑的運行能耗，即人們?nèi)粘Ｓ媚埽绮膳⒖照{(diào)、照明、炊事、洗衣等的能耗。整個過程透明化，各參與方通過3D數(shù)字信息模型就可以事先模擬建筑物任意構(gòu)件變換后所產(chǎn)生的能耗。能耗分析結(jié)果可以用各種各樣的色彩圖表直觀表達出來，也可導出動畫，提高可讀性。

3.2 風環(huán)境分析

基于BIM技術(shù)的室外風環(huán)境模擬可以準確地對不同的建筑布局方案進行風環(huán)境的模擬分析比較，從而設(shè)計出合理的建筑布局方案。而且，通過模擬建筑外環(huán)境的風流動情況，可以獲得各單體建筑周圍的空氣流動情況以及建筑表面風壓分布和風壓系數(shù)的分布，借助這些信息可進一步指導建筑內(nèi)的自然通風設(shè)計。建筑內(nèi)部自然通風方式、機械通風的氣流組織是否合理等問題，也可利用CFD模擬軟件進行分析。模擬建筑在外窗全部開啟的情況下，其室內(nèi)通過自然風壓形成的室內(nèi)氣體流動，對其建筑室內(nèi)的自然通風狀況進行預測，為建筑功能布局、窗口位置提供合理化建議，并為內(nèi)部通風系統(tǒng)提供節(jié)能策略。此外，通過確定風口布置、風口形式以及風量等設(shè)計參數(shù)設(shè)定模型計算參數(shù)，對室內(nèi)機械通風的氣流組織情況進行分析，根據(jù)氣流流向、流速、流量分布等數(shù)據(jù)，分析通風空調(diào)方案的合理性及方案優(yōu)化比選。

3.3 聲環(huán)境分析

將BIM模型數(shù)據(jù)導入聲環(huán)境模擬軟件對建筑聲環(huán)境進行模擬，通過建筑表面內(nèi)部的噪聲分布、噪音等聲線圖、聲強線圖等可為建筑物布局、道路規(guī)劃的合理性、隔聲屏障設(shè)置等提供科學的技術(shù)分析依據(jù)，得出建筑周邊噪聲分布情況、優(yōu)化圍護結(jié)構(gòu)隔聲設(shè)計等。對聲音品質(zhì)要求較高的工程項目（如劇院、演播廳、音樂廳等），需要對建筑室內(nèi)音效和音質(zhì)進行精確的計算，通過聲仿真模擬軟件得出的室內(nèi)等聲線云圖、聲強分布圖，混響時間測算數(shù)據(jù)等，確定方案的合理性以及優(yōu)化其外部幾何形體、內(nèi)部空間布局及高度、看臺設(shè)計等。

3.4 熱能環(huán)境分析

基于BIM技術(shù)室內(nèi)熱環(huán)境分析主要研究太陽輻射、圍護結(jié)構(gòu)傳熱傳濕、人為釋熱等因素對室內(nèi)熱環(huán)境的影響。通過仿真模擬，得出室內(nèi)溫度場、矢量場等結(jié)果，用于確定建筑遮陽方式、建筑保溫材料與保溫形式、驗證室內(nèi)通風空調(diào)方案的合理性等。也可以用來模擬建筑群夏季典型日不同時刻的室外平均溫度與來流溫度，從而計算建筑群的平均熱島強度。

4 案例分析

4.1 工程概述

以某建筑工程為例，建筑總面積56324㎡，總高度為25.3m，地上5層地下1層，建筑主體部分主要包括教學樓、學生宿舍、辦公樓等，其中，所占面積最大的學生宿舍。地下1層為冷熱源機房，并安裝有2臺地源熱泵機，一臺額定制熱量為290kW，一臺額定制冷量為280kW。

