建筑節能設計中BIM技術的應用策略

李 波

(朔州市住房和城鄉建設局，山西 朔州 036000)

1 BIM技術與建筑節能設計

1.1 BIM技術應用概述

BIM技術實現了對建筑工程的全流程信息化、模型化管理。將復雜的物理信息和建筑功能以真實、精準的數字信息仿真模擬來表達，為建筑的設計與施工提供了完整且具有邏輯性的信息支持。在建筑節能設計階段，傳統的建筑技能設計受限于缺少專業的建筑能耗模擬軟件，無法合理的對建筑結構進行優化，影響了建筑節能設計的科學性。利用BIM技術，建筑設計工作者可以在建筑設計階段對整個建筑的全生命周期的能耗情況進行模擬分析，從而采取針對性的調整優化方案，來實現節能減排，實現建筑節能設計的自動化、數字化、信息化發展。

建筑工程在節能設計之前，應科學評價建筑的能耗現狀，包括結構、材料以及單元過程等信息內容。傳統的CAD圖紙、文本計算方式耗時、費力，且極易產生誤差。BIM技術能夠為建筑節能設計提供有力的數據信息支持，且軟件兼容性較高，能夠高效、快捷的對建筑能耗進行全面的分析(如圖1所示)。

1.2 BIM技術應用的優勢

利用數字化的技術，在建筑節能設計過程中通過BIM技術將建筑材料、結構等能耗信息進行仿真模擬分析，有利的提升了建筑設計人員對建筑結構優化的可實施性，其優勢表現在以下三個方面：

1)可視化：BIM技術實現了建筑信息的3D構建，以可視化的方式讓設計人員可以從多角度查看整個建筑的空間現狀，并可以隨意改變材料的參數和結構的形態，極大提高了建筑節能設計的效率。

2)信息化：BIM技術核心在于信息化運營，整個建筑工程全生命周期的信息數據都可以利用BIM技術來表現，以這些信息數字作為基礎，可以完成每個建筑階段的對應設計優化工作，在保障了建筑節能設計科學性的同時，也有效減少了誤差對最終設計成本的影響。

3)模擬性：有別于其他建筑能耗分析軟件，BIM技術可以通過輸入建筑能耗相關的參數，包括材料熱性能、環境信息、建筑信息等，根據不同參數信息的變化來指導建筑節能設計優化。BIM技術所構建的模型實現了對建筑全生命周期的能耗模擬，有效節約了建筑節能設計的時間、成本。

2 工程概況

某養老中心工程位于山西省忻州市靜樂縣，本工程位于我國的嚴寒(C)區，常年以東北風為主導風向，總建筑面積1.5萬m2，包括老年公寓樓、綜合樓和餐廳，老年公寓樓分南樓和北樓，建筑面積11 834 m2，前廳、走廊為1層，南樓3層，北樓兩邊4層中間5層，建筑高度18.91 m；設有接待大廳、交流廳、書畫室、健身房等。綜合樓建筑面積2 478 m2，建筑高度為 13.81 m，為3層結構，主要設有藥房、急救室、心理咨詢室、理療室、康復室等，其功能分布見圖2。

3 BIM技術在建筑節能設計中的應用策略

3.1 BIM能耗模擬模型的建立

結合養老中心工程的實際情況，利用BIM軟件中的能耗計算軟件對山西省忻州市靜樂縣的氣候參數進行輸入和模擬，設定冬季室溫為20 ℃，夏季室溫為26 ℃，利用門窗進行室內通風，并配備室內采暖空調，每小時完成1次新風換氣。其次，利用Revit對本工程建設結構進行3D模型構建，包括墻體、門窗、屋頂的材料、結構等，同時定義每個材料的熱工特性，從而模擬本工程的實體(見圖3)，最終推算出建筑不同建設和運行周期的能耗情況。

3.2 圍護結構節能設計

本工程所處區域為我國的嚴寒(C)區，冬季室外溫差大且采暖時間較長，圍護結構保溫性能影響整個建筑的整體能耗。為盡可能減少外界溫度對室內溫度的影響，需要合理選取圍護結構的隔熱材料，以確保其對溫度的衰減量不低于0.16，即衰減度應為V0=1.19。根據如下公式計算本工程節能材料的蓄熱系數：

其中，D為選取隔熱材料的熱惰性參數；s為節能材料的蓄熱系居住數；αi和αe分別為養老中心圍護結構內部和外部墻面的換熱系數；y為隔熱材料表面的蓄熱系數。通過計算可以得出本工程所選取材料的蓄熱系數應為8.4 W/(m2·K)。同時，依據DBJ 0—242—2012山西居住建筑節能設計標準要求，本工程的建筑外墻圍護結構選用了擠塑聚苯板作為節能保溫材料(見表1)，變形縫采用玻化微珠保溫砂漿進行填充。

表1 圍護結構節能設計及熱工性能參數

3.3 建筑朝向優化設計

建筑朝向會影響整個建筑采光窗的設計，而朝向會受到建筑所在經緯度、當地氣候、周邊地理環境等因素的影響。本工程運用BIM技術，輸入養老中心工程所在區域的日照、熱輻射、風速、溫度變化、濕度變化等。同時根據日軌圖對建筑朝向、日照之間的關系進行模擬分析。如圖4所示，通過BIM的自動模型幾何分析功能，將建筑在不同朝向情況下的熱塊能量模型進行對比分析，改變其中的朝向參數，得出最佳的朝向設計。

3.4 門窗結構優化設計

門窗是建筑結構重要的采光結構，也是建筑室內與室外產生熱交換最頻繁的區域。通常情況下，建筑能耗的40%以上源于門窗結構?？茖W的門窗設計和采光設計是建筑能夠實現技能的關鍵。以門斗設計為例，節能設計過程中，其位置、朝向都會影響建筑的整體能耗。本工程以BIM技術為核心，模擬了門斗不同位置下對室內氣流的影響。同時，為了確保養老中心室內的自然通風和合理采光，除了選用節能中空玻璃來合理降低窗戶熱傳導系數外，還通過優化建筑的內部空間，使其具有較好的通風條件，采用了板式內廊的結構，顯著的提高了室內通風，也解決了內部的采光問題，保障了居住的舒適度。

3.5 雨水回收系統的設計

本工程所在區域屬于水資源相對匱乏的地區，存在季節分布、時空分布不均的情況?；诖饲闆r，運用BIM技術對本地的雨水、周邊環境進行了3D模型構建，并搭建了雨水回收再利用水循環系統(見圖5)。通過屋面、地面對雨水進行收集、過濾、凈化等處理，將其用于整個養老中心的不同區域，例如路面養護用水、綠植澆灌用水、廁所沖洗用水等，在緩解區域內水資源不足壓力的同時，也實現了節能。

4 結語

現代科技推動了建筑行業的信息化發展，尤其在建筑節能領域，BIM技術等信息化技術的應用，有效提高了建筑節能設計的效率，以科學的指導對建筑結構進行了優化，實現了節能減排，推動了我國建筑行業的智能化、現代化發展，顯著提高了建筑企業的市場競爭力。