BIM技术在建筑节能设计中的实践应用

BIM技术在建筑节能设计中的实践应用

刘长富

身份证号码：210282198905292812

摘要：随着碳达峰、碳中和目标被纳入我国生态文明建设的整体布局，这将对建筑设计提出更高更新要求。传统模式下的高耗能建筑设计，不仅与“双碳”目标相违背，而且越来越不能满足当今时代城市建筑空间的多元个性化设计需求。基于此，切实加强节能设计在建筑设计中的有效应用，具有强烈的现实意义与社会价值。BIM技术在工程设计中的有效应用，可保证工程设计符合预期质量标准要求的基础上，实现对工程设计效率、精度控制的优化。本文主要阐述BIM技术在建筑节能设计中的实践应用，仅供参考。

关键词：BIM技术；建筑节能设计；应用

引言

建筑工程是节能减排的重点对象，也是能耗的主要来源，推动建筑节能是解决我国能源问题的关键。“十四五”规划提出了“碳中和、碳达峰”战略，建设项目在节能减排上的任务更加艰巨。基于BIM技术的建筑节能设计既要关注技术层面的流程设计，又要着眼于具体的节能优化，更要依托技术系统围绕建筑全生命周期强化节能设计。

1 BIM技术的应用特点与优劣势

1.1 BIM技术的应用特点

（1）可视性。不同于常规二维设计手段而言，BIM技术应用可依据项目相关数据信息进行三维模型建构，进而以更为直观的方式帮助相关人员了解工程设计概况。依托于BIM软件平台，通过对相关数据信息的整合集成，可生成建筑项目图像信息。（2）协调性。通常情况下，建筑项目需将不同节点、工序、部位等内容的设计分配至不同设计人员，而其中不同部门设计人员的相互协调则是影响工程设计水平的关键性因素。（3）优化性。在模型建构过程中，相关人员可随时调整与修改数据库内相关参数信息，且建筑模型可依据数据库变化进行自动调整，实现实时三维建筑模型的优化调整。

1.2 BIM技术的优劣势

1.2.1 BIM技术应用优势

（1）可构建数据库对项目现场环境、结构件、建筑材料等数据信息进行集中整合。通过对BIM技术的有效应用，相关人员对建筑结构功能进行直观化了解，以此为相关决策的科学制定提供参考。（2）可借助BIM技术来提升建筑项目设计与管理水平。设计人员以BIM平台为载体，对新技术、工艺应用进行合理验证，并通过对设计方案的比选来确定合适的施工材料、机械设备。

1.2.2 BIM技术应用劣势

（1）我国对于BIM技术尚未构建完善且科学的标准体系，再加上相关制度的不完善，使得工程设计中BIM技术的应用仍存在不规范的现象；（2）因专业人才的匮乏，BIM技术难以在我国各地区全面普及应用，并且在实际工程设计中，部分人员对于BIM技术的掌握不熟练，无法发挥出BIM软件平台的最大作用与功能，导致工程设计中BIM技术的应用频繁出现问题。

2 建筑节能设计原则

2.1 要严格遵循安全性原则

房屋建筑作为人们日常生产生活的重要场所，其安全性直接关乎人民群众的人身财产安全，因而将节能设计积极融入建筑设计的过程中，首先就要对安全性做出切实保障，积极打造建筑节能设计的安全建设。

2.2 要切实遵守科学性原则

建筑设计方案的科学性将对建筑工程施工效率和质量产生决定性影响，因此在建筑设计中进行节能设计应用时，要兼顾节能理念与建筑设计的科学可行性。

2.3 要深入贯彻规范性原则

建筑设计涉及多种功能构件，如若不遵循规范性原则，会对建筑工程施工产生不良影响，所以在节能设计中，也要对设计方案的规范性做出切实保障，为建筑施工提供明确指导。

3 BIM技术在建筑节能设计中的实践应用

3.1 优化建筑结构，降低能耗水平

基于BIM技术的建筑节能设计，应通过优化建筑结构降低能耗水平。墙体作为建筑围护结构的重要组成部分，无论是南方还是北方的建筑设计都需考虑保温性与吸热性，以满足人体最佳舒适度需求。建筑节能设计应通过BIM系统分析建筑热工，从而确定墙体的材料与厚度，决定墙体围护是否需要使用保温砂浆、聚苯板等保温性能更突出的材料。具体应用中，依托BIM系统中的ArchiCAD技术汇总玻璃洞口的类型、尺寸、方向等数据，通过变换材质参数展示不同能耗效果，从而选择最契合建筑需求的玻璃类型。对于夏季时间长、太阳辐射强、气温高的南方地区而言，遮阳设计是建筑节能需要考虑的重要内容之一，外窗水平遮阳或垂直遮阳无法完全应对夏季阳光直射，可通过BIM系统模型分析针对不同方向窗户设计大进深凹窗、挡板式遮阳、综合遮阳，以有效减少室内空调冷负荷。

