關于BIM技術在低碳綠色建筑節能中的應用

摘 要：我國建筑業是高耗能的行業，推行綠色施工是未來的發展趨勢。BIM技術的應用，能夠促進建筑業的綠色發展，將設計流程與設計結果進行可視化呈現，可高效地解決建設項目中存在的許多難題。應用BIM技術與低能耗設計相結合，提高設計水平，能夠加快建筑行業綠色發展步伐，推動我國建筑業進入新的發展階段，促進我國經濟建設高質量可持續發展。本文分析BIM技術在低碳綠色建筑節能中的應用策略，以供參考。

關鍵詞：BIM技術；低碳綠色；綠色建筑；節能技術文章編號：2095-4085（2024）08-0164-03

0 引言

我國城市化進程不斷加快，國內建筑業為社會經濟發展發揮了重要作用，但大規模建設工程項目的施工，使城市環境遭到嚴重破壞，對生態系統產生了嚴重的不良影響。因此，將新技術運用到低碳、綠色建筑施工工程中，具有十分重大的意義。人們的生存環境，隨著經濟社會的發展而發生變化，為了保護環境，相關從業人員應采用最新技術，促進建筑業和房地產業走向良性的低碳發展之路，為保護我國的生態環境做出貢獻［1］。

1 BIM概述及綠色建筑

建筑信息建模，是利用信息技術，通過計算機進行輔助設計開發的一種多維度建模與數據融合的方法，將建筑的三維幾何尺寸、材質、價格和施工進展等相關數據進行數字化模擬和仿真，為建筑設計提供科學依據。BIM是一種基于3D的可視化技術，利用BIM技術，不僅將建筑的三維幾何尺寸、材質、價格和施工進展等進行可視化地視覺效果顯示，還能為設計、建設、運營等環節進行人員調配、交流與決策提供助力。 BIM是一種以對象化為導向的信息模型，依據特定準則設定，明確幾何參量，進行信息建模。 以信息為基礎的BIM數據庫，可以做到以多種格式進行數據輸出，對建筑工程進行全面系統地管理，達到既提高工程質量，又加快工程建設進度的目的。施工前，對工程項目進行可視化設計，可減少因變更工程施工項目造成的不利影響。應用BIM技術，對提高工程建造過程中的可預測性、評價建造績效、計算營運費用、降低工程造價等有著積極的作用。同時，BIM技術的應用，為建筑業高質量發展創造了機遇，也為產業發展與經營帶來了新的挑戰。BIM技術，緊密融合各類信息，推動著建筑業科學技術的變革，提升了建筑工程整體集成的水平。為促進建筑業良性發展，提高工程施工質量和運營效率，降低工程成本，提升建筑業企業的經濟效益發揮重要作用。

我國根據自身國情，提出綠色建筑的定義：在建筑整個壽命周期中，盡可能地節約資源，保護環境，降低環境污染，為人類提供一個健康、舒適、高效的生活環境，使其與自然環境達到協調一致。在此基礎上，謝福泉等人對美國和英國在建造綠色建筑方面的做法進行了闡述，并對推進綠色施工、加強項目施工等方面進行了探討。例如，深圳建設萬科中心，由于運用BIM技術，在2010被授予LEED白金等級證書，是為數不多的幾個拿到LEED白金證書的建筑。針對目前我國綠色施工設計與評估中存在的問題，采用BIM技術可以有效地克服現有綠色施工設計與評估中存在的諸多難題，為我國的綠色建筑行業發展提供有力支撐［2］。

2 BIM技術在低碳綠色建筑中的節能應用

2.1 BIM技術在模擬采光中的應用

在人們的日常生活中，最常用的照明方式有：人工照明與自然光組合。在進行綠色建筑節能設計時，應充分考慮到室內環境下的采光問題。通過合理的設計，將自然光線引入到建筑內部，既節約了建筑的能源消耗，又達到了較好的視覺效果。為使自然光線得到更好地利用，在工程籌備過程中，必須對建筑物照明狀況進行細致分析，從而發現因布置問題而導致的室內房間光線不足或光線過強烈的現象。以上狀況及結論均可通過BIM技術的合理仿真而得到。

2.2 BIM技術模擬室內外風應用

BIM技術室內外風速仿真研究多針對室內及周邊環境，需綜合考慮室外溫度變化、風速、風向等多種影響。利用BIM模型，對建筑內外的風環境進行仿真，能夠很好地調節和改善建筑室外和通風系統的節能效果。可以大大降低室內空調系統和通風系統的能耗，達到節約能源和降低排放的目的［3］。

