BIM技术在建筑节能设计中的应用研究刁力

BIM技术在建筑节能设计中的应用研究刁力

刁力

天津建科建筑节能环境检测有限公司天津300161

摘要：国家经济发展较快，带动了建筑项目的规模、数量不断增加，继而导致了较为严重的能源耗费、环境污染问题。当下计算机技术不断应用，带动了软件发展、工程进步，为工程建设行业增加了新型辅助设备。借助软件、硬件技术的融合，实现了BIM平台的搭建，为建筑行业运作方法的精细化管理打下了良好基础，充分实现对建筑工程环境的模拟，达到节能设计的最终目的。对此，下文首先从BIM技术节能设计概述及其在建筑节能设计应用的意义展开论述，随后就该技术地应用提出一些自己的看法，以供广大同行参考。

关键词：BIM技术；建筑节能设计；施工设计；技术平台；应用

当下国家经济增长较快，带动了社会各行业的能源耗费比例不断增加，能耗危机引起国家经济发展受到负面影响。据统计，建筑能耗比例逐年增加，可达到社会总能耗的20%左右。建筑施工中，资源耗费同时产生大量污染物，进而引起了较为严重的环境恶化，充分提高节能减排工作的落实成为当下主要任务。政府对相关政策、标准的颁布起到了一定作用，借助BIM技术实现建筑节能设计更加关键，该设计模式是提高建筑合理性，改造传统建筑能耗过高的主要方法。

1BIM技术节能设计概述

BIM是以三维数字技术为基础，集成建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，同时又是一种应用于设计、建造、管理的数字化技术。它是从CAD技术的基础之上发展起来的，它更加的宽泛，直观，把人们的视觉从二维带入三维的世界，甚至可以发展成4D、5D的模式。

1.1BIM技术特点

作为建筑信息管理的模型，BIM技术包含大量信息，可借助数字信息实现仿真模拟工作，包括建筑体三维模型的建立，继而实现工程项目的材料、力学和结构的综合设计工作。

1.1.1可视化

三维模型BIM技术可以保证三维模型的搭建，借助可视化效果图进行后续分析，通过有限数据实现报表的生成作业，进而提高相关设计工作、施工和后期维护等过程的有效管理，对应各个专业的人员调动、节点决策等满足可充分满足施工要求。

1.1.2面向对象的参数化

设计BIM技术可有效处理对象参数化的合理设计，可根据相关规则进行约束化设计，提高设计的协调合理性、模拟优化效果，是BIM技术应用的重要价值。

1.1.3多元化

信息输出BIM数据库可导出对应多种信息形式，协助相关专业进行数据变更，及时进行模型优化、升级操作，一定程度上提高了设计工作的作业效率。

BIM软件是建立在BIM核心的模拟软件，具有建模、分析多层功能要求。前者是建筑信息模型的基础，分为四类，即欧特克公司的Re-vit建筑、结构和机电系列，奔特力建筑、机构和设备系列、Graphisoft公司的ArchiCAD以及达索公司的CATIA；后者则是利用BIM建筑模型信息，进行日照、热工、建筑环境等方面的分析模拟。

1.2节能设计现状

与国外节能设计发展较快的国家相比，国内建筑节能设计的起步较晚。存在推广速度慢、发展效果一般的不足。主要原因在于：第一，社会大众更加关注技能科技的发展，过于重视研究结果的节能能力，对设计方案自身效果存在偏差过大的不足。第二，建设团队对节能设计概念的理解不足，仅针对技术、设备表面工作进行节能处理，相关细节的设计存在明显不足。第三，设计与技术方法无法实现相对应的要求。国家建筑设计的节能已经取得一定成果，但是仍存在部分技术无法合理利用的局面。当下，国家建筑行业的设计理念、技术水平发展空间较大，需要加强工程现场的全面考察，设计人员需要保证与时俱进，提高创新性设计工作的落实。

2BIM技术在建筑节能设计中应用重要意义

在当代建造设计行业中，建筑信息模型（BIM）真可谓是一代宠儿。BIM主要是依赖于计算机辅助设计（CAD）技术，将建设项目生命周期中不同阶段的资源、过程以及数据集合在一起，建立起一个工程的数据源，创建、管理、共享其建设项目周期各个阶段的动态工程信息，实现对整个建设项目周期的实时管理，实现其信息的全局共享。应用BIM技术可以实现工程数据的创建、管理、共享、协同等，在建筑行业生产力上具有革命性的意义。

2.1提升项目协同的效率

在我国建筑项目中，由于其项目团队往往具有临时性，其工程也较为的复杂，因此，在工程项目建设施工的过程中，往往会因为其协同困难，而产生工期延误的现象，进而导致资源的严重浪费。将利用BIM技术应用到建筑施工中，可以利用其信息共享的原理，获取实时、准确的数据，提升项目的协同能力，推进工期，进而减少其资源的消耗量。

