建筑节能设计中BIM技术应用策略

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摘要:建筑节能设计时，需要综合考虑建筑的地形、气候、温湿度等环境影响因素，也需要考虑建筑结构、材料参数对建筑能耗的影响。bim技术整合了建筑节能设计所需的大量建筑信息，辅助建筑设计人员更便捷、更高效的完成技能设计。以某工程为例，分析了建筑节能设计中BIM技术的具体应用策略，为相关工作者提供参考。

关键词:BIM技术，建筑节能，能耗模拟，节能改造

1BIM技术与建筑节能设计

1．1BIM技术应用概述。BIM技术实现了对建筑工程的全流程信息化、模型化管理。将复杂的物理信息和建筑功能以真实、精准的数字信息仿真模拟来表达，为建筑的设计与施工提供了完整且具有逻辑性的信息支持。在建筑节能设计阶段，传统的建筑技能设计受限于缺少专业的建筑能耗模拟软件，无法合理的对建筑结构进行优化，影响了建筑节能设计的科学性。利用BIM技术，建筑设计工作者可以在建筑设计阶段对整个建筑的全生命周期的能耗情况进行模拟分析，从而采取针对性的调整优化方案，来实现节能减排，实现建筑节能设计的自动化、数字化、信息化发展。建筑工程在节能设计之前，应科学评价建筑的能耗现状，包括结构、材料以及单元过程等信息内容。传统的CAD图纸、文本计算方式耗时、费力，且极易产生误差。BIM技术能够为建筑节能设计提供有力的数据信息支持，且软件兼容性较高，能够高效、快捷的对建筑能耗进行全面的分析(如图1所示)。1．2BIM技术应用的优势。利用数字化的技术，在建筑节能设计过程中通过BIM技术将建筑材料、结构等能耗信息进行仿真模拟分析，有利的提升了建筑设计人员对建筑结构优化的可实施性，其优势表现在以下三个方面:1)可视化:BIM技术实现了建筑信息的3D构建，以可视化的方式让设计人员可以从多角度查看整个建筑的空间现状，并可以随意改变材料的参数和结构的形态，极大提高了建筑节能设计的效率。2)信息化:BIM技术核心在于信息化运营，整个建筑工程全生命周期的信息数据都可以利用BIM技术来表现，以这些信息数字作为基础，可以完成每个建筑阶段的对应设计优化工作，在保障了建筑节能设计科学性的同时，也有效减少了误差对最终设计成本的影响。3)模拟性:有别于其他建筑能耗分析软件，BIM技术可以通过输入建筑能耗相关的参数，包括材料热性能、环境信息、建筑信息等，根据不同参数信息的变化来指导建筑节能设计优化。BIM技术所构建的模型实现了对建筑全生命周期的能耗模拟，有效节约了建筑节能设计的时间、成本。

2工程概况

某养老中心工程位于山西省忻州市静乐县，本工程位于我国的严寒(C)区，常年以东北风为主导风向，总建筑面积1．5万m2，包括老年公寓楼、综合楼和餐厅，老年公寓楼分南楼和北楼，建筑面积11834m2，前厅、走廊为1层，南楼3层，北楼两边4层中间5层，建筑高度18．91m;设有接待大厅、交流厅、书画室、健身房等。综合楼建筑面积2478m2，建筑高度为13．81m，为3层结构，主要设有药房、急救室、心理咨询室、理疗室、康复室等，其功能分布见图2。