2.3 BIM技術在日照、朝向分析中的應用

為有效地防止太陽直接照射，可以在大樓內增加一面玻璃墻。在應用BIM進行綠色施工的過程中，必須充分考慮到節能減排的重要性。

一是對日照的影響。由于建筑的位置不同，其受到的陽光照射也是不同的。日照強弱會對建筑物室內供暖系統的工作負載造成直接影響。通過對光照條件的分析，可以對建筑周圍光照變化進行對比。另外，利用BIM技術，可以根據日照長短，對施工計劃進行適時調整。

二是與定向有關。確定合適的建筑方向，保證建成后的使用效果和舒適度能夠滿足使用需求。而建筑朝向也會對建筑內部溫度產生不同程度的影響，在夏天高溫時，要避免在陽光下暴露，冬季氣溫偏冷時，應保證房間內光照足夠，幫助房間內的溫度升高。因此，在進行住宅建筑設計時，應針對地域實際情況進行具體分析。

2.4 BIM技術在熱工分析中的應用

外墻圍護結構對我國城市住宅的節能改造，有著十分重要的意義。利用BIM技術，以周邊結構為突破口，進一步探討建筑節能問題是重點內容。要對建筑熱負荷、冷負荷等進行綜合考慮，并對建筑內部熱環境進行準確分析。該方法綜合考慮了建筑內部熱損耗與通風引起的熱損耗。如果獲得的熱能為負值，則表示有熱輻射。如果損失的總熱能超過了所獲得的總熱能，則在室內獲得的總熱能為負值。在實踐中，要保證氣溫數值保持在適當區間內，以建筑本身的特點、環境等方面為重點進行研究，以最后的結論來確定設計方向。在利用BIM進行仿真計算時，如果不采用制冷/采暖的方法，那么夏季室內的氣溫低于室外的氣溫，冬季室內的氣溫高于戶外，則可以證明外部的保溫隔熱層起到了很好的作用。然而，當氣溫很高或很低時，房間里的氣溫就會偏離最適宜溫度。因此，必須從基礎上做好保溫工作，并對墻體材質進行熱力學計算。夏季氣溫較高時，外部結構會受到陽光暴露的影響，當出現保溫性能不佳時，一定要把室外綜合溫度和室內氣溫的綜合作用考慮進去。

2.5 BIM在太陽輻射分析中的應用

太陽輻射在人們的日常生活中起著十分重要的作用，不同地區的太陽輻射狀況差別很大。在應用BIM的過程中，將綠色節能視為第一要素，并通過專業系統對日照進行深度剖析，并對出現的問題進行及時處理。對于建筑來說，陽光是全年存在的，收集太陽能，一方面能夠對建筑物表層進行降溫，另一方面也能夠對太陽能進行科學、合理地利用，為室內居民的日常生產和生活提供用電。

3 BIM技術在低碳綠色建筑中的節能應用策略

3.1 預規劃的運用

將BIM技術運用于綠色施工建設的前期規劃中，主要是將其運用于建設項目的各個參與主體，實現對其選址環境、整體規劃、平面布局、景觀效果等多個層面的仿真試驗。此外，在進行綠色建筑區位規劃和工程立項時，要充分考慮到今后的生態城市發展需求、周邊環境和業主需求，運用BIM技術，可以直觀地反映出各種環境下的綠色施工影響，使施工企業能夠依據可視化結果對計劃進行修正和改進，最終得出最佳的設計方案。因此，采用BIM技術進行綠色施工的前期規劃，可以加速編制計劃，降低施工過程中的更改數量，節約造價。

3.2 設計階段的應用

BIM技術可以將建筑、結構、暖通、電氣等多個學科連接起來，通過BIM中的Revit建模，可以直觀地看到各個專業的設計成果，根據沖突探測過程，對部件重疊進行檢驗，這樣就可以降低對設計圖的修改數量；基于BIM的Autodesk EcotectAnalysis，實現對建筑能耗、熱工及經濟性能的分析，直觀地模擬陰影、采光、噪聲、通風、日照等對建筑內部的影響，為建筑設計師提供噪聲、光照等污染物的最優方案；利用PMCAD軟件，可以根據《節能設計標準規范》，實現對綠色建筑結構參數的自動檢測和校驗；基于BIM的CHEC軟件，能夠對建筑物能源消耗進行動力學研究，使設計者能夠依據其成本差異，合理選取性價比較高的隔熱體系。

