基于BIM 技術(shù)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的應(yīng)用分析

張亞琦 ，楊鋒

（1.寧波第二技師學(xué)院，寧波 315000 2.浙江核力特種技術(shù)有限公司，寧波 315000）

1 前言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程腳步的加快，社會(huì)對(duì)能源資源的需求量越來(lái)越高，能源資源短缺的問(wèn)題日漸凸顯。當(dāng)前，絕大多數(shù)的能源材料在建筑工程和附屬設(shè)施中的應(yīng)用廣泛，能源資源消耗和建造成本偏高。將BIM技術(shù)應(yīng)用到建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，對(duì)降低建筑能耗，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)具有積極意義。

2 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題

2.1 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)如今，能源資源短缺問(wèn)題成為全球性問(wèn)題，尤其在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的發(fā)展中國(guó)家，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展。在當(dāng)今環(huán)境下，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)水平受限于建筑設(shè)計(jì)理念的問(wèn)題和建筑技術(shù)發(fā)展水平，從而造成其發(fā)展速度緩慢。既往的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)工作在操作期間，要求設(shè)計(jì)人員以原有的生態(tài)建筑設(shè)計(jì)方案作為依據(jù)，并沒有因地制宜的分析與研究建筑節(jié)能需求。

再者，沒有詳細(xì)驗(yàn)證和考察建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案的綠色環(huán)保性、節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性，也在一定程度上不利于方案優(yōu)化。設(shè)計(jì)方案期間，建筑工程設(shè)計(jì)人員將重點(diǎn)集中在外觀設(shè)計(jì)和建筑功能設(shè)計(jì)方面，較少的融合節(jié)能思維。絕大多數(shù)的數(shù)據(jù)、參數(shù)在錄入的時(shí)候，仍基于專業(yè)軟件采用人工方式完成，展開設(shè)計(jì)方案的定量分析，設(shè)計(jì)人員在操作軟件期間，因?yàn)槿鄙賹I(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，難以高效分析出設(shè)計(jì)成果。

2.2 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

2.2.1 設(shè)計(jì)理念落后

當(dāng)前，仍有一部分設(shè)計(jì)師在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中堅(jiān)持傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，缺乏對(duì)新型節(jié)能技術(shù)和環(huán)保材料的認(rèn)知和應(yīng)用。落后的設(shè)計(jì)理念導(dǎo)致他們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)建筑的能源效率和環(huán)保性能考慮不充分，往往只關(guān)注建筑的外形、功能和舒適度，設(shè)計(jì)理念落后，既影響建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的實(shí)際效果，又阻礙建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的指導(dǎo)下，建筑物往往存在能源浪費(fèi)嚴(yán)重、環(huán)境壓力大等問(wèn)題，這不僅增加了建筑物的運(yùn)營(yíng)成本，也加重了環(huán)境負(fù)擔(dān)。

2.2.2 技術(shù)應(yīng)用不足

隨著科技的不斷進(jìn)步，許多創(chuàng)新的節(jié)能技術(shù)和解決方案已經(jīng)涌現(xiàn)出來(lái)，然而，在實(shí)際的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，這些先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用并不充分。一方面，一些設(shè)計(jì)師缺乏對(duì)新技術(shù)的了解和掌握，往往局限于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和材料，沒有充分意識(shí)到新技術(shù)在節(jié)能設(shè)計(jì)中的潛力。另一方面，由于經(jīng)濟(jì)、法規(guī)或其他因素的制約，部分節(jié)能技術(shù)在實(shí)際項(xiàng)目中難以得到廣泛應(yīng)用。沒有充分利用先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計(jì)師就無(wú)法最大程度地提高建筑的能源效率和環(huán)保性能，造成了能源的浪費(fèi)，并且錯(cuò)過(guò)了減少建筑對(duì)環(huán)境影響的機(jī)會(huì)。

