基于BIM技術在綠色建筑節能設計中的應用

彭奇佳

中國輕工業廣州工程有限公司 廣東 廣州 511450

BIM，全稱為建筑信息模型（BuildingInformationModeling），是一種集成數字技術、建筑工程和管理的方法，旨在提高建筑和基礎設施項目的效率、質量和可持續性。BIM技術是一種數字化建筑和工程方法，它將項目的所有信息和數據整合到一個三維模型中。這個模型不僅包括建筑的幾何形狀，還包括建筑元素的屬性、材料、成本、進度、施工過程等各種信息。BIM模型是一個動態的、可視化的工具，可用于設計、建造、運營和維護建筑和基礎設施。BIM技術的關鍵特點和優勢包括：協同性：多個團隊成員可以同時訪問和編輯BIM模型，促進了實時協作和信息共享。精確性：BIM模型提供了高度精確的建筑信息，減少了錯誤和沖突，提高了設計和施工的質量[1]。可視化：BIM模型可以為項目提供三維可視化，幫助各方更好地理解設計意圖。模擬和分析：BIM可以用于模擬建筑性能、可持續性評估、成本估算和時間計劃等方面的分析。數據驅動：BIM模型存儲大量的建筑數據，可用于決策支持和項目管理。生命周期管理：BIM不僅用于設計和建造階段，還可以用于建筑和基礎設施的運營和維護。BIM技術在建筑和工程領域已經取得了顯著的發展和應用，但其采用程度在不同國家和地區有所不同。以下是BIM技術的一些當前現狀：全球采用：BIM技術在全球范圍內得到廣泛采用，許多國家和地區已經制定了BIM采用政策和標準。

1 BIM技術概念、特點與價值

1.1 BIM技術概念

BIM（BuildingInformationModeling）技術是一種數字化建筑和工程方法，其核心概念是將建筑項目的所有信息整合到一個三維模型中。這個模型不僅包括建筑的幾何形狀，還包括建筑元素的屬性、材料、成本、進度、施工過程等各種信息。BIM技術的目標是創建一個動態的、可視化的模型，以更好地協調和管理項目的各個階段，從設計和施工到運營和維護。BIM技術將傳統的二維平面圖紙升級為可交互的三維模型，為建筑和基礎設施項目提供了更全面的信息。

1.2 BIM技術特點

BIM技術具有以下顯著特點：協同性與實時協作：多個項目團隊成員可以同時訪問和編輯BIM模型，促進了實時協作和信息共享，減少了沖突和錯誤。精確性和準確性：BIM模型提供高度精確的建筑信息，可用于優化設計和施工過程，減少了成本和時間浪費。可視化：BIM模型為項目提供三維可視化，幫助各方更好地理解設計意圖，做出更明智的決策[2]。模擬和分析：BIM可用于模擬建筑性能、可持續性評估、成本估算、時間計劃等多種分析，有助于項目優化。數據驅動：BIM模型存儲大量的建筑數據，可用于決策支持、運營和維護，提高了建筑的生命周期管理。互操作性：BIM技術允許不同軟件和工具之間的互操作，促進了數據流暢和協同工作。

1.3 BIM技術應用價值

BIM技術為建筑和工程領域帶來了重要的應用價值：提高效率：BIM減少了設計和施工階段的錯誤和沖突，縮短了項目交付時間，降低了成本。提高質量：通過精確的模型和實時協作，BIM有助于提高建筑質量，減少了重新工作的需求。支持可持續性：BIM可用于模擬可持續性方案，如能源效率改進和環保設計，有助于降低資源消耗和碳足跡。改善決策：可視化的BIM模型幫助項目干系人更好地理解和參與項目[3]，做出更明智的決策。優化運營和維護：BIM數據可在建筑運營和維護階段使用，提高了設施管理的效率和可靠性。支持項目管理：BIM技術有助于項目進度和成本管理，降低了項目風險。

2 綠色建筑節能設計過程中應用BIM技術應遵循的原則

2.1 全面落實因地制宜原則

“因地制宜”是指根據特定地理位置和環境條件來定制建筑和工程設計。在應用BIM技術進行綠色建筑節能設計時，全面落實因地制宜原則包括以下方面：地理信息集成：BIM模型應該包含與項目地理位置相關的信息，如氣候數據、太陽路徑、降水量等，以便更好地理解當地的環境特點。材料選擇：BIM可以用于評估不同材料在特定地區的適用性和可持續性。根據當地資源和氣候條件，選擇合適的建筑材料[4]。能源模擬：BIM可以用于模擬建筑在不同季節和氣候條件下的能源消耗，以優化節能設計策略。自然資源利用：根據當地的可再生能源和水資源可用性，BIM可以幫助設計師優化能源和水資源的利用。因地制宜原則的全面落實有助于確保綠色建筑設計與當地環境和資源的充分融合，最大程度地降低對自然環境的不良影響。