3.3 施工階段的應用

BIM在建造過程中的運用，就是為了檢查建造過程中的質量。BIM技術能夠在建設之前，通過對建設工程的整體工程量進行精確統計，進而估算出項目工程的實際造價。比如廣聯達公司的BIM5D軟件，能夠對項目中的零部件進行自動辨識與統計，以便給承包商準確確定所需的物料種類與數量。BIM的虛擬建模功能，能夠有效減少埋置在戶外管線間的相互撞擊與沖突，有效解決了管線滲漏問題，也能精確定位建筑用水過剩的原因。與此同時，建筑公司也能通過BIM建模，對收集到的雨水數據進行解析，提高建筑工程中的降雨利用率，并對地下水進行有效保護。在建設過程中，管理者可以通過 BIM在電腦上仿真工地真實狀況，清晰地了解各個關鍵階段的施工進度和存在的問題，并預先做出應對措施。另外，管理者也能進一步優化工地布局，減少工地管理困難，提升工地的管理工作效率。

3.4 在運營維護中的應用

基于BIM的參數化設計，將全生命周期內的綠色施工項目全部數據資料納入其中，便于用戶在任何時候了解到建筑物的各項功能。若在綠色施工期間，某一設施或管線出現了損傷，維護人員可以利用BIM中的建筑物建模，查找到對應裝置和管線型號、生產廠家等參數，并對其進行及時維護或替換。同時，BIM還能夠對整個建筑的能耗、設備損耗等進行節能評估，進而對建筑及設備等進行進一步檢測和調節，最大化減少能源的損耗，提高建筑維修效率，實現建筑的節能減排，保護環境。

4 實例分析

某6層辦公樓建于1986年，位于市中心繁華區域。其原始建筑面積是5 015.24m2，經過幾次擴建和改造，設備較落后，既有的大樓設備運行能耗高，設備系統老化，運行效率低下。由于其每年消耗大量的電能，造成了大量的能源消耗，同時由于供電線路的陳舊，給電網帶來了極大安全風險。用水管老舊，導致水源極大浪費。為了解決上述問題，需要采用環保、節能技術，對建筑物進行更新。

4.1 參數化族創建

參數化組件是建筑工程中運用Revit的關鍵元素。在已有建筑物中，部件必須進行簡化，比如幕墻柜臺、辦公室幕墻、玻璃幕墻的嵌板門。可以通過函數及綁定關系，實現組件的參數化和適配，從而避免大量的重復工作，提高系統的工作效率。同時，由于在Revit Structure中包含大量建材，使得建模準確性和展示效果更加出色。

4.2 項目樣板的創建

Revit的工程模板可以為工程建立統一標準。通過對工程模板的有效運用，可以有效地降低工程模型數量，加速工程模型的建設進程，提高工程建設的工作效率；同時，對于整個工程規劃也具有重要的指導意義。工程模板的設計與使用，可以使建筑與結構、設備機電、碰撞檢測與綠色建筑等多個學科之間相互配合，形成一個完整的工程模板，為工程的順利開展奠定了基礎。

4.3 辦公樓BIM綠色建筑改造思路

首先，對已有寫字樓進行Revit建模，利用EcotectAnalysis與Phoenics等分析方法，對原有的辦公大樓進行光照與通風仿真。如果仿真計算的數據符合綠色建筑打分標準及成本標準，則最終決定更新方案。

4.3.1 光照模擬

利用EcotectAnalysis對其進行光照仿真，通過對其日照參數的分析，得出了靠近窗戶區域的光照強度大于內部照明強度，內部照明強度則相對較低；已建成的舊樓照明總體上可以達到照明需求，但仍會出現局部照明不足的現象，其原因與窗戶尺寸、墻體布置等因素有關。為此，在改建設計中，對某些缺乏光照的窗口進行了大小調節，并針對某些密閉空間，增加了一些人工燈光。

4.3.2 通風模擬

利用phoenics數值計算方法，對已建成的建筑物及其周邊進行數值仿真，結果表明：仿真區沒有產生旋渦，人行區的風速較低，迎風面上的風壓較低，且已建成的建筑物分布較為合理，因此可以利用已有的建筑物布局。室內和室外的空氣壓力都能達到規定的最低氣壓差0.5Pa，無需再進行任何的通風改造。

5 結論

綜上所述，目前，國內綠色施工技術在實施過程中仍面臨著系統、深度、理念、抽象、形式化等問題。 BIM的合理運用將為我國的綠色施工和節能減排工作提供有力支撐。BIM可以仿真分析建筑采光、通風和能源消耗，實時反映建筑生命過程中的真實狀態，實現細部和全局的有機統一，有效地解決建筑中的許多問題。有關工作人員需通過對技術使用的進一步探索，掌握技術使用的核心要點。

參考文獻：

［1］劉星，郭斌.BIM技術在低碳綠色建筑中的節能應用研究［J］.大眾標準化，2023，（13）：142-144.

［2］焦麗麗.BIM技術在綠色建筑節能設計中的應用研究［J］.科技創新與應用，2023，13（4）：170-173.

［3］周琦，宋永朋.BIM技術在綠色建筑節能設計中的應用［J］.智能建筑與智慧城市，2022（4）：142-144.