2.2.3 政策和法規(guī)不完善

建筑節(jié)能設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題中，政策和法規(guī)不完善是一個(gè)重要的方面。在建筑行業(yè)中，政策和法規(guī)對(duì)于推動(dòng)節(jié)能設(shè)計(jì)的發(fā)展和實(shí)施具有至關(guān)重要的作用。然而，目前在一些地區(qū)和國(guó)家，相關(guān)的政策和法規(guī)并不完善，這給建筑節(jié)能設(shè)計(jì)帶來(lái)了一系列的問(wèn)題。首先，缺乏明確的政策和法規(guī)指導(dǎo)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)師和開發(fā)商在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方面缺乏明確的目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，節(jié)能設(shè)計(jì)的要求常常被忽視或被置于次要地位。其次，政策和法規(guī)的不完善還表現(xiàn)在缺乏有效的監(jiān)管和激勵(lì)機(jī)制。建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的監(jiān)管力度不夠，往往導(dǎo)致一些不符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的建筑項(xiàng)目得以通過(guò)。同時(shí)，缺乏對(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)的激勵(lì)機(jī)制，使得開發(fā)商和設(shè)計(jì)師缺乏積極性和主動(dòng)性去推行節(jié)能設(shè)計(jì)。此外，政策和法規(guī)的不完善還影響了節(jié)能技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。缺乏政策支持和法規(guī)保障，部分先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)難以得到廣泛應(yīng)用和推廣，從而限制了建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的實(shí)際效果和潛力。

2.2.4 經(jīng)濟(jì)與成本問(wèn)題

建筑節(jié)能設(shè)計(jì)在推廣和應(yīng)用過(guò)程中，經(jīng)濟(jì)與成本問(wèn)題是一個(gè)不可忽視的挑戰(zhàn)。盡管節(jié)能設(shè)計(jì)在建筑可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)方面具有重要作用，但因其成本及投資回報(bào)周期較長(zhǎng)，往往成為制約其廣泛應(yīng)用的主要因素。建筑節(jié)能設(shè)計(jì)通常需采用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)和高性能的建筑材料，這些技術(shù)和材料通常價(jià)格較高，增加了建筑的成本，對(duì)于一些經(jīng)濟(jì)條件有限的項(xiàng)目或開發(fā)商而言，會(huì)因?yàn)榻?jīng)濟(jì)考慮而選擇傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，放棄節(jié)能設(shè)計(jì)。節(jié)能設(shè)計(jì)在減少能源消耗和運(yùn)營(yíng)成本方面具有長(zhǎng)期效益，但這一效益需要在一定時(shí)間內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)，對(duì)于追求短期回報(bào)的投資者和開發(fā)商而言，不太愿意承擔(dān)這一經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

3 基于BIM 技術(shù)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方法分析

3.1 工作流程

建筑信息模型（BIM）技術(shù)的應(yīng)用給建筑工程節(jié)能設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的改變，BIM技術(shù)不僅為其為節(jié)能設(shè)計(jì)提供了結(jié)構(gòu)化平臺(tái)，同時(shí)也使能耗分析和評(píng)估工作能夠盡早展開，解決了項(xiàng)目設(shè)計(jì)和節(jié)能設(shè)計(jì)的分離問(wèn)題，保證建筑全壽命周期能源消耗模擬和評(píng)估的實(shí)現(xiàn)。

在BIM技術(shù)的支持下，設(shè)計(jì)師可按照方案建立BIM模型，包含建筑的所有物理信息和功能需求，使得設(shè)計(jì)師可以在一個(gè)真實(shí)且準(zhǔn)確的環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)。而后導(dǎo)出模型中的數(shù)據(jù)，由設(shè)計(jì)師進(jìn)行環(huán)境分析，了解建筑在不同環(huán)境條件下的能耗情況。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)師展開模擬分析，了解建筑的能源效率和環(huán)保性能，預(yù)測(cè)建筑的能源消耗，找出設(shè)計(jì)中的不足，提出改進(jìn)方案。

根據(jù)以上分析結(jié)果，設(shè)計(jì)師調(diào)整設(shè)計(jì)方案，達(dá)到有效的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)與評(píng)估的目的。這種調(diào)整處理能優(yōu)化建筑的布局、材料、設(shè)備等，也有助于建筑運(yùn)營(yíng)策略的調(diào)整。無(wú)論如何，其目的都是為了使建筑在滿足功能需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用，減少對(duì)環(huán)境的影響。