2.2 全面落實規范化原則

規范化原則意味著在設計過程中要遵循行業標準和最佳實踐，以確保建筑項目的質量和可持續性。在應用BIM技術進行綠色建筑節能設計時，全面落實規范化原則包括以下方面：標準合規：BIM模型應符合相關建筑和環境規范，包括能源效率標準、建筑法規、綠建認證要求等。最佳實踐：借助BIM，設計團隊可以集成最佳實踐，如passivhaus原則、生態友好的建筑材料選擇等，以實現更高的能效和環境可持續性。模型標準化：確保BIM模型的標準化，以便各個項目團隊成員之間的協作和信息交換更加高效。模擬和評估：BIM可以用于模擬不同節能設計策略的效果，以確定最優方案并滿足規范要求。

3 綠色建筑節能設計中BIM技術的具體應用

3.1 節能設計前的準備工作

在進行綠色建筑節能設計之前，BIM可以用于以下準備工作：數據收集與分析：收集項目地點的氣象數據、地形數據和現有建筑信息，并將其整合到BIM模型中，以便進行分析和模擬。可持續性目標設定：在BIM中定義綠色建筑的可持續性目標，例如節能目標、碳排放目標和綠建認證要求。規范與標準遵守：確保BIM模型符合適用的節能設計規范和標準，以滿足法規要求。協作平臺建立：創建BIM協作平臺，使項目團隊能夠實時協作和分享信息。

3.2 節能設計方案

3.2.1 BIM技術在綠色建筑外墻保溫設計中的應用

在綠色建筑外墻保溫設計中，BIM技術的應用可以通過設計模擬、檢測和計算等方法，提高建筑材料的使用效率，確保建筑具有出色的保溫性能。在計算外墻荷載時，需要對以往外墻保溫設計的不足之處進行優化，然后利用BIM技術全面分析基礎數據，收集和儲存外墻保溫相關數據[5]。獲得外墻保溫熱橋計算結果后，可以確保綠色建筑的節能設計達到標準要求。值得關注的是與室外自然溫度的協調，以確保獲得卓越的保溫效果。同時，這種方法還有助于有效控制綠色建筑外墻的施工成本，提高自然溫度的利用效率。

3.2.2 BIM技術在綠色建筑照明設計中的應用

在綠色建筑節能設計中，人們通常采用自然采光和人工照明兩種方式。在實施綠色建筑節能設計時，首要任務是綜合考慮建筑內部自然光的應用和儲存等因素。通過科學的設計方案，可以有效地利用自然光，保證室內照明效果，減少能源使用，并為建筑使用者創造出色的視覺體驗。在將自然光應用于綠色建筑之前，需要在前期工作中考慮建筑內部的自然光條件，并對室內布局進行合理規劃。借助BIM技術，可以解決建筑內部光照不足或過強等問題，以確保綠色建筑的照明設計達到預期的效果。

3.2.3 BIM技術在綠色建筑圍護結構設計中的應用

綠色建筑的圍護結構包括外墻、屋頂、門窗等部分，因此，在設計圍護結構時，需要充分考慮外墻設計、擠塑板設計等相關方面。為了進一步提高圍護結構設計的效果，可以充分利用BIM技術進行外墻保溫磚和外保溫層的荷載計算。通過BIM技術精確計算建筑圍護結構的荷載分布，可以保證各構件的分布效果和建筑圍護結構的支撐效果。此外，為避免建筑圍護結構出現冷橋問題，可利用BIM技術進行冷橋計算，并優化綠色建筑節能設計方案，以保證建筑圍護結構的保溫效果。

3.2.4 BIM技術在綠色建筑通風設計中的應用

在綠色建筑通風設計過程中，可以借助BIM技術對室內環境和周邊環境進行模擬，并對綠色建筑的風速、風向和溫度等方面進行優化。通過BIM技術進行通風模式設計后，可以調整綠色建筑項目的外部結構和通風結構，減少采暖、通風和空調系統的使用，從而降低能源消耗，實現綠色建筑的節能目標。

