基于BIM 技術的節(jié)能環(huán)保型現(xiàn)代建筑設計

徐 菁 董志國

（蘇州科技大學 建筑與城市規(guī)劃學院，蘇州 江蘇 215011）

BIM技術（Building Information Mdeling，建筑信息模型） 以計算機輔助技術（包括計算機輔助設計、計算機輔助制造等） 為支持，通過收集數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、多維建模。將BIM 技術應用于建筑領域，可以幫助設計師全面了解目標建筑的結構特點，優(yōu)化建筑設計方案，為建筑施工提供保障。BIM 技術具有協(xié)調性、可視化、合理性等優(yōu)勢，利于設計師優(yōu)化設計圖紙，提高建筑設計結構的合理性和安全性，節(jié)約空間、能源和材料，保障目標建筑的質量[1]。當前，建筑行業(yè)正處于轉型發(fā)展階段，需要在傳統(tǒng)建筑中融入先進的信息技術、節(jié)能環(huán)保的建筑理念和規(guī)范的生產方式，減少建筑施工對生態(tài)環(huán)境的影響、節(jié)約建筑材料，縮短工程建設周期，提高建筑工程的質量。BIM 技術與節(jié)能環(huán)保建筑融合發(fā)展，可以為建筑行業(yè)注入新的活力，為現(xiàn)代建筑提供更加廣闊的發(fā)展空間。

一、節(jié)能環(huán)保型現(xiàn)代建筑設計概述

一些傳統(tǒng)建筑的能耗較高、對環(huán)境影響較大。實現(xiàn)建筑節(jié)地、節(jié)能、節(jié)材、節(jié)水是促進建筑行業(yè)轉型發(fā)展、調整產業(yè)結構、轉變經濟社會發(fā)展方式的重要舉措，也是構建節(jié)約環(huán)保型社會的重要方法。因此，在現(xiàn)代建筑設計中，設計師需要在有限的建筑空間內進行節(jié)能環(huán)保設計，將技術、經濟、藝術相結合，提升現(xiàn)代建筑的安全性和功能性，降低建筑施工對生態(tài)環(huán)境的影響，減少原材料的消耗，為人們提供舒適、環(huán)保的生活空間。

（一） 節(jié)能環(huán)保型現(xiàn)代建筑設計概念

節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)已經成為現(xiàn)代經濟社會發(fā)展的主題。節(jié)能環(huán)保型建筑是建筑設計與生態(tài)發(fā)展理念的融合，在滿足人們生活需求的基礎上，進一步節(jié)約資源，提升資源的綜合利用率，減少建筑工程對生態(tài)環(huán)境的影響。節(jié)能環(huán)保型建筑設計的重要內容是節(jié)約能源，這對于可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。設計師進行建筑設計時應當遵循節(jié)能環(huán)保的理念與原則，選擇綠色建筑材料，采用節(jié)能建筑結構，以降低建筑工程能耗和建材污染。《綠色建筑評價標準》指出，建筑物全生命周期內能夠減少對生態(tài)環(huán)境的污染、節(jié)約資源，并與周邊環(huán)境和諧共生的就是綠色建筑[2]。當前，社會公眾的節(jié)能環(huán)保意識不斷加強，對生活環(huán)境要求舒適和健康，低碳、綠色、節(jié)能成為現(xiàn)代建筑設計的重要理念之一。2022 年，我國住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布的《“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃》指出，到2025 年，城鎮(zhèn)新建筑將實現(xiàn)全面綠色建筑，穩(wěn)步提升建筑能源綜合利用率，逐步優(yōu)化現(xiàn)代建筑能源利用結構，有效控制建筑碳排放和能源消耗量，大體形成節(jié)能、環(huán)保、循環(huán)的建筑模式，使2030 年前城鄉(xiāng)建設領域實現(xiàn)碳達峰目標。目前，節(jié)能環(huán)保型建筑呈現(xiàn)高速發(fā)展狀態(tài)，其設計質量和建筑總量還有較大的發(fā)展空間，社會公眾對綠色節(jié)能、環(huán)保型建筑的需求不斷增加。開發(fā)商、設計師等應當共同努力，選擇節(jié)能環(huán)保的設計方案和建筑材料，促進建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

