BIM技術在綠色建筑節能設計中的應用研究

焦麗麗

（云南經濟管理學院，昆明 650106）

建筑行業是促進我國社會經濟水平不斷增長的支柱性產業之一，同時也是能源消耗量占比較高的行業之一，因此在建筑行業中推行綠色建筑也就成了促進建筑行業發展的必經之路。BIM技術是近幾年來被應用于建筑行業中的一種新興的建筑信息技術，這種技術的出現在很大程度上直接改變了傳統的建筑設計中圖像的二維表現形式，然后將各種圖像信息通過一種三維立體數字信息的模型進行了展現，建筑工程的設計過程及設計成果也都更加直觀，較好地解決了建筑設計及建設施工過程中的一些隱蔽性問題。BIM技術在建筑工程中的應用，設計人員將其與綠色建筑環保性設計理念、低耗能等理念進行了有機的融合，一方面提高了綠色建筑階段設計的水平，另一方面還使得綠色建筑間的設計結果與建筑工程項目的經濟需求相符合，為我國建筑行業的發展提供了更加廣闊的平臺。

1 綠色建筑節能設計

建筑工程項目在設計的過程中，要想進一步實現綠色節能的設計效果，設計人員首先要對建筑工程所處區域環境、氣象條件等進行深入的分析，與此同時還要對建筑工程施工中可能會遇到的一些問題及運維過程中可能會發生的一些問題進行全面的分析。我國在綠色建筑節能設計方面，以建筑節能減排為方向，要求建筑設計人員重點關注了建筑的采光、能耗和通風等多個方面的因素，對其進行綜合性的分析和考量后，對綠色建筑節能設計方案進行了不斷的優化，保證綠色建筑節能設計的效果與預期要求相一致。

2 BIM技術

BIM技術在綠色建筑節能設計中的應用取得了較好的效果，設計人員結合建筑項目的具體情況將BIM技術應用在了綠色建筑節能設計中的不同階段，比如首先在最初的概念設計階段，就融入了BIM技術，一直到初步設計階段及詳細設計階段，BIM技術均發揮出了較好的效果，這種新型技術的應用較好地解決了綠色建筑節能設計中二維設計方式引發的各種弊端。與此同時，通過應用BIM模型，設計人員還能夠對綠色建筑的室外風環境、室內氣流組織分析及建筑的采光情況等進行模擬。由于在應用的過程中，BIM技術有著較強的關聯性，其能夠針對各類數據進行統一的采取和管理，為施工過程中的研究及探討提供可靠的指導依據。一般情況下，項目BIM模型中就包括各個構件的詳細數據信息（圖1）。將BIM技術應用于綠色建筑節能設計中，其優勢得到了充分的發揮，比如BIM技術具備模擬性、可視性等特征，通過應用BIM技術能夠將整個建筑工程以一種更加精準的信息模型展現出來，幫助綠色建筑節能設計人員能夠及時發現設計方案中存在的一些缺陷及不足，并結合具體情況提出有效的調整策略，進一步增強綠色建筑節能設計效果的合理性和結果的準確性。近幾年來，隨著BIM技術在綠色建筑節能設計中的應用，同時還涉及到了AR增強現實技術、VR虛擬現實技術等三維立體顯示技術，從而將BIM技術在建筑節能設計中的優勢充分的展現了出來，給設計人員呈現出了一個更加直觀的設計成果。

圖1 BIM技術模型構建相關信息指標

3 綠色建筑節能設計中應用BIM技術的重要性

某一個建筑工程或者某一個建筑之所以被稱為綠色建筑主要是因為建筑在全生命周期內滿足了建筑居住以及實用方面的需求之外，還實現了保護生態環境的要求，節約了能源，提高了居民居住及使用的舒適性。有大量的研究人員發現，將BIM技術應用在綠色建筑節能設計中，不但在很大程度上提高了建筑的節能水平，還增強了建筑的功能性和舒適性，為居民的居住及使用提供了一個更好的環境，從而使人類發展與自然環境保持在了一個相對和諧的狀態。綠色建筑節能設計的過程中，設計人員采用一種更加科學、合理的方式將BIM技術應用在了綠色建筑節能設計中，通過應用自然資源，提高了自然資源的使用率，尤其降低了對一些合成材料的使用量。設計人員在基于設計成果的基礎上建立了三維數字信息模型，從而幫助施工人員、監理人員及其他項目參建方能夠更加直觀的認識到建筑的整體結構以及設計效果，從而為綠色建筑工程的順利施工做好了保障。

