BIM技術對建筑能耗的分析

趙婧竹

（西安思源學院 陜西西安 710038）

建筑能耗主要指建筑在正常運行過程中產生的能耗，其中采暖空調能耗占絕大比例。采暖空調能耗是通過設備運行確保室內熱環境處于舒適范圍而產生的，因此，室內熱舒適狀況與建筑能耗具有極其緊密的關系。隨著國民經濟的不斷增長，人們對居住環境質量要求的不斷提升的同時，建筑能耗也在不斷增長。據統計，2014年建造能耗占全社會一次能源消耗的27.5%，2015年建筑運行能耗的總商品能耗約占全國能源消費總量的20%[1]。綠色建筑必然成為建筑行業的發展方向。建筑信息模型（BIM）的強大兼容性與其信息共享的特點為綠色建筑能耗分析提供了新的可能。

1 建筑信息模型

建筑信息模型（Building Information Modeling）是基于建筑工程項目的全部信息數據建立建筑模型，通過數字仿真對該模型的所有真實信息進行模擬。模型既包括建筑物的信息模型，同時又包括建筑工程管理行為的模型，因此，在建筑工程全生命周期中，建筑信息模型可以實現集成管理，將建筑物的信息模型同建筑工程的管理行為模型進行完美的組合。

建筑信息模型具有以下主要特點：①可視化：傳統的建設項目中，各參與方都是依據建筑圖紙進行三維想象，而BIM提供的可視化將三維的立體實物圖形展示在人們的面前，在整個建設項目的全生命周期都在可視化的狀態下進行，使各參與方在設計、建造、運營等過程中，能夠更加準確及高效地進行溝通、討論、決策。②協同性：建筑設計過程是需要多個學科交叉才能完成的，傳統的CAD圖紙設計使各專業的“碰撞”不能及時得到有效的解決，造成各專業設計大量返工現象。BIM技術實現了信息傳輸、溝通的高效便捷，使得各專業能對同一個建筑模型的創建、修改和注釋進行協同設計工作，為協同設計提供一個高效、可操作性強的平臺。③模擬性：模擬性不僅能模擬出的建筑物理模型，還可以模擬在實際中無法操作的事物。例如：在設計階段進行的節能模擬、日照模擬、熱能傳導模擬等；在施工階段進行4D模擬（基于3D模型的時間控制），即根據施工的組織設計模擬實際施工，從而確定合理的施工方案；還可以進行5D模擬（基于4D模型的造價控制），實現成本管理。

BIM的種種特點使得它成為建筑行業的一項革命性技術，為建筑行業的發展指明方向。

2 BIM技術在建筑能耗分析的優勢

建筑能耗模擬分析是利用計算機技術建立模型，對建筑物的物理性能及能量特性進行模擬研究的過程。目前，常用的建筑能耗模擬軟件有：DOE.2、EnergyPlus、DeST、Designbilding 等軟件，這些軟件都具有各自的功能與特點，例如：Designbilding是以EnergyPlus為核心算法的用戶圖形界面模擬軟件，主要應用于熱環境分析，如逐時得熱或失熱、空調系統能耗技術、全年負荷分布分析等，還應用于一些簡單的風環境模擬，具有操作界面友好、數據資料豐富、能耗模擬功能強大等特點。但是，傳統的建筑能耗分析軟件也存在一些缺陷，比如：與我國現行的節能規范相結合的還很少；大多數只關注能耗的計算，而不關注建筑的經濟性分析，很多軟件甚至沒有經濟性分析模塊，與經濟性分析的結合不夠[2]。

BIM技術中采用Ecotect進行建筑能耗模擬分析，Ecotect軟件所建立的模型，包含了建筑物所有的信息數據，從項目進行概念設計就進入模擬能耗的應用，在建筑施工過程、建筑運營維護過程都能夠進行能耗模擬分析。Ecotect軟件將模擬出的結果用色彩豐富的圖形、圖表表達，大大提高了分析結果的可讀性。基于BIM進行的建筑能耗分析，其目的不僅要使建筑滿足強制性要求，更重要的是通過更改模型中的建筑構件，保證建筑物正常使用的基礎上實現低能耗建筑。

3 基于BIM技術對建筑能耗的分析過程

基于BIM技術對建筑能耗的分析過程可以分為三步：

（1）建立分析模型：建筑模型可在Ecotect中建立，也可利用如Revit等其他建模軟件等建立，然后倒入Ecotect中進行能耗模擬分析。

（2）確定影響建筑能耗的關鍵因素。首先找出建筑能耗影響因素，通過進一步分析確定各因素的重要程度，從而確定影響建筑能耗的關鍵因素。一般情況下，影響建筑能耗的主要因素有：建筑規劃、建筑圍護結構、建筑采暖空調系統以及日常電器使用等。

建筑規劃是從全局的角度出發，對建筑物能耗的影響是宏觀的。在長期歷史積累中，我國各地區對當地建筑的朝向、戶型、樓間距等在建筑建筑規劃中所設及到的內容已經有了相應的經驗或傳承，可見，建筑規劃對整體建筑能耗的影響非同一般。

建筑在自然運行狀態主要依靠建筑圍護結構保證室內微環境質量。建筑圍護結構對建筑能耗的影響主要體現在屋面、外墻、地面等非透明圍護結構的傳熱系數、蓄熱性能等熱工參數的大小、保溫構造措施的選擇，以及透明圍護結構的傳熱系數、遮陽系數、窗墻面積比等參數的大小。由于建筑能耗主要產生于正常使用階段，而建筑圍護結構的熱工性能的優劣直接影響的建筑能耗的大小，因此，建筑圍護結構是影響建筑能耗的一個關鍵因素。

隨著生活水平的提高，人們對居住環境的質量品質要求越來越高，導致我國建筑采暖空調區域越來越大、采暖空調時間越來越長，因此建筑采暖空調能耗也就越來越大。據統計，目前我國建筑采暖能耗占建筑總能耗的22%[1]，因此建筑采暖空調能耗是我國建筑能耗的又一重要影響因素。

（3）利用BIM技術對建筑能耗進行分析。使用Ecotect軟件對已建立好的模型進行能耗模擬，通過調整關鍵因素的屬性或尺寸，對比分析出確保建筑結構安全情況下的最低建筑能耗組合，實現優化建筑設計方案的目的。

4 結束語

綜上所述，隨著我國建筑能耗問題日益嚴峻，建筑方案設計勢必是以能耗分析為基礎、節能型綠色建筑為目標而進行。運用BIM技術進行建筑能耗分析，即通過對所建立的建筑信息化模型的建筑全生命周期的建筑能耗進行模擬并檢測分析，在虛擬環境中提前實現對建筑能耗的優化。本文列舉了BIM技術的特點，并與傳統建筑能耗分析軟件進行了比較，體現出BIM技術在建筑能耗模擬分析上的優勢，簡要描述基于BIM技術的建筑能耗分析過程及分析要點。

[1]清華大學建筑節能研究中心.中國建筑節能年度發展研究報告[M].北京：中國建筑工業出版社，2015.

[2]首靈麗.基于BIM技術的建筑能耗模擬分析與傳統建筑能耗分析對比研究[D].重慶：重慶大學，2013.