3.2 節(jié)能分析與數(shù)據(jù)管理

BIM技術(shù)的參數(shù)化模型與當(dāng)今建筑設(shè)計(jì)環(huán)境性能分析的發(fā)展趨勢(shì)緊密相連，這也標(biāo)志著建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域正邁向一個(gè)更加智能化和高效化的未來(lái)。在國(guó)內(nèi)，傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)方法往往是在設(shè)計(jì)完成后或施工圖成形后，才進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的分析和驗(yàn)證。這種做法雖然能確保設(shè)計(jì)方案符合規(guī)范性要求，但會(huì)在后期發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，從而導(dǎo)致成本和時(shí)間上的浪費(fèi)。設(shè)計(jì)師應(yīng)用BIM技術(shù)的參數(shù)化模型，可以在設(shè)計(jì)早期階段進(jìn)行模擬分析，這表示設(shè)計(jì)師不再需要等待設(shè)計(jì)工作完成后再進(jìn)行驗(yàn)證，而是在設(shè)計(jì)過(guò)程中就能實(shí)時(shí)查看和調(diào)整設(shè)計(jì)方案，提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。此外，BIM模型的參數(shù)化特性使得設(shè)計(jì)方案的調(diào)整變得更為便捷，設(shè)計(jì)師可以根據(jù)模擬分析結(jié)果，迅速調(diào)整模型參數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的目標(biāo)。可見，BIM技術(shù)的參數(shù)化模型可提升設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，幫助設(shè)計(jì)師更好地滿足建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

基于BIM技術(shù)的集成設(shè)計(jì)，將建筑視為一個(gè)整體系統(tǒng)，并從全壽命周期的角度出發(fā)對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。BIM技術(shù)作為一種強(qiáng)大的信息集成工具，打破了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中各個(gè)環(huán)節(jié)相互孤立的局面，實(shí)現(xiàn)了真正的跨學(xué)科、跨階段的協(xié)同設(shè)計(jì)。其整合了幾何信息、物理信息、性能信息等建筑的各種信息，提供了一個(gè)全面的視圖，使得設(shè)計(jì)師可以更好地理解和評(píng)估建筑系統(tǒng)，為建筑的真實(shí)環(huán)境動(dòng)態(tài)分析提供了可能。利用BIM技術(shù)可以輕松地進(jìn)行建筑的能耗模擬、光照分析、風(fēng)環(huán)境模擬等，而這些分析都可以基于真實(shí)的建筑數(shù)據(jù)，從而確保結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。這種動(dòng)態(tài)分析為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)提供了有力的數(shù)據(jù)支持，使得設(shè)計(jì)師可以基于數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)決策。所有的建筑信息、分析數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)決策都允許在這個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行管理，提高了數(shù)據(jù)的一致性，方便了團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)作和交流。

4 BIM 技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用措施

4.1 協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM 技術(shù)為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具——建筑信息模型，這個(gè)模型能夠匯集建筑工程施工全過(guò)程中所需要的各項(xiàng)信息。設(shè)計(jì)師利用BIM技術(shù)輕松讀取水泵的尺寸、用電量等基本信息，并在修改水泵電量的過(guò)程中，同步更新其負(fù)荷計(jì)算。更為重要的是，BIM模型還簡(jiǎn)化了工作流程，增強(qiáng)了建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的聯(lián)動(dòng)性。在基于BIM的平臺(tái)上，設(shè)計(jì)師在進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的調(diào)整和修改時(shí)，這些變更信息能夠及時(shí)傳遞給其他相關(guān)人員，實(shí)時(shí)的信息傳遞極大地提升了協(xié)同設(shè)計(jì)的效率，使團(tuán)隊(duì)成員更好地協(xié)作。對(duì)于建筑模型的生成，當(dāng)前主要有三種方法：第一種方法是直接利用建筑設(shè)計(jì)人員提供的模型信息生成建筑模型，這種方法快速且直接；第二種方法是通過(guò)交互智能轉(zhuǎn)換法生成建筑信息模型，這種方法更注重于模型的智能化和自動(dòng)化生成；第三種方法是智能交互法，它結(jié)合了前兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，既考慮了設(shè)計(jì)人員的輸入，又融入了智能化技術(shù)。

