基于BIM技術(shù)的建筑節(jié)能優(yōu)化策略探析

高 明

1.山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院建材產(chǎn)品檢測(cè)部,山東 泰安 271000

2.山東省鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)建材質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心,山東 泰安 271000

當(dāng)前BIM技術(shù)已經(jīng)廣泛融入建筑設(shè)計(jì)與施工管理環(huán)節(jié)，科學(xué)運(yùn)用BIM信息技術(shù)可以為建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化提供建議。同時(shí)，由于BIM有能耗預(yù)測(cè)功能，采用BIM技術(shù)平臺(tái)可以為建筑模型的節(jié)能方案運(yùn)用提供能耗分析參考，進(jìn)而為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)提供助力。結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行BIM建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠?yàn)樽x者更好地展示BIM的運(yùn)用價(jià)值，并為同仁優(yōu)化設(shè)計(jì)節(jié)能效果提供思路。

1 BIM技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值

1.1 為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)提供可視化模型

BIM技術(shù)作為優(yōu)良的信息化模型搭建平臺(tái)，不僅可以將設(shè)計(jì)參數(shù)模型化、直觀化地展示出來，更重要的是可以結(jié)合節(jié)能技術(shù)應(yīng)用方案對(duì)建筑節(jié)能效益進(jìn)行參數(shù)表達(dá)，這樣就能夠幫助設(shè)計(jì)者對(duì)建筑模型的節(jié)能設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面的節(jié)能效果分析，并且能結(jié)合建筑材料的造價(jià)、節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的施工方案進(jìn)行造價(jià)分析，幫助建筑設(shè)計(jì)者在節(jié)能與經(jīng)濟(jì)之間找到平衡。

1.2 為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案提供碰撞檢查服務(wù)

BIM技術(shù)在建筑行業(yè)中被應(yīng)用得較多的一個(gè)功能是碰撞檢查。利用BIM技術(shù)的這一功能，建筑設(shè)計(jì)人員可以對(duì)多專業(yè)設(shè)計(jì)圖紙的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)合，并且能夠?qū)υO(shè)計(jì)中的沖突碰撞問題進(jìn)行綜合分析，而在節(jié)能設(shè)計(jì)中，也有部分設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與其他專業(yè)碰撞的問題，因此在利用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)可以利用碰撞檢測(cè)模塊做好模型碰撞問題分析與解決。

1.3 為節(jié)能建筑建設(shè)提供全過程信息管控系統(tǒng)

在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是能夠形成多種數(shù)據(jù)信息關(guān)聯(lián)體系，利用BIM技術(shù)強(qiáng)大的信息整合能力，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)人員可以對(duì)建筑節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的設(shè)計(jì)、施工甚至運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)進(jìn)行信息統(tǒng)合分析，并且可以預(yù)測(cè)建筑使用過程中的能耗情況、維修費(fèi)用等，為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的整體優(yōu)化提供保障。

2 BIM技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的優(yōu)化策略

某建筑主體長(zhǎng)57.8m、寬17.2m、高11m，外墻及屋頂材質(zhì)均為鋼筋混凝土，窗為木質(zhì)窗框的單層玻璃窗，戶門及陽臺(tái)門為單層玻璃木門，空調(diào)系統(tǒng)為分散式空調(diào)系統(tǒng)并且未采用新能源系統(tǒng)。

2.1 對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行全面審核

建筑項(xiàng)目的節(jié)能效果與設(shè)計(jì)方案有莫大關(guān)系，在前期對(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)方案進(jìn)行審核可以降低后期施工難度與造價(jià)，同時(shí)提升節(jié)能系統(tǒng)運(yùn)行效果。BIM模型搭建過程中可以通過掃描與錄入的方式對(duì)設(shè)計(jì)信息進(jìn)行全面檢查，然后可以建立直觀化的三維模型，這能夠降低人工計(jì)算過程中的諸多誤差，還能為節(jié)能設(shè)計(jì)審核提供便利。針對(duì)該工程進(jìn)行設(shè)計(jì)質(zhì)量檢查與分析時(shí)，通過Ecotect Analysis應(yīng)用軟件指定項(xiàng)目信息視圖（PROJECT）錄入模型信息并指定三維編輯視圖（3DEDITOR），根據(jù)經(jīng)驗(yàn)建立簡(jiǎn)化模型，如圖1所示。

圖1 BIM中的建筑三維模型

2.2 優(yōu)化建筑節(jié)能設(shè)計(jì)理念

我國(guó)建筑節(jié)能化技術(shù)已經(jīng)較為成熟，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)理念也深入人心。在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)工作中運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化輔助時(shí)，設(shè)計(jì)模型中會(huì)加入當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境及氣候特征的參數(shù)要素，當(dāng)?shù)氐娜照諘r(shí)長(zhǎng)、風(fēng)向變化以及雨季降水等參數(shù)信息都會(huì)與節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)結(jié)合起來，提升建筑設(shè)計(jì)的節(jié)能理念應(yīng)用效果，并對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中較為重要的空氣流動(dòng)通道設(shè)計(jì)、室內(nèi)自然照明設(shè)計(jì)以及保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等內(nèi)容都可以在BIM平臺(tái)上形成精準(zhǔn)的節(jié)能預(yù)測(cè)參數(shù)，為建筑節(jié)能效果分析提供依據(jù)。