（二） 節(jié)能環(huán)保型現(xiàn)代建筑設計原則

傳統(tǒng)建筑行業(yè)的能源消耗較高，應采取積極措施，節(jié)約資源，減少對周邊生態(tài)環(huán)境的影響。當今，社會公眾的環(huán)保意識不斷提升，節(jié)能環(huán)保型現(xiàn)代建筑成為未來建筑領域發(fā)展的主要趨勢。節(jié)能環(huán)保型現(xiàn)代建筑設計需要遵循以下三項原則。一是以人為本原則。節(jié)能環(huán)保型現(xiàn)代建筑設計和施工應當堅持以人為本原則，在建筑設計中融入自然和藝術元素，使得建筑結構和元素能夠接近自然，促進人與自然和諧共生，構建良好的生態(tài)環(huán)境[3]。現(xiàn)代建筑設計，以人為本是前提和基礎。設計師需要結合自己所學知識和經驗，設計出與周邊環(huán)境相適宜的、符合人類生活需求的建筑結構。建筑設計過程中，設計師既要考慮業(yè)主對建筑功能、審美的需求，也要考慮周邊環(huán)境對建筑物的影響，提高建筑設計作品的綜合利用價值。二是新能源優(yōu)先原則。許多傳統(tǒng)能源為一次性能源，為了緩解能源消耗的壓力，人們不斷研究可替代能源、具有環(huán)保特性的新能源。隨著科學技術的發(fā)展，新能源已經成為當前能源的重要組成部分。節(jié)能環(huán)保型現(xiàn)代建筑的設計和施工需要注重對新能源的使用，比如生物能、太陽能、風能、水能等，以減少建筑物的能耗。例如，太陽能可應用于建筑物墻壁、屋頂、玻璃等方面的設計，可被轉化為電能，為用戶提供電力，保障建筑物內家電等安全可靠運行。三是可持續(xù)設計原則。現(xiàn)代建筑設計要注重對建筑保溫、隔熱、防曬效果的設計，選擇隔熱功能優(yōu)異、可循環(huán)使用的綠色建筑材料，減少建筑工程中產生的資源浪費現(xiàn)象，減少有害氣體、粉塵、噪聲、輻射等對環(huán)境的污染，使建筑物符合綠色建筑標準。當今社會，科技已經融入人們生活的方方面面，將技術與建筑設計相融合，可以提升人們生活的安全性、舒適性和便捷性。因此，在預算合理、符合規(guī)劃方案的前提下，設計師可以將現(xiàn)代科技應用于建筑設計及其內部結構，推動建筑行業(yè)高質量發(fā)展。