4.2 節(jié)能設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算分析

在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員通常會(huì)將設(shè)計(jì)模型導(dǎo)入相應(yīng)的軟件，以便獲取建筑信息并進(jìn)行分析。與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)軟件相比，這種數(shù)據(jù)獲取方法更為便捷，大大減輕了設(shè)計(jì)人員的負(fù)擔(dān)，使他們能夠?qū)⒏嗟臅r(shí)間和精力專注于節(jié)能設(shè)計(jì)研究。在BIM技術(shù)的支持下，設(shè)計(jì)人員將GBS 技術(shù)直接從建筑信息模型中導(dǎo)入，利用建筑信息，建立起相應(yīng)的熱模型，這一熱模型在轉(zhuǎn)化為XML格式后，可以通過(guò)相關(guān)軟件進(jìn)行分析，進(jìn)一步簡(jiǎn)化能量分析過(guò)程。

除了提高設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性外，BIM技術(shù)和GBS 技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用還能夠根據(jù)不同的地區(qū)的建筑標(biāo)準(zhǔn)以及法規(guī)的不同，智能設(shè)定節(jié)能建筑的類型。這一功能的實(shí)現(xiàn)，得益于BIM技術(shù)的參數(shù)化特性和GBS 技術(shù)的智能化分析。設(shè)計(jì)師根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕ㄖ?guī)范和節(jié)能要求，調(diào)整BIM模型的參數(shù)，GBS 技術(shù)則能夠根據(jù)這些參數(shù)，自動(dòng)進(jìn)行節(jié)能類型的設(shè)定和分析。這種結(jié)合應(yīng)用的方式，進(jìn)一步推動(dòng)了建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的發(fā)展，不僅提高了設(shè)計(jì)的效率和準(zhǔn)確性，還增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的靈活性和適應(yīng)性。設(shè)計(jì)師根據(jù)項(xiàng)目的具體需求和當(dāng)?shù)氐囊?guī)范要求，靈活調(diào)整設(shè)計(jì)方案，獲得節(jié)能設(shè)計(jì)的最優(yōu)效果。同時(shí)，這種結(jié)合應(yīng)用也為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化提供了可能，按照設(shè)定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，強(qiáng)化節(jié)能設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效果，推動(dòng)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的普及和應(yīng)用。

4.3 可視化設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)的建筑工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員通常依賴CAD信息平臺(tái)進(jìn)行工作，他們需要匯集平面圖、立體圖、剖面圖等各種信息，以復(fù)原建筑圖形，并在分析和設(shè)計(jì)過(guò)程中調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)、梁高和位置。然而，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜且工期短的工程，傳統(tǒng)的CAD 平臺(tái)在信息傳遞過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)信息失真的現(xiàn)象，這對(duì)建筑工程施工產(chǎn)生了不良影響。相比之下，BIM技術(shù)的應(yīng)用顯著提高了信息完整性和有效性，通過(guò)BIM 的信息模型，設(shè)計(jì)人員可以直觀地讀取信息，無(wú)需進(jìn)行繁瑣的圖形復(fù)原工作。這種直觀的信息獲取方式不僅提高了工作效率，還避免了信息失真情況的發(fā)生，為建筑工程施工提供了更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

在建筑給排水施工過(guò)程中，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法需要在土建項(xiàng)目模型基礎(chǔ)上進(jìn)行局部的設(shè)計(jì)模型修改。然而，這種修改往往會(huì)對(duì)樓層平面設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，會(huì)擾亂系統(tǒng)內(nèi)部之間的相互關(guān)系。而采用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)模型的修改，能夠充分確保給排水工程設(shè)計(jì)的整體性和聯(lián)系性。

5 結(jié)論

通過(guò)BIM技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑信息的數(shù)字化管理，提升設(shè)計(jì)效率，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，并確保節(jié)能設(shè)計(jì)符合規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求。這種技術(shù)的應(yīng)用，不僅簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程，還為設(shè)計(jì)師提供了一個(gè)全新的思考方式和工具。在未來(lái)，隨著BIM 技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，相信建筑節(jié)能設(shè)計(jì)將邁向一個(gè)更加智能化、高效化、綠色化的方向，為構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的建筑環(huán)境貢獻(xiàn)力量。