建筑節(jié)能與BIM應(yīng)用

于江文

(青島理工大學(xué) 山東 臨沂 276000)

1 建筑能源的消耗現(xiàn)狀

在全球能源消耗中，45%的能源用于滿足建筑制冷、制冷和照明的要求，5%用于建筑施工過程。降低建筑能耗可以減少全世界的能源消耗，有助于維持整個生態(tài)系統(tǒng)的鞏固。我國節(jié)能工作與發(fā)達(dá)國家相比相對起步較晚，目前仍然存在能源浪費嚴(yán)重的問題例如，與氣候條件相似的發(fā)達(dá)國家相比，我國建筑的采暖消耗量為4—5倍，屋頂為2.5—5.5倍，外窗為1.5—2.2倍，門窗的透氣性為3—6倍，總能耗為3—4倍。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，每年在數(shù)千萬新建和改建的建筑物中消耗數(shù)十億噸樹木、磚石和礦物材料，導(dǎo)致過度砍伐森林和大規(guī)模開采物質(zhì)資源，造成土地破壞、植被退化、物種損失和自然環(huán)境惡化。這些現(xiàn)象都給我們敲響了警鐘，節(jié)能減排勢在必行。

2 BIM的價值及作用

2.1 解決建設(shè)信息化的瓶頸問題

建立單一的工程數(shù)據(jù)源，推廣現(xiàn)代CAD技術(shù)的應(yīng)用，推進(jìn)建筑全生命周期管理，實現(xiàn)工程性能、質(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本在施工生命周期各階段的一體化管理，對總成本進(jìn)行分析、預(yù)測和控制，建設(shè)項目全生命周期的能源消耗和環(huán)境影響。

2.2 施工管理

實現(xiàn)項目交付一體化IPD管理；實現(xiàn)動態(tài)、集成、可視化的4D施工管理；將建筑物、施工現(xiàn)場的三維模型與施工進(jìn)度相結(jié)合，結(jié)合施工資源和場地布置信息，建立4D施工信息模型。

在建設(shè)項目施工階段，實現(xiàn)了對工程進(jìn)度、人力資源、設(shè)備、成本、場地布置等的動態(tài)集成管理，實現(xiàn)了施工過程的可視化。實現(xiàn)項目所有參與者的協(xié)同工作：項目所有參與者的信息共享，基于網(wǎng)絡(luò)的文件、圖紙和文件的提交、審核、批準(zhǔn)和使用。通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)作，項目各方協(xié)商協(xié)調(diào)，實現(xiàn)對施工質(zhì)量、安全、成本、進(jìn)度的管理和監(jiān)控。

3 BIM技術(shù)在當(dāng)前建筑節(jié)能工程中的主要應(yīng)用分析

3.1 建筑節(jié)能設(shè)計方面的應(yīng)用

在建筑技法設(shè)計過程中，設(shè)計的初始階段主要集中在方向和造型上。在施工階段，建筑朝向的選擇非常重要。此時，采用BIM技術(shù)對建筑朝向進(jìn)行分析，最常見的方法是利用BIM技術(shù)的能耗分析技術(shù)對定位方案的能耗進(jìn)行比較，從而確定朝向。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行模型分析，將模型轉(zhuǎn)化為正式的能力建設(shè)模型。建筑體型設(shè)計也得到了廣泛的應(yīng)用，為了滿足建設(shè)項目的實際和經(jīng)濟(jì)需要，有必要在建筑BIM的體型設(shè)計階段分析各氣候特征，以減少對建筑的測量實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。

3.2 集成化設(shè)計方面的應(yīng)用

在建筑一體化設(shè)計過程中，BIM技術(shù)可以全面優(yōu)化建筑整體設(shè)計[1]，實現(xiàn)建筑項目真正的生態(tài)節(jié)能設(shè)計，為設(shè)計工作提供有針對性的軟件應(yīng)用平臺，通過項目開發(fā)解決合作過程中的相關(guān)問題。BIM技術(shù)集成化設(shè)計的優(yōu)勢在于可以提供集成化的信息和集成化的信息，為了保證建筑結(jié)構(gòu)形式與工程造價設(shè)計的合理性和相關(guān)性，應(yīng)在設(shè)計初期進(jìn)行造價優(yōu)化控制

4 綠色建筑節(jié)能設(shè)計中BIM技術(shù)的運(yùn)用方案分析

4.1 日照情況模擬

玻璃幕墻在建筑中的作用是有效地阻擋太陽光的輻射。目前，綠色建筑設(shè)計的目標(biāo)是穩(wěn)定降低建筑能耗，不斷減少室內(nèi)溫室氣體排放，同時保證建筑主體的保溫效率，以達(dá)到預(yù)期的優(yōu)化調(diào)整運(yùn)行目標(biāo)。在仿真分析環(huán)節(jié)，合理建立建筑三維數(shù)字模型，通過ecolect軟件對不同時期建筑表面的太陽輻射進(jìn)行精確分析，將收集到的信息作為建筑朝向規(guī)劃的具體依據(jù)。