2.2精确项目施工的计划

现阶段在我国建筑行业中，由于其预算工作还是采用原有的手工作业，对于人员、机器、材料等资源的计划不是十分的准确，往往会造成资源大量的浪费。将利用BIM技术应用到建筑施工中，可以对项目下料进行优化，采取精确断料，对木工进行模板翻样，大大减少了废料的产生。另外，在方案计划中，通过其虚拟的施工，去判断项目需要的资源以及人员、材料的配备情况，可以减少对材料的损耗，节约资源。

2.3可对碰撞进行检查

由于建筑工程具有十分复杂的工程设计，施工方工程师以及设计人员很难仅根据图纸上涉及的问题，提出合适的解决方案，并且在实际的施工过程中，也会发生由于施工中出现的各种碰撞问题，进行重新设计、返工、重新施工的现象。然而，由于返工产生而造成的经济损失，材料损失所引起来的资源消耗是十分巨大的。目前应用BIM技术可以创建BIM模型，BIM软件无论是对软碰撞情况还是其他任何的碰撞情况，都可以提供自动检查的服务，并出示相关的碰撞检查报告，从而得出最佳的解决途径，从根本上避免了由于碰撞而引发的工期延时、资源浪费现象。

2.4建筑性能分析

通过BIM技术，可以对设计方案的照明、安全、布局合理性、声学、色彩、能耗等进行评估，得出的这些数据可以为投资方用来对设计方案进行评定，是否符合可持续设计的理念，在建筑全生命周期里，方案的重要性不言而喻，通过BIM对方案的评定，对于之后建筑全生命周期的使用、对环境及资源的影响都进行大幅度优化。

3BIM技术在建筑节能设计中的应用研究

3.1BIM技术集成化设计

建筑施工中，集成化设计工作需要借助BIM技术实现，可提高设计工作的动态管理，实现生态节能目标。为设计阶段的相关作业人员打下良好基础，可充分避免各专业交叉工作存在错误等问题。BIM技术在设计工作中，可提供可视化、系统化的模型。相关信息可充分体现形式、性能等基本要求，保证节能建筑与设计工作紧密结合，实现全面控制的目标。

3.2前期场地和布局设置

建筑设计中，相关设计人员需要全面了解场地状况，结合物理条件、空间状况进行调整，为后期场地分析打下良好基础。

第一，气候条件分析。建筑工程作为人类活动的主要载体，需要保证其与当地气候环境相符合。通过合理的气候条件分析，可以避免后期生活工作的不适感。BIM技术对场地气候条件的分析主要包括以下几个方面：（1）利用建筑环境分析软件ECOTECE中的wertherTool工具对气象进行数据分析和转换，同时进行焓湿图的气象分析，进一步了解建筑环境；（2）根据当地太阳高度角的变化，对太阳辐射的各个角度进行分析比对，计算出辐射量确定相应构件的设计情况。

第二，场地地形分析。根据现场实际情况，分析地形以及地貌特点，采取BIM技术与GIS技术对建筑场地的地形进行数据分析，其中包括空间、高度、坡度等因素，主要目的是为设计者提供丰富的素材与设计依据。设计人员可以通过地形透视图了解现场场地的地势起伏与变化，从而进行建筑设计。

3.3协同设计

将BIM技术应用到建筑节能设计中去，可以建立起一系列的建筑信息模型，将建筑施工中所需要的全部信息在其信息模型中进行集中的汇总，当需要读取水泵的用电量、水泵的尺寸等信息时，可以跨专业直接取读。在采用BIM技术进行设计时，由于其设计工作是在其模型范围内进行的，因此，一旦参加设计的任意一方对其设计内容进行了修改，其他各方的设计人员都可以及时地看到，然后再一起进行讨论，提高其协同设计的办事效率。在利用BIM技术所建立的模型中，所有的专业事项都必须在模型中进行检查操作，对其水泵进行电量修改时，可以同步更新其负荷计算，通过这种BIM模型不仅可以提高建筑节能设计方案工作的联动性，而且还可以对其工作流程进行简化。

3.4可视化设计

传统的建筑工程方案设计，往往是采用CAD信息平台，将剖面图、立体图、平面图等信息进行汇总，提供给相关的设计人员，并在分析与设计的过程中，对其梁高的位置以及建筑的结构进行适当的调整，努力按其建筑图形进行复原。但是对于那些工期短、结构复杂的工程，利用CAD信息平台，往往在信息的传递中，会导致信息的失真，因此会对建筑工程的施工产生不良的影响。比如将BIM技术应用到现代化的给排水设计方案中，不仅可以在其建筑工程中建立相关的信息模型，对其信息进行更加直观的读取；而且还可以提高其信息的有效性与完整性，降低信息在传递的过程中发生的失真现象。由于给排水施工的模型是建立在土建模型基础之上的，在设计给排水系统时，需要修改其局部的设计模型，但在其修改的过程中，极有可能对其楼层的平面设计产生某些影响，但在多数情况下，都是以楼层为基础设计的，这样难免会扰乱系统内部之间的联系。而在模型设计中利用BIM技术对其进行修改时，可以对给排水工程设计进行整体性的把握，操作性较强，修改工作较为简单。