近幾年來，隨著我國社會經濟水平的高速增長，建筑工程的數量在逐年增多，規模也在不斷擴大，這也對綠色建筑節能設計提出了更高的要求，在這個新時期，綠色建筑節能設計人員遇到了新的挑戰。建筑工程項目在具體施工建設的過程中，可以通過應用BIM技術對施工進度進行模擬，結合工程進度與三維建模的成果，對不同施工階段對施工材料的需求數量及資金的使用情況進行準確的統計，從而結合具體情況對設計方案進行不斷的優化和完善，保證綠色建筑節能設計方案的便捷性和高效性。如圖2所示，通過應用BIM技術進行模型碰撞檢查，能夠及時發現綠色建筑節能設計中存在的問題，設計人員則可以根據工程建設標準，對相關數據進行更改優化，從而提高綠色建筑節能設計的效率，在綠色建筑節能設計工作中全面的貫徹落實節能理念。

圖2 BIM模型的碰撞檢查

4 綠色建筑節能設計中應用BIM技術的具體措施

4.1 綠色建筑采光中BIM技術的應用

綠色建筑節能設計中應用BIM技術，設計人員可以結合具體的情況從以下幾個方面著手進行。首先是綠色建筑采光中BIM技術的應用。一般情況下，建筑工程在使用的過程中，最為常見的采光形式就是自然光線與人工采光的有效結合，要想實現節能的目標，綠色建筑節能設計的過程中，設計人員要充分地考慮怎樣才能更好地提高對自然光照的利用率，比如可以采用一種比較有效的方式將自然光照進行收集后，到沒有自然光照的時候再將其利用，進一步減少對人工光照的時間。比如設計人員可以通過對設計方案的完善，在建筑室內引進一些室外自然光照。為了進一步提高自然光照的利用率，實現對自然光的科學運用，在綠色建筑的前期準備階段，設計人員首先要對建筑室內的采光情況進行詳細的分析，進一步明確不同樓層，建筑室內各房間布局問題造成的采光不足及光照太強的情況，從而對設計方案進行適當的修改，應用BIM技術模擬建筑室內的采光情況，為有效優化綠色建筑節能設計中的采光設計方案提供可靠的指導依據。

4.2 建筑室內外通風中BIM技術的應用

在綠色建筑節能設計中應用BIM技術還能夠對室內外風進行模擬，設計人員需要考慮的室內環境、附近區域等多種因素，根據具體的情況進行區域環境的模擬，在此過程中，設計人員要對可能會對建筑室內外風造成影響的因素進行深入的分析，比如建筑外溫度的變化情況、風向的變化和風速的變化等多個因素。在此基礎上應用BIM技術，模擬一個三維的建筑室內外風力環境，設計人員可以根據模擬效果對建筑外部結構、通風結構的節能功能進行適當的調整和完善，從而減少建筑室內使用空調系統、通風系統的幾率，進一步降低對電能的消耗實現節能減排的目標。

4.3 建筑日照分析中BIM技術的應用

綠色建筑工程在使用的過程中，為了能夠進一步增強舒適性，就要從多個方面避免太陽光的直射對人體帶來的不適感，比如在設計的過程中，設計人員可以結合具體情況在建筑物外墻設計的過程中應用玻璃幕墻，BIM技術的應用，要求建筑在低耗能的同時還要盡可能減少室內氣體的排放量。一般情況下，由于每一個建筑所處的位置以及高度不同，所以其外部環境也會表現出較大的差異，在這樣的情況下，建筑物內部所接收到的日照輻射強度也有著明顯的不同，由于建筑體室內采暖系統的運行負荷直接取決于建筑室內日照強度的高低，也就是說建筑室內日照強度越高，尤其在夏季，則需要利用空調系統進行熱量排出，所以說建筑室內制冷系統的運行負荷也就越大，而在冬季，建筑室內日照強度越弱，為了保證居民居住的舒適性，有需要利用空調系統進行冷氣排出，向室內傳輸更多的熱量，所以說建筑室內采暖系統的運行符合也就越大。通過對建筑日照情況進行分析，有研究人員對建筑物周邊日照光線的變化情況進行了分析和比較，發現即便是建筑物相同，如果建筑處于不同的樓層，其吸收到的日照量也存在著明顯的差異。這就需要綠色建筑節能設計人員充分的應用BIM技術對建筑光照方案進行適當的調整，以同一個建筑在不同時間時吸收的日照量為優化依據。

4.4 建筑朝向分析中BIM技術的應用

綠色建筑節能設計中設計人員還要明確建筑朝向對居住舒適性的影響，然后選擇最為適宜的朝向，保證綠色建筑工程在投入使用之后，其使用效果、使用舒適性等都可以滿足居民的使用需求。所以建筑使用的過程中，朝向的合理性直接影響著建筑室內部的溫度，比如夏季室外氣溫比較高，應盡可能減少陽光的照射時間，尤其要避免建筑室內處于暴曬狀態，將室內的溫度控制在一個舒適的范圍。而在冬季，室外氣溫比較低，又要盡可能增加陽光的照射時間，保證室內得到充足的光照，進一步提高室內的溫度，保證人居住的舒適性。所以，綠色建筑節能設計人員在進行建筑朝向的設計過程中，通過應用BIM技術，要根據建筑所處區域地理位置的不同，通過模擬建筑朝向及室內溫度，對綠色建筑設計中的朝向設計方案進行優化。