（三） 節(jié)能環(huán)保型現(xiàn)代建筑設計中存在的問題

當前，一些節(jié)能環(huán)保型現(xiàn)代建筑設計還處于探索階段，部分設計師更注重建筑的功能性和經濟性，缺少將節(jié)能環(huán)保納入設計之中[4]。一是節(jié)能環(huán)保型現(xiàn)代建筑工程建設體制有待完善。綠色建筑和節(jié)能環(huán)保設計理念進入建筑設計領域的時間較短，一些建筑工程建設存在不規(guī)范、不標準的問題，影響了綠色建筑的普及。目前，部分城市已經開始實施節(jié)能環(huán)保型建筑試點工作，設計公司、開發(fā)商和施工團隊只有持節(jié)能環(huán)保的理念，才能彰顯出節(jié)能環(huán)保型現(xiàn)代建筑的價值。二是對于現(xiàn)代建筑節(jié)能、環(huán)保要求的評價體系不夠健全。目前，一些國家已經構建了較為完善的綠色建筑評價標準和體系，例如，日本建筑物綜合環(huán)境性能評價體系（Comprehensive Assessment System for Building Environmental Efficiency，簡稱CASBEE）、英國綠色建筑評估體系（Building Research Establishment Environmental Assessment Method， 簡稱BREEAM） 等。2005 年，我國頒布了《綠色建筑技術導則》。隨著新型材料和技術的發(fā)展，我國于2019 年對綠色建筑評價標準進行了修訂，制定了《綠色建筑評價標準》，該標準對現(xiàn)代建筑節(jié)能環(huán)保進行定量分析，較為全面地評價建筑的生態(tài)環(huán)境性能、經濟性能等，為建筑評價人員提供了參考，進而幫助設計師優(yōu)化設計方案。然而，對于管理和指標量化方面，建筑評價體系還存在不足，節(jié)能環(huán)保設計需要進一步細化到實體建筑中。三是專業(yè)協(xié)同性需要進一步提升。整個建筑周期涉及許多不同的專業(yè)，比如結構設計、建筑設計和機電設計等，節(jié)能環(huán)保型現(xiàn)代建筑設計需要從不同的角度分析設計環(huán)節(jié)。當前，各專業(yè)領域之間的協(xié)同性不足，影響了信息溝通的有效性，導致一些建筑設計不夠完善[5]。四是有的建筑設計與建筑施工結合不夠。對于建筑領域而言，實際施工和建筑設計所需的知識和經驗存在偏差。部分設計師對具體的施工方式了解不足，缺少現(xiàn)場施工經驗，進行建筑設計時對實際施工難度考慮不夠全面。此外，建筑工程施工人員專業(yè)水平、施工經驗和綜合能力不盡相同，一些缺少系統(tǒng)培訓的施工人員對現(xiàn)代建筑發(fā)展需求了解不多，影響了節(jié)能環(huán)保型建筑的發(fā)展。

二、BIM 技術在節(jié)能環(huán)保型現(xiàn)代建筑設計中的應用優(yōu)勢

將BIM 技術應用于節(jié)能環(huán)保型現(xiàn)代建筑設計，具有協(xié)調性、可視化、模擬性、合理性等特征，能夠增強建筑設計和施工相關專業(yè)的協(xié)同性，提升各專業(yè)技術人員交流的有效性，幫助設計師優(yōu)化建筑設計方案，將節(jié)能環(huán)保理念落實到建筑設計、施工、后期運維的全過程，實現(xiàn)建筑物與周邊環(huán)境的和諧共生，促進建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

（一） 增強現(xiàn)代建筑設計方案直觀性

信息化時代，大數(shù)據(jù)技術可以將各類建筑數(shù)據(jù)整合到BIM 數(shù)據(jù)庫中。BIM 技術將虛擬信息、三維技術、數(shù)字化技術結合在一起，設計師只需要將建筑信息輸入BIM 系統(tǒng)，圍繞設計方案即可構建三維建筑設計模型，將建筑設計以直觀的方式展現(xiàn)。設計師可以根據(jù)三維建筑模型分析目標建筑結構，了解建筑中的節(jié)能環(huán)保設計，初步制定節(jié)能環(huán)保型建筑設計方案。此外，設計師可以利用軟件實時調整設計方案的細微之處，根據(jù)BIM數(shù)據(jù)庫中儲存的信息分析建筑設計方案的可行性。BIM 技術在建筑行業(yè)中的應用，將建筑設計平面圖以三維立體的形象直觀展示出來，能夠幫助設計師和其他設計參與者更直觀地了解建筑物，從而解決設計存在的不足，提升節(jié)能環(huán)保型建筑設計的質量和效率，為綠色建筑快速發(fā)展奠定基礎[6]。

