BIM 技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計中的實踐應用*

徐超峰 朱佳森

(同創(chuàng)工程設(shè)計有限公司 浙江 紹興 312000)

隨著社會的發(fā)展和人們對環(huán)境問題的關(guān)注日益增加,建筑節(jié)能設(shè)計成為建筑行業(yè)的一個重要方向。BIM 技術(shù)作為一種集成的數(shù)字化工具,為建筑設(shè)計和施工提供了更為精確和高效的方法。

筆者將探討B(tài)IM 技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計中的實際應用,以期為促進建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論和實踐的支持。

1 工程概況

某市擬建住宅小區(qū)附近相鄰建筑有:左側(cè)為公租房,高度為31.9 m,東北方向為住宅區(qū),樓房高度為52.2 m。擬建設(shè)5棟6層住宅樓,層高為3 m,為磚混結(jié)構(gòu),建筑體為一字型,為朝南方向,東西方向長度為34.8 m,南北方向?qū)挾葹?2 m。

2 BIM 技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計中的應用

2.1 前期規(guī)劃階段

在前期規(guī)劃進行建筑選址時要均衡“暖”與“涼”,BIM 技術(shù)將通過精確的地理信息系統(tǒng)(GIS)數(shù)據(jù)分析,模擬建筑選址在不同季節(jié)的光熱環(huán)境,以實現(xiàn)完整意義上的節(jié)能。利用BIM 技術(shù)的空間分析功能,確定建筑在不同朝向下的能源利用效果,確保建筑在各個季節(jié)均能達到最佳的節(jié)能性能。

2.2 方案規(guī)劃設(shè)計階段

通過BIM 技術(shù),建筑布局可在設(shè)計初期實現(xiàn)高度靈活性,結(jié)合環(huán)境特征、氣象數(shù)據(jù),BIM 模型可模擬不同布局對能源效能的影響,以找到最優(yōu)解。BIM 技術(shù)提供了精確的三維模擬,使得建筑朝向的選擇能夠在設(shè)計階段就充分考慮到光照、通風等因素,以達到最佳的節(jié)能效果。通過BIM 技術(shù),對建筑日照、采光狀況進行精細模,根據(jù)不同時間段的日照情況,優(yōu)化窗戶位置和大小,實現(xiàn)最佳的采光效果,減少能源消耗。BIM 技術(shù)的體形分析工具可模擬建筑形狀對風場的影響,優(yōu)化建筑外形以降低風阻,從而減少對能源的消耗。

2.3 深化設(shè)計階段

在深化設(shè)計中,BIM 技術(shù)可用于精確模擬建筑結(jié)構(gòu)在不同環(huán)境條件下的性能,通過優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu),減少能源損耗,提高維護效率。BIM 技術(shù)在遮陽設(shè)計中的應用可通過對建筑在不同時間的遮陽效果進行模擬,提供最佳的遮陽方案,降低空調(diào)能耗,提高建筑整體的能效。

3 基于BIM 模型的節(jié)能設(shè)計及分析

3.1 建筑最佳朝向

確定建筑物最佳朝向為開展節(jié)能設(shè)計的前提條件,要結(jié)合建筑工程氣候條件、水文地質(zhì)、周邊環(huán)境等多種因素進行考慮。

建筑朝向可通過Ecotect軟件中的氣象插件獲取溫度、濕度、風速等設(shè)計資料,采用gb XML 將擬建工程氣象數(shù)據(jù)導入至BIM 軟件中Revit Architecture進行數(shù)據(jù)交互,可以得到每個朝向面太陽輻射量最合理建筑朝向,可以為建筑規(guī)劃提供技術(shù)支持,也可以縮減設(shè)計時間成本。從圖1可以看出,黃色箭頭即為建筑物最佳朝向,紅色則為最差朝向,該區(qū)域建筑物最佳朝向為185°,再結(jié)合冬夏兩季風向和輻射熱、風致散熱等影響因素,并考慮相鄰建筑物朝向,確定建筑物為坐北朝向方向。