4.5 建筑熱工分析中BIM技術的應用

綠色建筑節能設計的過程中，設計人員還要對建筑節能的影響因素進行深入分析，外墻圍護結構是影響建筑節能效果的重要因素之一，其在提高建筑節能效果方面發揮著極其重要的作用，同時還能夠為綠色建筑節能設計工作提供可靠的指導依據。設計人員在綠色建筑節能設計中應用BIM技術，從建筑的外墻圍護結構方面出發，分析建筑節能的優勢。在此過程中還要對其他影響建筑節能效果的因素進行考量，比如建筑熱負荷、冷負荷等相關因素，明確這些因素后進而對建筑室內熱環境的實際情況進行全面的分析。這個過程中涉及到的內容比較廣泛，比如建筑室內熱環境包括建筑室內熱源的潛熱及建筑室內施源的潛熱，明確建筑維護結構的熱量損失、建筑室內環境開窗透氣、促進空氣流通過程中造成的熱量損失等，在結合多個因素進行分析后，如果最終得到的熱量結果小于0，那么表示建筑外墻維護結構已經出現了散熱。而在經過一系列的計算后，如果發現失去的熱量總和較得到的熱量總和更多，此時建筑室內得到的熱量結果也就小于0。所以說從這方面來看，建筑室內熱負荷直接取決于外墻維護結構得到或者失去的熱量大小。所以，綠色建筑節能設計人員在具體的設計過程中，一定要將室內環境溫度的數據維持在一個相對比較合適的范圍，在此過程中，一定要對建筑結構自身所具備的優勢特點、所處區域環境的特點等進行深入的分析，從而為優化設計方案提供可靠的指導依據。應用BIM技術對建筑室內熱負荷進行模擬分析，在不使用制冷措施或者采暖設施的前提下，在夏季，將建筑室內的溫度控制在低于室外溫度的狀態，在冬季將建筑室內的溫度控制在高于室外溫度的狀態，如果達到此種效果，綠色建筑外墻圍護結構中的外立面保溫隔熱層發揮出了其專業化的性能。如果建筑工程所處區域溫度差異比較大，比如冬季溫度特別低，而夏季溫度又特別高，在這樣的情況下，其室內溫度與室外溫度依然會出現較大的偏差。而在云南等地區，夏季和冬季建筑室內外溫度差異并不是很大，綠色建筑節能設計人員要從根本上做好建筑的保溫和隔熱工作，全面的分析建筑外墻圍護結構的使用材料，明確建筑外墻圍護結構應用材料的熱工性能。比如在夏季，外界氣溫比較高時，在太陽的照射下，極易對建筑外圍護結構造成影響，如果建筑外圍護結構的隔熱性能比較差，那么就會造成建筑室內溫度升高，舒適性降低。所以，綠色建筑節能設計人員還要對建筑所處區域室外綜合溫度及室內空氣溫度的變化可能會對建筑外墻圍護結構性能造成的影響進行分析。

4.6 太陽輻射分析中BIM技術的應用

建筑工程在使用的過程中，太陽輻射在很大程度上直接影響著居民的生產及生活效率，處于不同地區的綠色建筑，其所受到的太陽輻射也存在著明顯的差異。綠色建筑節能設計中應用BIM技術，設計人員在遵循綠色節能原則的基礎上，采用一些比較專業的系統對太陽能輻射影響居民生產及生活效果的因素進行深入的分析，根據分析結果及時提出有效的解決策略。建筑物處于室外露天環境下，一年四季每個季節都會受到太陽輻射的影響。設計人員可以利用這一優勢，增加一些設備，使其能夠對太陽能資源進行采集，進而為一些小功率的設備設施運行提供可靠的電能保障。比如近年來已經有越來越多的建筑設計人員將太陽能技術應用在了綠色建筑節能設計中，將收集到的太陽能資源用于夜間照明。

5 結束語

總之，在新時期，綠色建筑節能設計效果受到了各界人士的高度關注，BIM技術在綠色建筑節能設計中的應用，通過應用軟件對建筑節能的效果進行模擬，為設計人員提供了重要的參考依據，BIM技術的應用不但降低了建筑過程中的成本支出，而且保證了建筑施工質量的基礎上提高了施工效率，促進了建筑領域的發展。