（二） 將節(jié)能綠色落實到建筑全過程

建筑的內部結構、設備、功能及周邊環(huán)境等是影響建筑能耗的重要因素。因此，從建筑設計到建筑垃圾處理的整個過程，都需要遵循節(jié)能環(huán)保的理念，并將其落實到具體工作中。將BIM 技術應用于節(jié)能環(huán)保型現(xiàn)代建筑，能夠在節(jié)能環(huán)保理念的指引下開展包括建筑項目選址、設計、施工、運維等環(huán)節(jié)，優(yōu)化建筑設計方案，簡化建筑項目流程，將節(jié)能綠色落實到建筑全過程。其一，利用BIM 技術可以對建筑項目選址及周邊環(huán)境改造進行全面分析，包括經濟要求、施工條件、建筑場地規(guī)模和建筑物需要具備的功能等。根據(jù)BIM技術提供的數(shù)據(jù)信息，開發(fā)商、設計師等可以選擇合適的建設場所，提升土地的利用率。其二，建筑設計初期，利用BIM 技術可以初步分析建筑能量消耗，比如建筑材料屬性特征、建筑結構合理性、建筑外圍構造、建筑平面規(guī)劃等，基于能耗分析制定建筑設計方案，提升建筑設計的適應性、合理性和可行性[7]。其三，建筑施工需要大量機械設備，利用BIM 技術可以分析出建筑施工個各個環(huán)節(jié)需要使用的機械設備，模擬出施工過程中對建筑材料、水、電等資源的消耗量，優(yōu)化設計方案，使施工過程達到節(jié)能環(huán)保標準。在BIM技術的輔助下，項目組可以綜合分析建筑能耗和材料的環(huán)保性，將節(jié)能環(huán)保落實到建筑項目的全過程。

（三） 提升現(xiàn)代建筑專業(yè)設計協(xié)調性

在傳統(tǒng)建筑設計模式下，有的設計師主要憑借自身經驗和空間感進行建筑設計，工作壓力較大，與其他專業(yè)技術人員或部門的溝通需要加強。借助BIM 技術進行節(jié)能環(huán)保型現(xiàn)代建筑設計，不僅可以幫助建筑項目組全面掌握建筑設計信息，而且可以利用三維建筑模型反映建筑信息，將項目相關部門各自負責的信息進行匯總，凸顯出建筑的整體特點。利用BIM 技術對每個部分進行詳細設計和檢查，能夠有效控制各個環(huán)節(jié)，提高資源的綜合利用率，保障建筑設計符合綠色建筑設計標準。在設計初期，BIM 技術的輔助可以提升設計部門和施工部門交流的有效性，緊密銜接建筑項目各環(huán)節(jié)，提升建筑工程的協(xié)調性和質量。設計過程中，在BIM 技術的輔助下模擬各個施工環(huán)節(jié)，分析其中存在的問題，能夠減少設計與施工的誤差，提升節(jié)能環(huán)保型建筑的質量，保障建筑設計和施工企業(yè)的經濟效益，促進綠色建筑高質量發(fā)展。

（四） 確保建筑設計全面性和及時性

建筑項目全周期使用BIM 技術，不僅可以存儲整個建筑項目準確、詳細的設計和建造數(shù)據(jù)，而且可以提升施工的精確性。通常情況下，建筑項目部門會將各自負責的環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)信息錄入BIM系統(tǒng)，項目組可以直接利用這些數(shù)據(jù)構建建筑模型，查看建筑設計或施工進度，分析建筑結構、材料等各方面的節(jié)能性。BIM 系統(tǒng)展示出的建筑模型集成了各個環(huán)節(jié)的特征，可以準確地展示目標建筑物的各項功能，便于設計師、施工團隊、用戶等更全面地了解和掌握建筑項目內容及具體施工情況[8]。此外，BIM 技術支持下設計的建筑模型可以根據(jù)實時上傳的數(shù)據(jù)進行調整和更新，為后期建筑物運行和維護提供數(shù)據(jù)支持，減少設計變更造成的施工成本問題，規(guī)避建筑工程中的施工風險，從而創(chuàng)造更高的生態(tài)效益和經濟效益。

三、BIM 技術在節(jié)能環(huán)保型現(xiàn)代建筑設計中的應用

在現(xiàn)代信息技術的支持下，BIM 技術貫穿了整個建筑項目生命周期，減少了建筑項目對周邊生態(tài)環(huán)境的污染，減少能源和資源的浪費，促進建筑行業(yè)向綠色、節(jié)能、可持續(xù)方向發(fā)展。2019 年頒布的《綠色建筑評價標準》 針對建筑物節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材、節(jié)水、施工管理、室內環(huán)境、運營管理等方面進行了嚴格規(guī)定，將BIM 技術應用于建筑設計中，可以使建筑更加符合相關標準，推動現(xiàn)代建筑行業(yè)轉型升級[9]。

