基于BIM技術的陶瓷材料在建筑節能系統中的應用研究

關鍵詞BIM技術；陶瓷材料；建筑節能；參數化建模；全生命周期管理基金項目：（1）重慶市教育委員會2022年度科技項目“軟硬不均地層條件下越江盾構隧道開挖面穩定性研究”，項目編號：NO.KJQN202205501；（2）重慶市教育科學規劃課題“高職院校科教融匯水平測度與實施路徑研究”，項目編號：K24YC3240049。

0 引言

建筑節能是達成“雙碳”目標的關鍵路徑，陶瓷材料憑借優異的特質在建筑節能領域得到普遍應用，但陶瓷材料應用面臨性能適配、施工協同、數據支撐等難題，BIM技術作為數字化工具在建筑全生命周期管理中優勢突出，把BIM技術與陶瓷材料結合用于建筑節能系統能夠為解決現有問題提供新的方向。

1 陶瓷材料應用于建筑節能系統的現存問題

（1）材料性能與建筑節能需求適配不足

陶瓷材料的熱工性能參數離散性較強，導熱系數、蓄熱系數等指標在不同生產工藝影響下波動顯著，這使得其在建筑圍護結構節能設計中難以精準地契合設計需求，現有的陶瓷基外墻材料在濕度、溫度梯度作用下熱阻性能容易出現衰減，與建筑節能標準里規定的長期熱工性能穩定性要求存在一定的差距。部分陶瓷保溫材料的抗壓強度與密度指標難以達到平衡，高密度陶瓷雖然具備較高的強度，但導熱系數也會相應提高，無法滿足輕質、高效的節能設計目標，陶瓷材料的光譜選擇性不夠，其對太陽輻射的吸收與反射特性難以滿足不同氣候區的節能需求，在夏熱、冬冷的地區難以同時兼顧夏季隔熱和冬季保溫的功能。

（2）施工工藝與建筑節能系統協同性差

陶瓷材料安裝工藝缺失標準化節能施工規范，在幕墻、屋面等應用場景里陶瓷板塊接縫處理、錨固節點構造等細節易形成熱橋，致使整體圍護結構傳熱系數超出標準，陶瓷保溫材料與基層墻體的粘結強度受環境濕度、基層平整度影響明顯，現場施工質量難以保障，存在空鼓、脫落等安全隱患，進而削弱節能效果。預制裝配建筑中，陶瓷節能構件與主體結構的連接方式尚未形成成熟體系，接縫處的氣密性處理技術落后，造成建筑整體氣密性降低，增加建筑運行階段的能耗，陶瓷材料施工過程中的損耗率缺少精準計算模型，導致材料浪費，間接提升建筑全生命周期能耗。

（3）陶瓷材料節能性能分析缺乏精準數據支撐

傳統建筑能耗模擬軟件在陶瓷材料物性參數庫建設上不夠完善，無法精準模擬其在復雜建筑環境中的熱濕傳遞特性，陶瓷材料的光學、熱學性能受微觀結構影響較大，現有分析方法難以量化微觀結構參數對宏觀節能性能的影響，使得設計階段的節能效果預測存在較大偏差。陶瓷材料與其他建筑材料復合應用時界面熱阻、耦合傳熱等問題缺乏系統研究，無法經過準確的熱工計算確定最佳的材料組合方案，在建筑全生命周期能耗分析中，陶瓷材料生產階段的高能耗特性未得到足夠重視，缺乏科學的能耗評估模型，進而影響建筑節能系統的整體優化設計。

2BIM技術優化陶瓷材料建筑節能應用的策略

（1）構建陶瓷材料BIM參數化數據庫

運用BIM技術的參數化建模功能搭建陶瓷材料多維度數據庫，采集不同配方、成型工藝及燒制制度下陶瓷材料的熱工參數，如導熱系數、蓄熱系數、比熱容等，還有力學參數抗壓強度、抗折強度、彈性模量等，并將這些參數錄入BIM模型屬性，設定溫度、濕度、光照輻射等環境變量，構建材料性能隨環境變化的參數關聯關系。針對陶瓷材料微觀結構對性能的影響，把氣孔率、晶粒尺寸等微觀參數進行數字化編碼，經過開發數據接口實現數據庫與建筑能耗模擬軟件（如EnergyPlus、DeST）的數據互通，保證材料參數能直接應用于建筑節能設計分析。

（2）開展陶瓷材料節能性能BIM模擬分析

運用BIM三維建模能力搭建含陶瓷材料的建筑圍護結構精細化模型，依據建筑所在氣候區的氣象數據設定夏季空調工況、冬季采暖工況等邊界條件，借助BIM集成的熱工模擬模塊對陶瓷材料在建筑中的熱量傳遞、濕度遷移過程開展動態模擬，針對陶瓷與保溫層、基層墻體的復合構造、熱阻串聯計算與耦合傳熱分析，優化材料組合順序及厚度。對陶瓷幕墻板塊接縫、屋面節點等部位采用熱橋模擬算法，調整構造形式與密封材料選型，降低圍護結構的線性傳熱系數，提升整體保溫、隔熱性能。

