基于BIM的商業建筑節能運維模式

侯伽萍

（河海大學商學院，江蘇 南京 211106）

0 引言

2018年我國建筑運行能耗約為全國能源消費總量的22%，其中碳排放總量中公共建筑占30%。作為擁有世界上最大建筑市場的國家，對既有建筑實行綠色節能運維是助力實現“十四五”規劃中“碳中和”“碳達峰”目標中不可或缺的一環。通過對中國建筑進行調查與分析發現，商業建筑體量大、耗能高，具有巨大的碳減排潛力。

BIM（BuildingInformationModeling）技術通過分析物聯網收集的數據可實現建筑數字化管理。即根據日照、溫度、人流等數據的變動，調整設備運行模式，使設備在滿足建筑運行要求的同時盡可能降低能耗。

因此，本文將以BIM技術為支撐，針對商業建筑中能耗占比較大的照明與空調系統兩部分，設計其綠色化運維模式，助力商業建筑在保證效益的同時實現節能減排，如圖1所示。

圖1 建筑各項用電比例

1 照明

1.1 地下車庫照明

地下車庫受環境限制，無法借助自然光照明，只能使用LED燈提供光源。受消費購物時間特性的影響，車位使用率在不同時間段存在明顯差異。當車位使用率低或車輛低頻出入時，存在照明光供給過剩的情況，故可通過引導車輛入庫、調節燈照模式的方式降低能源消耗。

1.1.1 智能引導車輛入庫

借助車庫頂板已有的電燈線路安裝TF系列激光雷達以及指示燈，作為車位占用指示，并將數據鏈入BIM管理平臺。在非節假日或用餐期時段，車位使用率相對較低，便可借此采用集中管理模式。即管理人員在靠近進出口處圈出優先停車位置，BIM管理平臺接受雷達數據后可擴大或縮小優先停車范圍。當車輛入庫時，車主可進入小程序中的車庫可視化界面，依照引導到達指定車位。

優先范圍內，BIM技術結合雷達數據與實時監控可獲得車輛分布位置與密集程度，并以此調整車位上方LED燈開啟數，且關閉已使用車位的指示燈；而閑置車位上方LED燈關閉，僅保留指示燈常亮。入口及通向優先區過道頂部LED全數開啟；閑置車位旁過道燈間隔一燈開啟。

1.1.2 靈活調節燈照模式

對于運營中的地下停車場可考慮將車位等更換為雷達感應LED燈。此類燈型相較于傳統熒光燈雖初始投資較大，但具有使用周期長、可調節亮度、低能耗的優點，使得雷達感應LED燈更具經濟優勢[1]。根據商業建筑消費性質，可將午間11點到1點，下午5點至晚上11點設置為全功率照明時段，該時段內使用中的車位保持其車位照明燈全亮（約15W），其余時段車尾燈處于微亮狀態（約3W）。為保障停車場內過夜車的安全，可在BIM管理平臺中設置晚上11點到次日早上7點為過夜車車位燈全亮照明時段，將過道燈設置為間隔微亮模式，到達在保障客戶財產安全的同時降低能耗的效果。

1.2 地上建筑內照明

商業建筑總建筑面積大，為滿足服務質量，優化顧客對建筑的第一印象，就需要長時間提供人工光以滿足絕大部分照明需求，這使得照明能耗約占商業建筑總能耗的40%，域照明能耗占比大，需要設法對此區域照明進行控制以降低能耗。

1.2.1 公共通道照明

商業建筑的幕墻多采用玻璃等透光材料，利用自然光加節能光進行室內照明是減少建筑碳排放并且降低能耗的有效方式。為準確掌握室內各個區域不同時段下的光照水平，可借助建筑的BIM模型分析室內太陽光照情況。首先，要利用相應軟件，如revit軟件對建筑進行建模。模型建立后，與建筑內的溫濕度、光照感應器的數據庫建立聯系，搭建建筑能量模型。通過虛擬模型，對建筑內各區塊室外日光貢獻平均值和設備照明平均值的計算結果展現在圖表上。建筑內的照度計算可通過調整光照計算的時點、光照角度或高度等參數進行個性化設置，以符合現實情景。借助BIM模型對室內照度數據的實時展現，可依據系統設定的視覺舒適單位照明度，配合自然光照情況調節LED燈照明狀態。據測算，此項措施能每年幫助建筑實現10%以上的照明節能[2]，如圖2所示。