（一） 優(yōu)化現(xiàn)代建筑設計方案

節(jié)能環(huán)保型現(xiàn)代建筑融合了建筑、人、經濟三方面的要素，利用BIM 技術可以預判建筑工程各階段潛在的問題，及時調整和優(yōu)化設計方案，降低后期返工的概率，節(jié)約能源與材料，踐行綠色建筑相關理念和標準。具體而言，在前期設計階段，BIM 技術可供設計師進行建筑內部采光分析、聲音環(huán)境模擬、聲學設計、通風模擬等，綜合判斷建筑設計的合理性。一是幫助用戶了解建筑物的采光條件，無論是傳統(tǒng)建筑，還是現(xiàn)代建筑，對于自然采光都有較高的要求。特別是大型公共建筑物，需要采用天窗設計滿足建筑物采光問題。BIM 技術中的ECOTECT 軟件可以計算出建筑物室內照度和自然采光系數(shù)，并經過計算確定窗戶的位置和大小，確保室內自然光充足，降低燈光照明設備的使用頻率，進而提升建筑物環(huán)保性能。二是噪聲是綠色建筑評價標準之一，建筑項目設計時需要預測周邊環(huán)境噪聲，及時采取有效措施降低周邊環(huán)境噪聲，使得室內外聲音均符合國家標準。BIM 技術中的CadnaA 軟件可以針對建筑物室內外環(huán)境聲音進行模擬分析，將其控制在標準范圍內，實現(xiàn)建筑物與周邊環(huán)境的和諧共生。三是良好的通風環(huán)境可以避免建筑內部潮濕，特別是對于處于潮濕區(qū)域的建筑，設計時需要利用PHOENTICS 軟件模擬和分析室外風環(huán)境，同時考慮節(jié)能問題，做到建筑內部能夠自然通風，帶給用戶舒適的居住體驗。

（二） 實現(xiàn)建筑過程節(jié)能節(jié)材

利用BIM 技術可以模擬建筑物能源消耗，針對能耗數(shù)據(jù)，優(yōu)化建筑物保溫隔熱設計，以綠色建筑標準為參考，控制建筑物能耗。例如，以新的建筑物節(jié)能標準為依據(jù)，在符合預算的前提下提升建筑物熱工性能；在建筑物內安全節(jié)能照明設施；選擇具有節(jié)能性能的空調系統(tǒng)；做好建筑場所綠化，使得植物能夠享受到充足的水分和光照，使得建筑物能夠與周邊環(huán)境融為一體。同時，土地利用率也是建筑節(jié)能過程的重要因素，在建筑設計過程，要利用BIM 技術反復模擬計算，確保建筑物內部和外部空間的合理性，在維持室內空間舒適性和功能性的基礎上，提升規(guī)劃土地的利用率[10]。例如，采用BIM 技術可以分析道路寬度、樓間距、消防功能等，優(yōu)化建筑物及其周邊設施的空間布局，達到節(jié)能的目的。此外， 《綠色建筑評價標準》中對現(xiàn)代建筑使用材料有明確的規(guī)定，設計師進行建筑設計時，需要以其為標準，以BIM 技術為輔助，精確計算各類綠色建筑材料的占比，判斷建筑設計整體是否達標，實現(xiàn)現(xiàn)代建筑全過程節(jié)能節(jié)材。

（三） 提高現(xiàn)代建筑施工效率

現(xiàn)階段，利用BIM 技術構建建筑項目的三維立體模型，可以在建筑設計與施工期間對建筑物結構與機電開展碰撞檢測，及時發(fā)現(xiàn)問題，對建筑物機電系統(tǒng)和結構進行優(yōu)化和修正，避免施工結束后進行返工，以節(jié)約工程成本、縮短工期，提高現(xiàn)代建筑施工效率。建筑項目相關方登錄BIM系統(tǒng)后可以直觀地看到建筑物的三維模型，不同部門可以根據(jù)模型開展有效溝通，優(yōu)化建筑項目設計，確保工程進度和質量，監(jiān)督施工現(xiàn)場的安全文明情況，協(xié)助實現(xiàn)高水平建筑項目。一是BIM技術能夠模擬出場地平面，對建筑施工場地進行合理規(guī)劃，比如辦公區(qū)域、出入口、機械設備放置區(qū)域、建筑材料堆放區(qū)域等，同時確保建筑周邊路基可靠性和路面的平穩(wěn)性。二是BIM 技術可進行施工模擬，比如對于較為復雜的施工節(jié)點，可以利用BIM 技術進行模擬施工，將施工方法和過程直觀展示出來，便于施工人員觀察和學習，提升建筑施工的準確性和施工效率。三是利用Navisworks 軟件可以模擬場地布置，對比當前施工階段場地，動態(tài)調整場地，并在項目開始施工前，模擬施工過程，確認優(yōu)化方案，用于指導建筑施工隊，進而降低管理和返工成本，為建筑物質量提供保障。