3BIM技术在建筑节能设计中的应用策略

3．1BIM能耗模拟模型的建立。结合养老中心工程的实际情况，利用BIM软件中的能耗计算软件对山西省忻州市静乐县的气候参数进行输入和模拟，设定冬季室温为20℃，夏季室温为26℃，利用门窗进行室内通风，并配备室内采暖空调，每小时完成1次新风换气。其次，利用Revit对本工程建设结构进行3D模型构建，包括墙体、门窗、屋顶的材料、结构等，同时定义每个材料的热工特性，从而模拟本工程的实体(见图3)，最终推算出建筑不同建设和运行周期的能耗情况。3．2围护结构节能设计。本工程所处区域为我国的严寒(C)区，冬季室外温差大且采暖时间较长，围护结构保温性能影响整个建筑的整体能耗。为尽可能减少外界温度对室内温度的影响，需要合理选取围护结构的隔热材料，以确保其对温度的衰减量不低于0．16，即衰减度应为V0=1．19。根据如下公式计算本工程节能材料的蓄热系数:V0=0．9e∑D槡2×s+αis+y×y+αeαi。其中，D为选取隔热材料的热惰性参数;s为节能材料的蓄热系居住数;αi和αe分别为养老中心围护结构内部和外部墙面的换热系数;y为隔热材料表面的蓄热系数。通过计算可以得出本工程所选取材料的蓄热系数应为8．4W/(m2•K)。同时，依据DBJ0—242—2012山西居住建筑节能设计标准要求，本工程的建筑外墙围护结构选用了挤塑聚苯板作为节能保温材料(见表1)，变形缝采用玻化微珠保温砂浆进行填充。3．3建筑朝向优化设计。建筑朝向会影响整个建筑采光窗的设计，而朝向会受到建筑所在经纬度、当地气候、周边地理环境等因素的影响。本工程运用BIM技术，输入养老中心工程所在区域的日照、热辐射、风速、温度变化、湿度变化等。同时根据日轨图对建筑朝向、日照之间的关系进行模拟分析。如图4所示，通过BIM的自动模型几何分析功能，将建筑在不同朝向情况下的热块能量模型进行对比分析，改变其中的朝向参数，得出最佳的朝向设计。3．4门窗结构优化设计。门窗是建筑结构重要的采光结构，也是建筑室内与室外产生热交换最频繁的区域。通常情况下，建筑能耗的40%以上源于门窗结构。科学的门窗设计和采光设计是建筑能够实现技能的关键。以门斗设计为例，节能设计过程中，其位置、朝向都会影响建筑的整体能耗。本工程以BIM技术为核心，模拟了门斗不同位置下对室内气流的影响。同时，为了确保养老中心室内的自然通风和合理采光，除了选用节能中空玻璃来合理降低窗户热传导系数外，还通过优化建筑的内部空间，使其具有较好的通风条件，采用了板式内廊的结构，显著的提高了室内通风，也解决了内部的采光问题，保障了居住的舒适度。3．5雨水回收系统的设计本工程所在区域属于水资源相对匮乏的地区，存在季节分布、时空分布不均的情况。基于此情况，运用BIM技术对本地的雨水、周边环境进行了3D模型构建，并搭建了雨水回收再利用水循环系统(见图5)。通过屋面、地面对雨水进行收集、过滤、净化等处理，将其用于整个养老中心的不同区域，例如路面养护用水、绿植浇灌用水、厕所冲洗用水等，在缓解区域内水资源不足压力的同时，也实现了节能。

4结语

现代科技推动了建筑行业的信息化发展，尤其在建筑节能领域，BIM技术等信息化技术的应用，有效提高了建筑节能设计的效率，以科学的指导对建筑结构进行了优化，实现了节能减排，推动了我国建筑行业的智能化、现代化发展，显著提高了建筑企业的市场竞争力。

参考文献:

［1］王建忠，李金水，林璟．基于BIM技术建筑节能综合分析及应用研究［J］．广东土木与建筑，2018，25(6):55-58．

［2］高琳洁．基于BIM技术的多层办公室建筑节能设计与应用研究［J］．建材与装饰，2018，519(10):149．

［3］王爱菊．基于BIM技术的建筑节能分析与设计［J］．建筑节能，2019，47(6):117-121．

［4］郭玲玲，吕娟．基于BIM技术的建筑节能设计［J］．科学技术创新，2019(33):35-37．

［5］邱光瑜．基于BIM技术在建筑节能设计中的应用［J］．科技创新导报，2019，16(36):144，146．

作者:李波 单位:朔州市住房和城乡建设局