圖1 擬建建筑物最佳朝向坐標圖

3.2 日照遮擋與方案優(yōu)化

建筑間距確定要結(jié)合現(xiàn)有筑物與擬建建筑間的日照遮擋關(guān)系、視野面積、用地規(guī)劃和建筑布局等多方面因素,合理的間距可確保建筑物得到合理的光照時間,降低樓宇空調(diào)負荷,可以達到建筑節(jié)能的效果。BIM 技術(shù)可以解決節(jié)能設(shè)計優(yōu)化問題,日照遮擋和方案優(yōu)化要結(jié)合初步設(shè)計平面布局圖(見圖2),要在不影響建筑日照采光的基礎(chǔ)上,確保建筑物可以得以良好視野,通過合理確定建筑間距來達到節(jié)能效果。

圖2 5棟住宅樓初步設(shè)計總平面布局圖

檔宇間遮擋關(guān)系為節(jié)能優(yōu)化的前提條件,采用BIM 模型導出樓宇間的遮檔關(guān)系,計算時間按大寒日來確定日照高度,采用Sun2020高級分析來形成遮擋關(guān)系表。以5#擬建建筑DJ單體為例,原有1#住宅會被5#擬建建筑物遮擋,不改變兩個建筑物間距設(shè)置的基礎(chǔ)上,可采用BIM 技術(shù)對5#擬建建筑高度進行優(yōu)化,不會對原來建筑日照標準帶來影響,查找原有建筑窗位圖,采用軟件進行日照分析并生成建筑南向等日照線,發(fā)現(xiàn)1#平安家園部分住信得過存在2 h等日照線以下的情況,對原有建筑舒適使用帶來影響,需要對建筑方案進行優(yōu)化。

先生成擬建建筑前的立面等日照線,在2 h等日照線和3 h 等日照線臨近部位畫出矩形窗位,采用Sun2020軟件根據(jù)窗位為建筑插入窗戶,不考慮擬建建筑能否達到日照需求,采用方案優(yōu)化命令來對擬建建筑進行優(yōu)化,可以在不改變建筑高度和間距的條件下,對5#擬建建筑優(yōu)化樓頂形狀(見圖3),也會對東西兩側(cè)原建筑帶來影響,原建筑可以獲取到更好的采光條件而獲取到足夠的輻射熱。

圖3 優(yōu)化后的5#擬建建筑形狀圖

圖4 典型樓層房間照度值彩圖

圖5 冬季工況下風速云圖

圖6 冬季工況下風速云圖

3.3 深化階段節(jié)能設(shè)計評價

在采光評價方面,將三維信息模型導入DALI2020模擬軟件進行評價,可以得到住宅建筑空間照度值。

從上圖可以看出,建筑物室內(nèi)空間約有不低于60%面積區(qū)域采光照度值在300Lux以上,持續(xù)時間不低于8h,可以滿足綠色節(jié)能建筑的要求。

根據(jù)項目所在區(qū)域冬夏兩季風速和風向資料(見表1),對風環(huán)境工況進行模擬。

表1 風環(huán)境模擬工況表

在冬季工況下,建筑物周圍沒有出現(xiàn)速度上限值為5m/s黑色等值線,表明不存在風速超限區(qū),可以采用此建筑物設(shè)計布局。

在夏季工況下,分析建筑物區(qū)域內(nèi)的風速矢量圖,并沒有發(fā)現(xiàn)旋渦,表明可以采用此建筑布局。

4 結(jié)語

綜合考慮前期規(guī)劃、方案設(shè)計和深化階段的應用,詳細闡述了BIM 技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計中的多層面實踐。通過精準的地理信息分析,BIM 在前期規(guī)劃中確保了建筑選址的均衡“暖”與“涼”,實現(xiàn)了全面的節(jié)能目標。在方案設(shè)計中,BIM 技術(shù)賦予了建筑布局、朝向、日照、采光和體形設(shè)計更高的靈活性,為建筑節(jié)能性能提供了精確的科學依據(jù)。在深化設(shè)計階段,BIM 技術(shù)的維護結(jié)構(gòu)設(shè)計和遮陽設(shè)計進一步加強了建筑在使用階段的節(jié)能效果,表明BIM 技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計中展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢和潛力。