BIM技術在綠色建筑評估與優化中的應用研究

摘要：以江蘇某建筑作為案例，對BIM技術在綠色建筑評估與優化中的具體應用進行了研究。介紹了BIM技術在綠色建筑評估與優化當中的應用現狀，進行結構方面的優化設計和系統評估方面的升級。在建筑設計之初，使用Ecotect"Analysis軟件對不同方案進行比對，分析影響建筑能耗的具體因素，并優化建筑設計，搭建運維管理框架，對建筑的綠色水平進行評估，提出優化方案。

關鍵詞：BIM技術；綠色建筑；建筑評估；設計優化

Research"on"the"Application"of"BIM"Technology"in"Green"Building"Evaluation"and"Optimization

ZHOU"Jie

Jiangsu"Jianke"Engineering"Consulting"Co.，"Ltd.，"Nanjing，"Jiangsu"Province，"210000"China

Abstract："Taking"a"building"in"Jiangsu"Province"as"an"example，"the"specific"application"of"BIM"technology"in"green"building"evaluation"and"optimization"is"studied."This"paper"introduces"the"application"status"of"BIM"technology"in"green"building"evaluation"and"optimization，"and"carries"out"structural"optimization"design"and"system"evaluation"upgrade."At"the"beginning"of"architectural"design，"Ecotect"Analysis"software"is"used"to"compare"different"schemes，"analyze"specific"factors"affecting"building"energy"consumption，"optimize"building"design，"set"up"operation"and"maintenance"management"framework，"evaluate"the"green"level"of"buildings"andnbsp;put"forward"optimization"schemes.

Key"Words："BIM"technology;"Green"building;"Building"evaluation;"Design"optimization

中圖分類號：TU29

在“碳達峰”“碳中和”政策的指導下，我國大力推廣綠色建筑，目前在新建建筑中，綠色建筑占比超過90%，2023年全國新建綠色建筑面積增長至100多億m2[1]。住房和城鄉建設部發布的《“十四五”建筑節能與綠色建筑發展規劃》提出，到2025年，城鎮新建建筑全面建成綠色建筑，建筑能源利用效率穩步提升，建筑用能結構逐步優化，建筑能耗和碳排放增長趨勢得到有效控制，基本形成綠色、低碳、循環的建設發展方式，為實現2030年前城鄉建設領域“碳達峰”奠定了堅實基礎，這也奠定我國在全球綠色建筑發展上的引領者角色。建筑信息模型（Building"Information"Modeling，BIM）技術作為現代建筑行業分析的重要工具，其在綠色建筑評估方面起到重要作用，也為建筑的優化提供了指導和建議。

1"BIM技術在綠色建筑評估中的應用

1.1工程概況

光明國際馬術中心從規劃設計、施工到后期運營維護，都需要符合綠色建筑的標準。既要考慮建筑材料的熱工性能，也要考慮照明設備的能耗并進行量化分析，鑒于施工區域狹窄且復雜，超過40%的區域為不規則多邊形，項目團隊需精心規劃材料堆放和垂直運輸布局，以確保在100"d的既定工期內竣工。為應對施工挑戰，項目部采用BIM技術進行設計優化，提升施工效率與后期運營。BIM團隊協同各專業完成綠色建筑目標的建模任務。

1.2"BIM輔助綠色節能設計與評估策略

1.2.1規劃階段

工程項目組運用BIM分析周邊場地平整程度，以及施工地點附近氣候、獲得太陽輻射、日照、焓濕圖等相關數據。基于焓濕圖策略分析，得到不同被動設計之后建筑的最佳舒適區變化情況。經計算，在本工程的施工中，空調房間的冷負荷為Q1=3.314"kW，濕負荷為0.264"g/s。全年的送風標準：溫度tN為（22±1）℃，相對濕度φ為（55±5）%。當地的大氣壓力為101"325"Pa。

1.2.2設計階段應用

在設計階段，BIM技術依據綠色建筑標準對多種設計方案進行評估，以挑選出在生態性能方面表現最佳的方案。Ecotect"Analysis工具能夠模擬建筑材料替換對建筑能耗的影響，并提供成本估算，幫助實現建筑能耗和成本的平衡[2]。通過合理利用建筑遮陽構件，可以顯著降低能源消耗。BIM技術能夠在保證建筑質量的同時，提高能效，Ecotect"Analysis軟件能夠自動生成并分析不同材料的遮陽構件，以評估其效果。

（1）在本工程案例中，運用Revit軟件執行三維模型的構建，并借助Navisworks工具來生成動態模擬。這兩種技術相結合實現了建筑模型的分層構建和數據的無縫整合。為了對設計方案進行評估和優化，在Ecotect中建立初步的模型框架，并利用CAD圖將DXF格式文件導入Revit，從而對復雜的建筑模型進行高效的分析。

（2）在完成的BIM模型上，標注必要的結構信息，并設置建筑構件，確保墻體的封閉性和構件的正確放置。之后，對Revit模型進行簡化，移除不必要的構件，并創建房間模型。檢查房間的屬性，并導出為gbXML格式。

（3）將gbXML文件導入Ecotect進行綠色建筑標準評估。通過“區域體積”命令分析房間是否滿足綠色建筑要求，并輸入項目的地理位置信息。在“模塊設置”對話框中輸入城市坐標和焓濕圖數據，進行日照分析[3]。