3.2 利用系统模型，应用节能材料

优质节能材料作用的发挥，既来源于材料本身突出的性能与功效，又取决于材料应用的成本及费用。因而，建筑节能设计还应依托BIM系统模型综合分析节能材料的应用情况。以玻璃纤维增强塑料(GFRP)为例，该材料以合成树脂为基料，以玻璃纤维为增强材料，经过多道工艺后形成具有优异力学性能、设计性、耐受性的新型复合材料，被广泛应用于建筑工程中。将GFRP应用于给排水管道系统，在BIM模型空间下确定管道敷设的相对位置，调用软件标准数据库中的设备型号，围绕建筑实际需求选择对应的GFRP材料，进一步绘制管道类型、连接设备管线，并通过系统碰撞检查验证管道敷设的合理性。GFRP作为一种质感较为特别的新型材料，可通过改变成分配比来调整材料的颜色、质感以及透光率，被广泛应用于不同要求的建筑装饰中。

3.3 布局光伏系统，满足用电负荷

一方面，要针对屋面、墙面、阳台、遮阳构件等建筑表面进行太阳辐射分析，具体可根据建筑规模、建筑形态确定建筑表面分析内容，如规模较小的多层建筑接收太阳辐射以屋顶表面为主，可以将建筑屋顶作为太阳辐射分析对象。完成建筑表面太阳辐射分析后，根据分析结果设计光伏发电系统，除规划光伏组件的材质、功率、数量、安装方式外，还应注意阴影遮挡造成的电能损耗问题。另一方面，要以建筑周围的室外场地为对象分析太阳辐射情况，主要用于了解太阳辐射能的分布状态，以确定室外绿化植被的合理类型与种植方案，从而在美化室外景观的同时，利用植被优化环境、调节微气候。利用BIM技术完成基础分析和光伏系统设计后，应进一步计算光伏系统的发电量情况，并与建筑物耗电量进行横向对比，检验预设光伏系统发电量与建筑用电负荷之间的匹配程度。

3.4 依托监测系统，调整建筑能耗

由于BIM技术在建筑全生命周期内具有充足应用空间和良好效果表现，基于BIM技术的建筑节能设计同样可贯穿于建筑项目的各个阶段。就建筑运营阶段而言，依托建筑前期BIM嵌入系统同样可实现建筑节能管理。实际上，基于BIM技术的建筑节能管理远不止智能天窗、智能灯光控制这么简单，而是已实现了基于BIM技术的智慧楼宇系统管理。在智能系统的支撑下，建筑楼宇不仅实现了原计划设备的全面管理，而且新增设备同样可接入节能系统，系统根据各类运行数据对建筑内不同能源用途、用能区域进行分项、分时段计量。除跟踪计算建筑内水、电、油、气等能源使用情况以外，还可及时掌握各类能源使用情况和不同用户区域的实际能源需求，从而在科学预测能耗情况的同时，对各类能源进行合理有效分配。通过横向同类型建筑能耗对比与纵向建筑历史能耗对比等分析，还可以快速定位能耗异常区域，为节能管理工作的开展提供有效依据。

结束语

综上所述，在建筑节能环保的发展趋势下，设计人员需高度重视节能设计在建筑工程中的重要性。基于BIM技术的建筑节能设计表现出良好的交互性、协同性，设计的质量与效率明显提升。期待BIM技术的不断升级和更新，在系统兼容、协同操作、集成设计等方面为建筑节能设计提供更有力的支撑。

参考文献

［1］张智健，杨莉琼，李甜．BIM技术在绿色建筑节能设计中的应用［J］．建筑节能，2018(3)．

［2］何立华，崔萧，胡清畅．基于BIM的公共建筑能耗估算与模拟［J］．工程管理学报，2020(2)．

［3］常民．基于BIM技术的绿色建筑节能设计应用研究［J］．新技术新工艺，2019(1)．