（四） 協(xié)助建筑后期運維管理

對于建筑工程而言，其不僅要保證前期設計、中期施工的質量，還需要對建筑物進行后期管理和維護，使得建筑物個性設計和空間能夠得到合理應用，為用戶提供舒適、便捷、安全的工作或生活空間。利用BIM 技術進行的建筑后期運維管理，包括能源、設備、安保、租戶、設備等方面的管理，能夠降低建筑物運維成本[11]。一是BIM平臺中儲存的三維建筑模型可以進行車庫定位，以此快速了解車庫使用情況和管轄區(qū)內道路車流問題，了解車輛信息，對比車牌號，減少占用車位情況的出現(xiàn)。二是物業(yè)人員可以通過BIM 中的建筑物模型全面掌握建筑物隱蔽工程，并對其進行實時監(jiān)測，倘若出現(xiàn)管網老化、破壞問題，及時排查和維修。三是BIM 運維管理系統(tǒng)能夠進行能耗管理，結合IOT 技術，在建筑物內電表、水表、燃氣表等安裝智能檢測設備，這些設備會將能耗信息實時傳輸?shù)紹IM 平臺，平臺通過數(shù)據(jù)分析檢測建筑物能耗，同時及時處理能耗異常現(xiàn)象，減少安全隱患。

四、結語

BIM 技術建立在計算機應用基礎之上，通過信息技術對建筑工程施工中的數(shù)據(jù)庫進行建立和創(chuàng)設，實現(xiàn)建筑工程數(shù)據(jù)的同步管理，有助于建筑工程施工管理人員做出正確決策，進而實現(xiàn)建筑工程施工管理目標，降低建筑工程施工成本，實現(xiàn)對建筑工程施工的全程監(jiān)管，合理控制工程施工進度，提高工程施工效率。

在具體的應用中，BIM 技術的應用可以實現(xiàn)良好的視覺效果，根據(jù)建筑工程施工圖紙可以逼真地展現(xiàn)出施工現(xiàn)場的布置情況，合理制定建筑工程施工方案，并對多種建筑工程施工方案進行對比，選出優(yōu)化的施工方案。BIM 建模的應用可以實現(xiàn)建筑工程施工的精細化管理，提高資源的利用率，降低能耗。

隨著城市人口的增加和城市化進程的推進，建筑產業(yè)逐漸壯大，成為推動城市經濟發(fā)展的重要支撐。然而，能源消耗和環(huán)境壓力也會加大。為應對這些挑戰(zhàn)，人們對建筑物要求功能多樣化和舒適性的基礎上，更加注重節(jié)能環(huán)保特征。BIM技術通過數(shù)字化建模，實現(xiàn)了建筑項目各個部門的協(xié)同工作，BIM 技術在建筑領域的引入，為建筑設計和施工帶來了革命性的變化，對于建筑行業(yè)向現(xiàn)代、綠色、節(jié)能、環(huán)保、技術發(fā)展方向邁進具有重要意義。BIM 技術提升了建筑項目的整體效率和質量，減少了資源的消耗和環(huán)境的污染，推動了建筑行業(yè)的技術升級和創(chuàng)新，促進了建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，為建筑領域的發(fā)展和國民經濟整體水平的提升提供了重要的技術支撐。未來，隨著BIM 技術的不斷發(fā)展和普及，其將成為建筑行業(yè)發(fā)展的重點，推動建筑行業(yè)轉型升級，促進建筑數(shù)字化、智能化發(fā)展，為未來的建筑創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。