1.2.2 自動扶梯照明

商業建筑中，自動扶梯在引導顧客至各個樓層消費時起到關鍵性作用。常見的自動扶梯布置方式有雙梯順向布置、單臺平行排列布置、亦或是弧形扶梯布置等。不論何種形式，扶梯都應處于顯眼位置，便于顧客使用，故扶梯一般處于建筑中庭。對于高度、體量大的建筑，上下層自動扶梯距離遠、空間開闊，可借助室內公共區域燈光進行照明。當自動扶梯兩側存在貨物展示玻璃墻時，可與商戶協商，將兩側射燈照明角度輕微向外側調整，以便借光照明。若因距離較近且無可借光源，可為扶梯布設感應節能燈。燈光的強弱變化由運動和照明傳感器提供的信號進行控制，且照明感應裝置可與電梯紅外感應裝置聯動，提高人員檢測的敏感性和精確性。為避免因設備功率變動過于頻繁造成能耗增加，可在電梯高頻使用時段（設置為節假日午間11點到1點，下午5點至晚上11點）將電梯與配套照明設置為滿負荷運行，其余時段低負荷運行，當檢測到人員使用時轉為正常運行狀態，如圖3所示。

圖2 玻璃屋頂

圖3 自然光+LED燈照明扶梯

2 空調節能

商業建筑內部空間大且具有一定的高度，導致不同時間、不同區域的溫濕度狀況不盡相同，想要保持在同一水平就需要消耗比普通建筑更多的能源。據統計數據顯示，因氣候變暖及設備老化等因素，空調耗電量呈現逐年上升趨勢。針對此類需長期使用空調設備的建筑，有必要根據人流量、室外溫度等因素設計相應的設備運行發方案，從而在保證人員舒適度的情況下降低能耗、減少碳排放，助力環境保護[3]。

由圖4中夏季設備能耗數據可知，若將空調制冷設定為較低的定值，室內外溫差會對空調設備的補水與能耗造成影響，即溫差大導致能耗與補水量的增加，且設備運行功率會有明顯浮動，不利于設備平穩運行以延長使用壽命[4]。參照GB50189—2015，將設備夏季基準溫度設置為26℃，冬季溫度設置為20℃。借助BIM管理系統的空調系統監控模塊，根據室外溫度對設備進行適當調控，例如當室外溫度超32℃時，將空調溫度調高1~2℃，如圖4所示。

圖4 夏季室外溫度對空調系統耗電量和用水量的影響

另外，商場內的人員密集程度也會影響總控系統對空調設備的調試。商業建筑的餐飲層及一樓大廳是人員最為密集的兩部分區域，且在節假日11點到1點，晚上6點到8點間為人流高峰時段，人流密度最大值可接近0.14人/m2，超過《公共建筑節能設計標準》給定的0.125人/m2的標準。在此時段內，室內人員的增加會導致室內溫度的上升，為保證人員的舒適度，應將空調溫度降低1~2℃，且增加通風量以保持空氣新鮮[5]。

為獲得較為準確的人流量數據，可在商場各個入口、各樓層自動扶梯口及垂直電梯口設置人流量監測裝置，并將統計數據導入BIM管控平臺。平臺根據管理人員預先設定的基準值與浮動比例對空調設備運行溫度進行自動調整，提升人員較少區域的空調溫度，降低人員密集區域溫度，但各區域間溫度浮動不宜過大，以免造成溫度差異。

3 結語

商業建筑運行的智能化、綠色化是社會發展的需求，也是未來建筑的發展導向。傳統以人力監測設備、收集數據的方法早已無法滿足高效的運維管理需求。將BIM技術從施工中延伸至建筑的運維管理階段，大幅度的提升了數據信息的完整性與利用效率。BIM技術將建筑模型可視化，幫助管理人員簡潔明了的掌握建筑各個系統的能耗情況。通過調整參數，還能對系統的運維方案進行模擬，驗證方案是否可行。當BIM在建筑運維階段的應用更廣泛后，還能結合GIS技術、AI等前沿科技，為商業建筑的資產維護、減排節能提供強硬有力的技術支撐。