（3）制定陶瓷材料BIM施工優化方案

基于BIM模型開展陶瓷材料施工工藝模擬，構建標準化施工流程，剖析基層墻體平整度、濕度對陶瓷保溫材料粘結效果的影響，制定基層處理標準及粘結劑涂抹工藝參數，針對預制裝配式建筑運用BIM實施陶瓷節能構件與主體結構的三維碰撞檢測，優化連接節點構造，明確預埋件位置與錨固方式。采用BIM的4D施工模擬技術模擬陶瓷材料運輸、吊裝、安裝全流程，規劃施工順序與作業空間，借助BIM的工程量統計功能，結合施工損耗率計算模型精準生成材料采購清單，實現材料用量的精準管控。

（4）實施陶瓷材料建筑節能全周期BIM管理

構建基于BIM的建筑全生命周期管理平臺，集成陶瓷材料從生產到運維階段的信息數據。在生產階段，把陶瓷原料開采、加工、燒制過程的能耗數據錄入BIM模型，分析生產工藝里的高耗能環節并優化；在施工階段，經過BIM模型記錄材料進場批次、安裝位置等信息，建立質量追溯體系；在建筑運行階段，接入環境傳感器采集的溫度、濕度、光照等實時數據，與BIM模型預設的性能參數對比，評估陶瓷材料節能性能衰減的情況。

3BIM技術與陶瓷材料在建筑節能系統的深度融合應用

（1）設計階段的陶瓷材料BIM精準設計應用

針對陶瓷外墻裝飾材料，依照釉面特性、色彩反射率等光學參數，結合當地太陽輻射數據，在BIM模型中模擬陶瓷外墻對太陽輻射的反射與吸收效果，優化外墻陶瓷的色彩、紋理選擇。對于陶瓷保溫材料，將其導熱系數、蓄熱系數等熱工參數錄入BIM數據庫，構建陶瓷保溫復合墻體模型，與EnergyPlus等能耗分析軟件協同模擬不同氣候條件下的熱量傳遞路徑，根據模擬結果調整陶瓷保溫層厚度、與基層墻體的組合方式以及陶瓷裝飾面層與保溫層的連接構造，實現陶瓷材料在建筑圍護結構中的節能設計優化。

（2）施工階段的陶瓷材料BIM協同建造應用

對陶瓷幕墻工程可以借助BIM開展三維碰撞檢測，優化龍骨布置與陶瓷板塊的拼接方案，生成陶瓷幕墻的精準下料清單與加工圖，運用BIM的4D施工模擬功能規劃陶瓷材料運輸、存儲與安裝順序，確定陶瓷幕墻板塊吊裝路線與安裝順序。在施工過程中，施工人員利用BIM移動終端獲取陶瓷材料安裝定位信息，依據模型標注的粘結劑涂抹范圍、錨固點位置施工，確保陶瓷保溫材料與基層墻體有效粘結，減少施工誤差導致的熱橋問題，通過BIM實時跟蹤陶瓷材料的進場進度，保證施工進度契合設計要求。

（3）運維階段的陶瓷材料BIM動態監測應用

在陶瓷圍護結構表面及內部埋設溫度傳感器、濕度傳感器和應變傳感器，把監測數據實時關聯到BIM模型對應構件中，分析陶瓷保溫層的溫度、濕度變化數據，判斷保溫層是否有受潮、破損等性能衰減問題，并依照BIM模型快速定位故障區域。結合建筑能耗計量數據在BIM平臺中建立陶瓷材料性能與建筑整體能耗的關聯分析模型，根據陶瓷材料的實際性能表現動態調整空調、通風系統的運行策略，利用BIM模型存儲陶瓷材料的生產批次、安裝時間等信息，為陶瓷材料的定期維護、更換提供數據支持。

4結語

BIM技術與陶瓷材料在建筑節能系統的融合應用從設計參數優化、施工精準管控到運維智能監測，貫穿全生命周期，這一實踐有效彌補了陶瓷材料應用的短板，為建筑節能領域的數字化轉型與綠色發展提供了可借鑒的技術路徑。

參考文獻

[1]周志軍．綠色節能施工技術在住宅建筑工程中的應用[J].大眾標準化，2025(10):61-63.

[2]肖逸菲．綠色建筑裝飾材料的節能與環保效果應用研究[JI.居舍，2025(15):87-89，107.

作者簡介：查富成（1984—），男，漢族，云南曲靖人，本科，重慶電訊職業學院講師，研究方向：智能化工程。