2.3 優(yōu)化建筑資源的利用率

建筑節(jié)能的一大體現(xiàn)就是在建筑建設(shè)及改造過程中的資源利用效率較高，這一點(diǎn)在BIM輔助設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中也有體現(xiàn)。BIM平臺(tái)上可以形成建筑施工的虛擬過程演示成果，在虛擬施工分析中建筑設(shè)計(jì)人員可以對(duì)施工中的能耗、資源浪費(fèi)問題進(jìn)行分析，并通過科學(xué)的施工協(xié)調(diào)與物資管控來提升施工能效。BIM技術(shù)的這一優(yōu)勢(shì)可以直接降低建筑節(jié)能施工的造價(jià)，為建筑資源的利用率優(yōu)化提供助力。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)結(jié)果，BIM技術(shù)平臺(tái)的應(yīng)用可以幫助建筑施工企業(yè)降低材料費(fèi)，高達(dá)總量的10%，并且優(yōu)化施工推進(jìn)中的能耗管控過程，為建筑施工企業(yè)選擇更加環(huán)保、先進(jìn)的材料提供了空間。

2.4 優(yōu)化建筑室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)效果

BIM信息平臺(tái)具有其他設(shè)計(jì)軟件無可比擬的模擬分析能力，利用BIM技術(shù)平臺(tái)可以對(duì)建筑設(shè)計(jì)的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行全面模擬，為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)化提供直觀依據(jù)。在運(yùn)用BIM平臺(tái)時(shí)，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)人員可以利用如下技術(shù)模塊進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境模擬。一是室內(nèi)通風(fēng)環(huán)境模擬。通過BIM技術(shù)可以對(duì)室內(nèi)自然風(fēng)的氣流運(yùn)行情況進(jìn)行直觀展示，設(shè)計(jì)中結(jié)合建筑模型的使用情況進(jìn)行通風(fēng)口位置及尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠更好地提升室內(nèi)通風(fēng)效果。二是進(jìn)行自然光照模擬分析。通過BIM平臺(tái)的運(yùn)用設(shè)計(jì)人員可以對(duì)建筑采光需求以及建筑日照情況進(jìn)行模擬分析，進(jìn)而對(duì)設(shè)計(jì)方案的節(jié)能效果進(jìn)行了解。另外，建筑周圍水體以及降水情況也能夠?yàn)榻ㄖG化設(shè)計(jì)提供參數(shù)，通過方案模擬來分析綠色植物種植及養(yǎng)護(hù)的造價(jià)、建筑降溫效果等信息，進(jìn)而為建筑綠化設(shè)計(jì)的節(jié)能優(yōu)化提供依據(jù)。

綜合考慮各項(xiàng)因素，針對(duì)此案建筑節(jié)能改造應(yīng)采取的主要措施如下：墻體外貼XPS保溫板或外貼STP保溫板；屋頂外抹保溫砂漿或屋頂貼XPS保溫板；窗改為雙層玻璃鋁合金框或low-E中空玻璃高分子材料框，如圖2所示；門改為實(shí)松木門或中間夾保溫材料木門；空調(diào)系統(tǒng)選用合適的裝機(jī)容量；新增太陽能光伏電板。各部件改造方案不同，因此會(huì)有S=2×2×2×2×1×1=16種節(jié)能效果與造價(jià)不同的改造方案，應(yīng)用Ecotect軟件對(duì)16種方案進(jìn)行逐個(gè)模擬分析得到最佳節(jié)能效果改造方案，具體參數(shù)如表1所示。

圖2 low-E中空玻璃框?qū)嵭D

表1 建筑節(jié)能技術(shù)設(shè)計(jì)方案的造價(jià) 單位：元/m2

通過BIM技術(shù)平臺(tái)的能耗分析對(duì)比可知，沒有進(jìn)行建筑節(jié)能技術(shù)改造前，建筑的全年能耗可達(dá)165000kW·h，在進(jìn)行建筑節(jié)能技術(shù)改造之后由BIM平臺(tái)模擬可知，能耗在1000000～115000kW·h，節(jié)能建筑技術(shù)改造之后能效可以提升50%～65%，每年可以節(jié)省65000kW·h，如果按照每度電0.5元的單價(jià)來算，每年整個(gè)建筑運(yùn)行可以節(jié)省3萬多元，節(jié)能后建筑可達(dá)綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)束語

總之，在我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展中，環(huán)保化趨勢(shì)越來越明顯。建筑節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)化措施的運(yùn)用應(yīng)在科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的框架下進(jìn)行，BIM技術(shù)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)建筑模型的搭建，也能夠?yàn)榻ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)方案把關(guān)，在具體設(shè)計(jì)中不僅要積極運(yùn)用多元化的節(jié)能策略，還應(yīng)該通過長(zhǎng)期維護(hù)與節(jié)能改造來不斷提升建筑節(jié)能效果，為建筑的長(zhǎng)期環(huán)保價(jià)值提供保障。