基于BIM 的綠色建筑能耗管控核心技術研究

宋永朋，張艷

（青海省創業發展孵化器有限公司，西寧 810001）

1 引言

BIM 技術是科學技術，尤其是軟件技術不斷發展而衍生的產物，將該技術應用在建筑工程中，可以以數據化的方式對建筑信息進行整合，并通過模型的方式加以呈現，為綠色建筑的能耗管控工作帶來了便利，提高了綠色建筑的設計、施工和運維效率，促進了建筑行業的可持續發展。

2 BIM 技術與綠色建筑能耗管控

2.1 室外環境分析

室外環境對建筑性能的主要影響因素包括熱、光、風、聲4種，GB/T 50378—2019《綠色建筑評價標準》提出居所外部熱島強度的均值應當保持在1.5 ℃。外部環境噪聲情況也是對綠色建筑進行監測的主要標準，相關文件也對其進行了明確的規定[1]。為了能夠達到綠色建筑的標準，可以利用BIM 技術構建三維立體可視化的項目模型，然后將熱、光、風、聲4 種因素以模擬的方式導入模型之中，以此來對施工、竣工后的建筑是否達到標準進行檢驗與分析，然后利用分析結果來對實際施工、運營等工作進行指導。通過Revit 軟件所構建的3D 模型在導出時可以選擇dwf、gbxml 等多種格式，以此來通過多種解析程序進行全面分析，避免重復建模增加的時間成本，并且能夠提升分析結果的準確性。隨著BIM 技術的不斷升級，其分析能力、兼容能力也會不斷提升[2]。

2.2 BIM 優化設計與能源節約分析

綠色建筑的重要評價標準就是能源節約與能源利用，通過利用BIM 技術進行3D 可視模型的構建，然后導出形成特定格式，并進行能耗解析模擬計算程序的導入工作，轉化為對應格式，根據相關規定與標準，以及建筑所處位置的環境條件，運用能耗分析程序來獲取模型解析數據，建立可視、直觀且可用的模型，最后根據模擬結論優化相關參數的設定，從而達到綠色建筑設計預期節能目的。還可以運用BIM 模型解析外部光照輻射問題，對輻射的強度進行模擬分析，以最大限度地運用太陽能為目標對太陽能裝置布設進行優化設計；根據外部植被特性來對其進行優化布設；研究內部自然采光，充分利用太陽光進行照明，減少人工照明所造成的能源消耗。

2.3 BIM 碰撞檢查與材料資源節約分析

對綠色建筑體系進行測評時，對于建設時所運用的建材源頭與占比也進行了較為細致的規定，比如，施工現場500 km范圍內廠家所產出的建筑材料總量應當保持在總體建筑材料數量的60%；在保證施工安全且不會對環境產生污染的前提下，可以多次、重復、循環使用的建筑材料應當占總體建筑材料的10%。雖然現階段還沒有技術能夠對材料的質量進行精準、快速的核算，尤其是某些較為復雜的工程，核算難度更大，但是BIM 技術本身具有較為龐大的信息資源庫，且在材料統計方面也具有較高的效率，能夠對各類型材料所需總量進行快速的核算，核算結果能夠用于指導施工階段的用料工作，使建筑也更加符合測評標準。同時，可通過利用BIM 技術和3D模型對施工過程中可能會產生沖突碰撞的設計進行檢驗，并及時修正，以此減少實際施工過程中的返工所造成的材料浪費現象，達到材料資源節約的目的。

2.4 室內環境分析

室內環境主要包括風、光、聲、熱4 個部分[3]，需要在能耗管理過程中對其進行精準的解析工作，然后借助3D 立體可視化模型對其進行精準的展示。通過解析內部空間通風情況對內部空氣質量、污染情況進行全面了解，以此對窗戶大小、布設位置以及數量等進行合理的調整，優化內部通風環境。例如，通過對內部光環境進行解析能夠對內部空間的照度、眩光值、色指數等多項指標進行判定，確保其滿足內部空間環境的需求；通過解析內部噪聲情況調整建筑結構的隔音設計，確保內部噪聲被控制在規定標準之內。室內環境分析與室外環境分析具有相同點，都可以通過BIM 構建立體可視化的3D 模型，然后將相關模型各自導入分析程序之內來完成上述解析，達到優化室內環境設計的目的；室內熱濕環境評價的主要依據為GB/T 50378—2019《綠色建筑評價標準》中5.2.9 條第2款要求，采用計算流體動力學（CFD）得出室內流速分布和溫度分布，進而得出室內熱濕環境評價指標分布，并進行達標比例計算。