4.2 暖通空調(diào)設(shè)計方案

（1）冷熱源。一方面，學生宿舍、餐廳、沐浴室。要求系統(tǒng)可以夏季供冷，設(shè)計為多聯(lián)機空調(diào)來提供所需冷負荷；冬季供暖則由鍋爐房提供二次供水，水溫度為94℃/73℃，經(jīng)過熱轉(zhuǎn)換器后，所提供的二次熱水供回水溫度降低為85℃/60℃。另外，為滿足實際應用需求，還就學生宿舍屋面設(shè)置多肽太陽能熱水集熱器。另一方面，辦公樓、教學樓。此部分區(qū)域冷熱源設(shè)計，主要選擇為地源熱泵系統(tǒng)提供，可以滿足實際應用需求。（2）負荷計算。暖通空調(diào)運行時將會產(chǎn)生冷熱負荷，在對負荷進行計算時，需要應用專業(yè)軟件，如常見的DeST能耗計算軟件，來對不同區(qū)域供冷、供熱實際負荷進行計算。就該項目來說，運行負荷最大區(qū)域為教學樓，空調(diào)/供暖面積為1245W/m3，計算后負荷設(shè)計為117kW；負荷最小為餐廳和淋浴室，空調(diào)/供暖面積為132.5W/m3，計算后負荷設(shè)計為45kW主要受建筑面積大因素決定。（3）設(shè)計方案。在針對學校不同區(qū)域進行暖通系統(tǒng)設(shè)計時，需要根據(jù)實際需求來分析，對于不同區(qū)域來說，系統(tǒng)性能設(shè)計上存在較大差異。例如餐廳區(qū)域設(shè)計，需要注意循環(huán)風功能要求，應設(shè)計新風系統(tǒng)，注意風機管盤的協(xié)調(diào)作用。而在對教學樓區(qū)域進行設(shè)計時，要保證空調(diào)系統(tǒng)以及供暖設(shè)備可以滿足實際應用需求，要求空調(diào)系統(tǒng)具有定風量全空氣熱回收性能。并且要設(shè)置兩種供暖系統(tǒng)，即散熱器供暖和地板輻射值班供暖。同時，學生宿舍作為起居主要區(qū)域，在設(shè)計時要注意空調(diào)與散熱器供暖的協(xié)調(diào)設(shè)計，以滿足實際應用需求，且不會造成能源浪費為目的。與學生宿舍有較大區(qū)別的教室辦公樓，可以選擇應用多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)，與供暖系統(tǒng)保持一致，滿足日常供暖需求。

4.3 技術(shù)特點

①繪制方法。與二維設(shè)計中利用線不同組合，以及輔助文字、數(shù)字形式表達管線、設(shè)備投影關(guān)系不同，在應用BIM技術(shù)對管線、設(shè)備實際位置以及相互間連接方式進行表現(xiàn)時，除了線以外還包括點和面，可以更全面和完整的展示暖通空調(diào)系統(tǒng)特點。②表達方法。二維設(shè)計方法主要是聽過線不同組合與疊加方式，在二維投影內(nèi)展示閥門、管道輪廓以及設(shè)備輪廓線等位置信息，并輔助文字、數(shù)字等，對相關(guān)高度、尺寸等信息進行補充。而BIM技術(shù)的應用，可以直接選擇管道、設(shè)備模型，并根據(jù)實際要求建立管道尺寸、高度與相關(guān)三維信息模型，表現(xiàn)形式更為明確，有助于施工人員更好的理解和掌握設(shè)計要點，降低施工作業(yè)難度。

4.4 設(shè)計效果應用

BIM技術(shù)來對暖通空調(diào)系統(tǒng)進行設(shè)計，建立三維可視化BIM模型，經(jīng)過管線設(shè)計、BIM專業(yè)模型、碰撞報告等，并用過專業(yè)碰撞檢查和校核，在模型中確定各區(qū)域管線、設(shè)備，可以更直觀的表達管線連接與交叉方式。

5 結(jié)語

綠色建筑是在全壽命期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、保護環(huán)境、減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。基于BIM技術(shù)的綠色設(shè)計，即建筑設(shè)計工作基于建筑信息模型（BIM），結(jié)合當?shù)貧夂驐l件，強調(diào)從設(shè)計初始階段便依靠設(shè)計、評估的決策循環(huán)迭代流程，進行建筑效能分析，來產(chǎn)生符合環(huán)境效益的最佳設(shè)計方案，最終達到追求環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的目的。

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