3.5参数化设计

在BIM模型上，明细表和三维、Revit软件、二维视图等皆能以数据信息之形式呈现，像对Revit软件参数化实施修改，则该软件附带引擎可相应之对明细表、视图以及平面等多种信息进行修改，还可更新修改数据，确保模型处于稳定状态中。像在进行平面布置设计过程中，务必对消防喷头、防火栓等设施进行合理配置，因这些设施的实际数量不固定，故应在材料明细表上处理此该问题，如此才可真正保证设计质量。参数化设计阶段中采用BIM技术，能起到很佳之辅助效用。像在针对建筑排水进行设计时，水力计算过程需要由此领域专业人员依靠计算机软件进行操作，而若采用BIM技术，则可在短时间内直接获取关卫生器具等设施的一切信息，如果排水管道之水利特性被设定，还可对管道直径等信息进行针对性修改，设计之准确性和效率被大大地提升。

3.6安装模型的设计

将BIM技术引入模型设计的安装施工中，可实现直观有效的指导作业。施工环节中，借助时间维度的融合，提高模型的合理性，便于安装进度的精确化工作，可达到预期可视化要求。工程进度表的设置中，借助模型可实现进度精确化、可视化的效果。调整对应进度表要求，便可实现给排水工程的规划分析，提高整体把握效果，便于后期安装、设计工作的顺利进行。同时是避免设计变更操作的主要方法，对当下建筑节能系统的给排水设计具有直接影响作用。给排水设计模型与传统土建模型不一样，是建立在土建模型基础之上的系统，如果发生给排水系统的局部修改，将会导致楼层整体平面设计随之变动。为了避免工作量过渡繁重的危害，可借助楼层为基础设计，降低系统内部之间的过渡牵连，时间工程设计更加具有简洁性、整体性、系统性的优势。

3.7方案辅助设计

相比于传统的建筑方案设计模式，BIM的介入可以让设计更加的多元化，逻辑性也更强，对于复杂的建筑形体以及表皮，有着很好的指导作用，通过参数的改变可以对建筑的形态进行参数化改变，列出不同形态的方案进行性能分析以及设计对比，选择最优的方案进行深化，可以更好地完成建筑方案设计，而程序将会帮我们处理一些复杂、重复的任务，解放了设计人员的时间与劳力，把更多的时间用在选择方案及深化方案上，从而提高设计质量。

3.8BIM技术设计方法分析

BIM技术的节能设计主要体现在工程项目的朝向、形体选择两方面。

3.8.1朝向的选择

建筑施工项目中，朝向一般是指采光位置的设置，朝向合理可避免后期耗能过高的状况。体现在两方面要素：太阳能辐射热量的利用、通风状况的增加。大量工程实践表明，朝向影响要素较多，需要结合BIM技术进行综合分析。如借助BIM技术的能耗分析，可实现方案的直观对比，在满足节能要求的基础之上，实现对朝向的合理控制。然后利用BIM技术中的Archi-CAD里建立会所的体量模型进行能量分析，并利用最先进的自动模型几何分析功能，直接将建筑模型转换为建筑能量模型，直观地观察热块能量模型，再选择最佳的设计方案。

3.8.2辅助建筑的形体选择

建筑物的形体十分关键，可通过形体合理设计实现节能的控制管理，对项目后期实用效果、经济效果的发挥具有积极影响。借助BIM技术对各种因素进行综合分析，如气候条件，可帮助设计人员及时将形体建设作为重点考虑要素，避免耗能高状况的发生。例如，在南方地区，夏季炎热潮湿，建筑物应加强通风散热部分的设计，以确保住户居住的舒适性。这时，可以利用BIM加大建筑开口面积或底层架构确保建筑物通风顺畅。也可以利用BIM调节室内采光，提高建筑的节能性，降低能源消耗。

3.9BIM技术在详细设计阶段的要求

第一，辅助围护结构的设计。利用BIM技术降低建筑实际的能源消耗，通过裁量分析与数据对比，分析出相应材料的能耗数据，从而选择节能效果最优化的结构形式。第二，节能玻璃的选择。工程实践表明，建筑材料中，节能玻璃的设置十分关键，工程项目中，一般由三成能量是通过玻璃实现传导作用，玻璃设置合理可充分避免后期能量损失状况，是当下研究热点。当下研究中较为常见的包括中空玻璃。BIM技术中的ArchiCAD技术可对中空玻璃进行快速选型，对应玻璃洞口、方向、尺寸的相关参数可实现有效评估，必要时可进行材料种类的更换，对比不同方案实现能耗最低化的合理设置。

4结束语

综上所述，在建筑节能设计的过程中，应用BIM技术是十分有益的，运用BIM技术可以将建筑工程转变成为一个虚拟的数字化模型，可以对其进行全方位监测分析，使其建筑节能设计的效率明显的提升，实现了建筑信息的共享。因此，将BIM技术应用到建筑节能设计中意义深远，可以助力于提高整个行业的水准。

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