3.2.5 BIM技術在綠色建筑日照及朝向設計中的應用

在綠色建筑節能設計中，為了提高陽光的利用效率，通常采用玻璃幕墻等設計。在采用BIM技術進行綠色建筑節能設計時，需要嚴格控制能源消耗和室內氣體排放，同時控制室內外溫度差。首先，在日照設計方面，不同建筑物的建設位置存在不同的太陽輻射強度，這與室內溫度和采暖系統運行直接相關。因此，必須利用BIM技術分析周邊建筑物的日照條件和光線變化，以滿足建筑物的日照需求。此外，設計方案中的日照時間和日照量也可以通過BIM技術進行調整。其次，根據建筑物的朝向確定建筑物的朝向，以保證建筑物的使用效果，提高室內舒適度。

3.2.6 BIM技術在綠色建筑熱工設計中的應用

外墻維護結構在綠色建筑中起著關鍵作用，可以更好地體現綠色建筑節能設計的優勢。將BIM技術應用于外圍結構設計可以作為節能設計的切入點，并確保綠色建筑節能設計的效果[6]。在進行綠色建筑節能設計時，需要考慮建筑物的冷負荷和熱負荷因素，并獲得準確的室內熱環境數據。室內熱環境數據包括室內熱源和室內濕氣源，要確保外圍結構的空氣流動效果并減少熱損失。建筑物的熱量為負數表示熱量已損失。當損失的熱量超過獲得的熱量時，建筑物房間內的總熱量顯示為負數。可以看出，損失的熱量與獲得的熱量與建筑房間的熱負荷有直接關系。在具體設計過程中，建筑物的保溫系數必須控制在規定范圍內，并與綠色建筑特性、周邊環境等因素相結合，以確保設計效果滿足要求。在使用BIM技術構建建筑節能設計模型時，如果不采取制冷和供暖措施，夏季室內溫度低于室外溫度，而冬季室內溫度高于室外溫度。這表明外部保溫隔熱層的作用。

4 綠色建筑節能設計中應用BIM技術發展方向

綠色建筑節能設計中應用BIM技術的發展方向涵蓋了一系列創新和改進，以滿足不斷增長的可持續性和效率要求。以下是在這一領域的BIM技術發展方向：1.整合更多可持續性參數：未來的BIM應用將更多地整合可持續性參數，如碳足跡、水資源管理、廢物管理和空氣質量。這將有助于建筑設計更全面地考慮可持續性因素。2.增強實時模擬和分析：BIM將進一步發展，以支持更高級的實時模擬和分析，包括更復雜的能源模擬、日照分析、空氣流動分析等。這有助于設計師更好地了解設計決策的影響。3.智能建筑和自動化：BIM技術將與人工智能（AI）和物聯網（IoT）集成，使建筑能夠自動調整能源使用、優化照明和通風系統，并提高建筑的運營效率。4.增強協作和云集成：BIM將繼續提高協作性能，允許多個項目團隊成員從不同地點實時協作。云集成將使數據共享更加高效。5.建筑材料和資源優化：BIM將幫助設計師更好地選擇可持續的建筑材料，考慮材料的生命周期分析、回收再利用和資源優化。

5 結論

綠色建筑是應對氣候變化和可持續發展挑戰的關鍵領域之一，而BIM技術（建筑信息建模）在綠色建筑節能設計中發揮著越來越重要的作用。外墻保溫設計：BIM技術通過設計模擬和計算，提高了建筑材料的使用效率，并確保了建筑的保溫性能。它優化了外墻荷載的計算，使綠色建筑的節能設計符合標準，同時降低了外墻施工成本。照明設計：BIM技術在綠色建筑的照明設計中有助于合理利用自然光，降低能源消耗，提供良好的室內照明效果。它還可以解決室內光照不足或過度的問題，確保照明設計達到預期效果。圍護結構設計：BIM技術用于圍護結構設計，包括外墻、屋頂、門窗等，通過荷載計算和冷橋分析，確保建筑圍護結構的支撐效果和保溫效果，提高了整體節能性能。通風設計：BIM技術在通風設計中模擬室內外環境，優化風速、風向和溫度，從而降低采暖、通風和空調系統的使用，減少能源消耗，實現節能目標。日照和朝向設計：BIM技術幫助優化建筑的日照條件和朝向，以提高陽光利用效率。通過分析太陽輻射和建筑朝向，確保建筑物滿足日常需求，同時控制室內外溫差，提供舒適的室內環境。熱工設計：BIM技術用于外墻維護結構的熱工分析，確保建筑的保溫效果。它考慮了冷負荷和熱負荷因素，控制了建筑的熱損失，使設計滿足要求。