根據國家住宅建筑日照標準，選定1月20日作為分析日期，確保日照時間超過2"h。

1.3項目初步方案

1.3.1朝向方案

在建筑朝向的確定上，要考慮通風環境太陽輻射結果。案例所在地區，夏季主要吹拂的風向為東南風，而到了冬季，則主要受到東北風的影響。基于這樣的氣候特征，為了實現最佳的建筑設計效果，建筑的最佳朝向應介于35°～55°和150°～195°的方位角之間。基于BIM平臺的菜單欄Best"Orienation（最佳朝向）可以得出此地的最佳太陽輻射方向，案例地區的最佳太陽輻射朝向為173.5°，這個朝向能讓建筑在冬天接受較多的太陽輻射，夏天太陽接受輻射量最小[4]。位置處于東偏北82.5°，冬天接受的太陽輻射小、夏天接受的太陽輻射大，這個朝向最差的位置是82.5°。基于BIM技術對建筑物朝向進行分析，可設計好朝向位置。經過對進出流量、主要入口與周邊交通狀況的綜合考量，建筑物的主要朝向被選定為面向南，偏東10°，與院內的主要交通干線保持一致。

1.3.2節能分析

在節能分析方面，本方案主要基于BIM平臺的“天氣工具”提供的焓濕圖分析功能，計算案例地區的溫度、濕度、大氣壓力、水蒸氣這4種參數與建筑物的關系，確定空氣狀態。基于模擬動態分析可以看出，將案例地區的被動式太陽能采暖與自然通風策略運行得當，就可以進一步改善整體的通風結構。采用動態通風，利用其高熱容量的保護結構、夜間的通風和自然通風組合，在夏季能夠起到有效的通風效果，提升建筑的舒適程度[5]。

1.3.2窗墻比及圍護結構方案

建筑的“體型系數”每提升0.01，耗能量會增加2.5%左右，從本次工程案例的數據來看，工程的體型系數為0.11，小于0.4，符合二級綠色建筑的節能標準，具體的窗墻比和初步維護方案如下：

以南向為例，窗面積為1"908"m2，墻面積為452㎡，窗墻比為0.42，這一比例和60"mm聚苯顆粒保溫漿料+10"mm混合砂漿+190"mm混合土單排空氣磚的維護結構方案，能夠在傳熱系數方面取得較好的效果，從而減少能耗。

2基于BIM技術的能耗模擬分析與方案優化

將現有的墻體材質、環境條件和空調系統添加到BIM平臺當中，完成設置后計算U值（其主要被用于衡量建筑材料或裝配材料熱學性能，數值越高，材料的阻熱和隔熱性能越高）、準入系數物理參數。利用Ecotect軟件分析得出的詳細參數，能夠為特定區域設定熱環境標準，涵蓋了多個關鍵因素，如空調設定的溫度、人員密度、照明功率密度、設備功率等。

如表2所示，以樓梯間、走到為例，該室內對應的照度值為200，空調溫度則應設置在20～26"℃。人員密度處于10人/m2的狀態之下，照明功率達到9"W/㎡，電氣設備的功率設置為15"W/㎡。基于BIM軟件對空調參數、自然通風、混合供暖進行計算，了解舒適溫度區設置的上限和下限[6]。基于軟件分析結果，對總能耗進行計算。

依據表3屋面及外墻等能耗對比結果，應將冬季的外窗傳熱系數進行調整，選擇外窗傳熱系數最低的一個方案，這樣夏季炎熱也不會通過外窗影響到室內，冬季該結構更有利于在室內留足暖氣。

經優化評估之后，采用Ecotect軟件分析當中的日照陰影分析和太陽軌跡分析，在設置整體建筑高度不變的情況之下，建筑距離調整為9"m，將“60"mm聚苯顆粒保溫漿料+10"mm混合砂漿+190"mm混合土單排空氣磚”的維護結構方案（方案1）升級為“50"mm擠塑聚苯板+240"m加氣混凝土多孔磚+10"mm粉刷石膏砂漿”（方案2）或“60"mm巖棉+10"mm粉刷石膏砂漿+200"mm加氣混凝土砌磚”[7]。在這3個方案中，保溫材料從60"mm聚苯板顆粒，升級為50"mm聚苯板，傳熱系數從0.8下降為0.52、0.57。相比較于方案1，優化之后的2個方案能耗降低20%～25%，聚苯板造價為124元/m2，而巖棉造價為71～80元/m2。因此，經過多重對比之后，選擇方案3作為優化后的綠色建筑方案。

3"結語

綜上所述，將BIM技術應用于綠色建筑評估與優化，能夠改善建筑的傳熱系數，經過多重數據比對優選建筑方案降低總能耗和總施工成本，提升建筑規劃設計的質量，對后期的施工具有一定的指導意義。

參考文獻

[1]左雨菲."BIM技術在建筑工程施工中的應用研究[J].產業創新研究，2024（22）：112-114.

[2]羅濤，湯惠玲，黃錦龍.基于POE理論和BIM技術的綠色建筑室內環境后評估系統開發研究[J].價值工程，2022，41（20）：146-148.

[3]潘毅群，魏晉杰，梁育民，等.綠色建筑節能技術在典型公共建筑運行中碳減排潛力評估[J]."暖通空調，2022，52（4）：83-89，131.

[4]史維軍.BIM技術在裝飾裝修工程中的應用分析[J].居舍，2024（21）：82-85，104.

[5]林忠東.BIM技術在管綜碰撞檢測中的應用[J].福建建設科技，2024（4）：93-95，127.

[6]潘美娟.BIM技術在裝配式建筑設計中的應用[J].智能建筑與智慧城市，2024（7）：95-97.

[7]宋謹標.BIM技術在節能設計與綠色建筑評價中的應用研究[D].鄭州：華北水利水電大學，"2022.