4.2 室外環(huán)境模擬

在建筑設(shè)計和施工作業(yè)中，要根據(jù)周圍環(huán)境等因素確定施工方位。同時，還要做好建筑規(guī)劃和景觀綠化布局。在充分了解建筑物周圍環(huán)境信息的基礎(chǔ)上，分析了風(fēng)向分布和具體的風(fēng)蝕情況，在室外環(huán)境模擬設(shè)計階段，應(yīng)采用流體力學(xué)的計算機(jī)模擬分析技術(shù)進(jìn)行操作，掌握建設(shè)項目周邊風(fēng)壓差值，研究建設(shè)項目周邊自然通風(fēng)的基本信息，在設(shè)計過程中，借助一系列數(shù)據(jù)信息內(nèi)容整合，對建筑設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，實現(xiàn)真正意義上的綠色建筑建設(shè)。

4.3 室內(nèi)采光模擬

利用BIM技術(shù)對不同形狀的建筑物進(jìn)行模擬。為了改善建筑能耗機(jī)理，從實際出發(fā)，對室內(nèi)照明和基礎(chǔ)照明進(jìn)行了研究，并利用該技術(shù)的軟件仿真技術(shù)對室內(nèi)外通風(fēng)條件進(jìn)行了模擬。利用計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)[2]，集成玻璃開孔的類型和尺寸信息，觀察建筑能耗和基本變化趨勢。

4.4 風(fēng)環(huán)境模擬[3]

采用BIM技術(shù)模擬建筑的室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境，特別是室外氣候變化對建筑周圍風(fēng)速和風(fēng)壓的影響，從而優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)和通風(fēng)系統(tǒng)，增強(qiáng)建筑的整體性能自然風(fēng)在建筑通風(fēng)中的應(yīng)用，減少了室外氣候變化對建筑周圍風(fēng)速和風(fēng)壓的影響，降低了建筑通風(fēng)系統(tǒng)的能耗。

5 BIM技術(shù)未來發(fā)展前景分析

現(xiàn)階段涌現(xiàn)出許多大型復(fù)雜的建設(shè)項目，BIM技術(shù)也可用于實現(xiàn)節(jié)能分析和通風(fēng)分析。BIM技術(shù)的未來還體現(xiàn)在以下幾個方面：

5.1 BIM的創(chuàng)新應(yīng)用

BIM技術(shù)可以與三維激光掃描技術(shù)相結(jié)合，對建筑進(jìn)行掃描，將激光產(chǎn)生的點整合到平面上，導(dǎo)入到建筑模型中；此外，BIM技術(shù)在古建筑和其他文化遺產(chǎn)的應(yīng)用中可以發(fā)揮巨大的作用，并能準(zhǔn)確還原歷史文化遺產(chǎn)，這有利于歷史文化遺產(chǎn)的保護(hù)，對遺產(chǎn)的改造具有重要意義。

5.2 BIM與綠色建筑

BIM技術(shù)可以為實現(xiàn)綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)提供一系列的管理和分析工具。綠色建筑在促進(jìn)綠色建筑的發(fā)展和創(chuàng)新方面具有巨大的潛力，是建筑業(yè)的大勢所趨。為綠色建筑設(shè)計過程中建筑能耗和建筑材料的計算與評價提供了分析依據(jù)。它能有效地實現(xiàn)土地和材料的合理利用，降低噪聲、光能、風(fēng)能等的污染程度。同時，通過對生態(tài)環(huán)境指標(biāo)的分析與評價，提出了一整套降低能耗、合理有效利用自然能源的方案。

6 結(jié)語

隨著時代的進(jìn)步和社會的發(fā)展，綠色節(jié)能建筑越來越符合時代的需要。在建筑綠色節(jié)能設(shè)計中，可以利用BIM技術(shù)優(yōu)化建筑的采光、采暖、通風(fēng)系統(tǒng)，加強(qiáng)BIM技術(shù)在設(shè)計過程中的應(yīng)用，提高BIM技術(shù)的應(yīng)用水平，提高建筑的綠色節(jié)能效果。[4]BIM技術(shù)在當(dāng)前建筑綠色節(jié)能設(shè)計中的應(yīng)用，為后續(xù)建筑的可持續(xù)發(fā)展提供了載體和路徑。隨著建筑科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，生產(chǎn)成本和運(yùn)營成本得到了優(yōu)化和降低，為中國綠色建筑業(yè)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)，未來的發(fā)展前景將相當(dāng)可觀。