試論BIM技術在高層建筑節能設計中的應用

王 穎 中國瑞林工程技術股份有限公司

1 BIM技術的概述

BIM，中文名為建筑信息模型，其應用是建立基于建筑工程綜合信息的三維工程數據模型，從而更全面、直觀地掌握建筑施工過程。在建筑業中，該技術概念最早應用于建筑設計是在20 世紀初，隨著多年來不斷完善，得到了建筑業的認可。BIM技術在某些功能上與CAD技術相似，但也有明顯的區別。它可提供建筑物整個施工和使用周期所需的各種數據和信息，如建筑物的空間幾何信息、施工進度信息、施工過程的造價信息等，不僅能以三維的形式在電腦上顯示相關的建筑信息，能夠詳細的展示建筑的各部分要點，進而實現精細設計的要求。

2 BIM技術在建筑節能設計階段內涵價值

在建筑節能設計中，BIM 技術的應用不同于傳統CAD 設計模式，其設計圖紙的實用價值更高，也能更加直觀展示，改善了傳統設計模式的弊。在節能設計階段，BIM技術使傳統的二維設計過渡到三維設計，然后，通過對三維圖紙可行性分析，實現建筑設計的重大改革。在傳統模式下，建筑設計完成后進行能耗分析，而BIM 技術是在設計初期采用兼容性強的三維模型進行能耗分析，以確保可持續發展理念融入設計過程。其包含以下內涵價值。

（1）BIM 技術實現了數據的數字化顯示，將實際建筑參數統一到模擬代用品上進行處理。

（2）BIM技術推動建筑工程朝著信息化、科技化發展，實現傳統建筑分析方法的創新。通過模型數據的輸入、更新、修改和檢驗，使整個建筑設計方案更加科學、經濟、可行。

（3）BIM 技術系統中的所有數據都是開放、透明、可共享的，營造了一種共享的氛圍。因此，所有設計師都可實時溝通、資源共享，不僅提高了工作效率，降低了工程成本，還取得良好建筑節能效果。

3 工程概況

某地區一高層建筑項目，工程總建設面積約6180m2，總建筑面積約1020m2。為提升項目的節能措施，本項目采用BIM技術，取得了不錯的節能效果。

3.1 建筑節能設計的要點

在施工現場數據和信息調查之前，要從建筑物的場地、地形、適應性等方面進行收集。（1）在綜合分析建筑所在地氣候條件的基礎上，確定了該地區建筑結構的節能設計方案（2）合理設計建筑朝向，確保滿足建筑節能要求。（3）合理選擇物美價優，且節能性能良好的建筑結構材料。（4）合理設計建筑體積和空間結構，充分引入自然光，設計科學合理的遮陽方式。

3.2 BIM技術在在設計初期的應用

（1）BIM技術輔助確定建筑的朝向。建筑朝向是指建筑物接受光照的朝向，其主要通過建筑物自身的通風效果以及受太陽能量的差異影響建筑物的能耗。因此，利用BIM 系統中先進自動模型幾何分析功能，把建筑模型直接轉換為建筑能量模型，進而綜合分析不同熱塊能量模型方案的差異，最終確定建筑朝向方案。因此，在本項目中，事先根據場地地形情況，利用BIM技術綜合分析建筑物朝向，并綜合分析太陽輻射以及采光的情況，最佳方向為東偏南22°、西偏南22°。其次，根據建筑物的性質要求，為更好突出建筑物的形象，最終確定建筑物的朝向為東偏南20°。

（2）BIM技術輔助優化建筑形體設計。利用BIM技術對影響建筑造型的各種氣候因素進行分析，幫助設計師在確定建筑造型前將建筑節能作為考慮因素之一，從而降低建筑能耗。本工程地處氣候濕度大、常年有風的地區。因此，可考慮通風要求，改善室內環境。

一方面，確定輔助功能的位置，如建筑物交通體。本項目采用兩種布局方案：其一：交通主體在東部；其二：交通主體在西部。利用BIM技術，分析兩種方案的通風效果，該地區全年北風。方案1，辦公樓容積前后有一定壓差，通風效果好。方案2，樓體前后無壓差，通風效果差。因此，最終選定方案1。

另一方面，加強建筑通風設計。通過BIM技術建立模型，分析建筑的綜合情況，按照建筑物的形狀來選定遮陽模式以及相關的尺寸，進而制定出經濟可行的設計方案。

3.3 BIM技術輔助建筑維護結構設計

（1）合理選用建筑外圍護墻材料，基于BIM 技術，分析各種類型墻體材料的能耗情況，因此，除了鋼筋混凝土外，還可以選擇一些保溫性能好的保溫材料，如保溫復合墻板等。結果表明，隨著建筑墻體材料熱絕緣性能的提高，每平方米能耗顯著降低。

（2）建筑外窗材料的選擇。通過控制不同朝向的門窗面積比，可以有效地降低門窗的傳熱系數，保證門窗滿足節能環保的要求。因此，選用鋁合金窗框材料；選用導電率低的外門窗玻璃材料；選用密封性能好的門窗。基于BIM技術，分析了門窗材料的能耗，確定了最佳門窗材料。結果表明，選用傳熱系數較低的門窗材料，建筑每平方米能耗呈明顯下降趨勢，節能效果顯著。

4 結論

總之，BIM 技術作為一種先進的技術設計理念，能夠有效提供科學、準確的數據信息來判斷建筑設計的性能指標，實時分析建筑設計方案的合理性，進而對設計方案進行科學合理的優化，有效減少建筑物后期的能耗。