2.5 BIM 運營與能耗管理

BIM 技術的核心是參數化、信息化的三維模型，對相關專業信息進行整合后能夠以可視化、參數化、數字化的方式表達建筑實體工程項目的特性，確保整個建筑過程中所呈現的信息形態對稱，且能夠為綠色建筑提供實時且持續的相關數據，滿足綠色建筑運維管理的需求。比如，需要對空調通風系統進行維護時，工作人員需要全面地對建筑空調系統的規模、布設以及鄰近設施情況進行了解，從而制訂高效的維護方案，避免因為信息掌握不全面而造成的空調通風系統的損害。

3 綠色建筑能耗數據挖掘和分析利用

3.1 綠色建筑能耗數據計算

A 市某綠色辦公建筑綜合樓，建設主體功能為辦公、會議，建筑總面積為37 896.78 m2，總高度為90.6 m，22 層。以下將以綠色建筑評價指標為依據，結合BIM 技術來制定建筑各項目的能耗數據，并以此為參考，對熱工性能進行分析。

本項目采用清華斯維爾的BESI 軟件作為熱環境模擬計算工具，BESI 軟件可作為評價標準中計算相關節能率評分項的配套工具，以及用于測評機構或設計單位進行能效測評工作，同時，還可以對建筑年運行能耗進行全面的模擬計算和分析預測，是國內常用度和專家認可度最高的能耗計算工具。表1為采用該軟件計算的年度累計耗冷耗熱量。

表1 年度累計耗冷耗熱量

進行節能測評的基本要求是被測評建筑年度累計冷熱消耗總量低于參考建筑。案例項目中圍護結構整體熱工性能對比參考建筑相對較高，案例項目外圍護結構熱工性能已經滿足設計要求。但依據上述監測數據可知，圍護構造熱工性能還可進行優化，使整體能耗量下降。

通過逐時的方式對建筑整年空調系統的耗冷量、耗熱量，以及空調體系整年冷熱消耗總量進行核算，其累計數值見表2。

表2 空調系統整年累計冷熱消耗總量kW·h/m2

該建筑空調系統整年的冷熱量消耗值小于參照建筑物整年的冷熱消耗量，在設計上滿足綠色建筑標準。

圍護結構部分整體熱工性能比參考建筑要低，而且建筑整年冷熱量消耗也低于參考建筑，因此，本項目圍護結構的熱工性能是完全滿足用戶設定標準的。本項目以綠色建筑評價二星標準為設計，要求達到圍護結構節能率提升10%的標準，因此，冷熱消耗總量效果優異。

3.2 基于BIM 運維能耗數據的綠色建筑優化

在綠色建筑營運時期進行能耗管理，需要利用BIM 技術對建筑的能耗數據進行解析，展現建筑運行效能，從而對建筑能耗進行實時的節約管理。

3.2.1 分析照明體系

對照明體系技能進行測評需要在照度相同的條件下進行，只有空間內照明裝置的功率、亮度都能夠達到節能標準時才能夠對建筑內部所有照明體系功率消耗與設計中最高照明體系功率進行對比判斷。照明體系所消耗的功率總量應當小于節能標準所規定的要求，這也是照明體系考核評價的基礎。

利用BIM 技術進行采光模擬可知，建筑白天采光可達到用戶的需求，能夠對照明所產生的能耗進行有效控制。但仍然有部分空間內無法獲得自然光進行照明。由于建筑自身對照明的要求并不高，且空間設計凈高充分，因此，只要不會干擾視線，應當盡量將高窗打開來進行自然光線的導入，從而達到減少照明能耗的目的。

3.2.2 空調系統分析

空調系統的主要作用是滿足建筑內部人員對冷熱、換氣、通風的需求，通過對空調系統進行合理優化設計能夠為建筑內部人員提供溫度舒適的環境。同時，還需要合理地對系統進行分區處理，讓空間溫度盡可能地保持在均衡的狀態，不能太冷，也不能太熱；在空氣流通過程中，也需要盡量避免出現冷熱相抵的現象。在設計空調系統的過程中，運用BIM 綠色節能技術不能僅對施工情況進行考慮，還需要對系統整個運行過程進行分析，而且在進行設備型號選擇時，還應當從合理負荷、技術經濟2 個方面進行合理分析。對負荷進行分析時，需要考慮運行耗能與負荷波動現象，以此來提升系統運行的合理性。比如，對空調系統的蓄能體系加以改進，對負荷所需“低谷”廉價電力進行充分運用。

4 結語

本文通過相關的案例項目，對綠色建筑的能耗數據進行相應的分析計算工作，然后，基于BIM 技術提出了綠色建筑運維能耗數據優化的相關建議，并對BIM 技術在優化綠色建筑能耗管控方面的發展前景進行了相應的分析，期望能夠促進BIM技術推動綠色建筑的發展，以及建筑行業的全面進步。