BIM技術(shù)在綠色建筑節(jié)能設(shè)計中的應(yīng)用研究

焦麗麗

（云南經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，昆明 650106）

建筑行業(yè)是促進(jìn)我國社會經(jīng)濟(jì)水平不斷增長的支柱性產(chǎn)業(yè)之一，同時也是能源消耗量占比較高的行業(yè)之一，因此在建筑行業(yè)中推行綠色建筑也就成了促進(jìn)建筑行業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。BIM技術(shù)是近幾年來被應(yīng)用于建筑行業(yè)中的一種新興的建筑信息技術(shù)，這種技術(shù)的出現(xiàn)在很大程度上直接改變了傳統(tǒng)的建筑設(shè)計中圖像的二維表現(xiàn)形式，然后將各種圖像信息通過一種三維立體數(shù)字信息的模型進(jìn)行了展現(xiàn)，建筑工程的設(shè)計過程及設(shè)計成果也都更加直觀，較好地解決了建筑設(shè)計及建設(shè)施工過程中的一些隱蔽性問題。BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用，設(shè)計人員將其與綠色建筑環(huán)保性設(shè)計理念、低耗能等理念進(jìn)行了有機(jī)的融合，一方面提高了綠色建筑階段設(shè)計的水平，另一方面還使得綠色建筑間的設(shè)計結(jié)果與建筑工程項目的經(jīng)濟(jì)需求相符合，為我國建筑行業(yè)的發(fā)展提供了更加廣闊的平臺。

1 綠色建筑節(jié)能設(shè)計

建筑工程項目在設(shè)計的過程中，要想進(jìn)一步實現(xiàn)綠色節(jié)能的設(shè)計效果，設(shè)計人員首先要對建筑工程所處區(qū)域環(huán)境、氣象條件等進(jìn)行深入的分析，與此同時還要對建筑工程施工中可能會遇到的一些問題及運(yùn)維過程中可能會發(fā)生的一些問題進(jìn)行全面的分析。我國在綠色建筑節(jié)能設(shè)計方面，以建筑節(jié)能減排為方向，要求建筑設(shè)計人員重點關(guān)注了建筑的采光、能耗和通風(fēng)等多個方面的因素，對其進(jìn)行綜合性的分析和考量后，對綠色建筑節(jié)能設(shè)計方案進(jìn)行了不斷的優(yōu)化，保證綠色建筑節(jié)能設(shè)計的效果與預(yù)期要求相一致。

2 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)在綠色建筑節(jié)能設(shè)計中的應(yīng)用取得了較好的效果，設(shè)計人員結(jié)合建筑項目的具體情況將BIM技術(shù)應(yīng)用在了綠色建筑節(jié)能設(shè)計中的不同階段，比如首先在最初的概念設(shè)計階段，就融入了BIM技術(shù)，一直到初步設(shè)計階段及詳細(xì)設(shè)計階段，BIM技術(shù)均發(fā)揮出了較好的效果，這種新型技術(shù)的應(yīng)用較好地解決了綠色建筑節(jié)能設(shè)計中二維設(shè)計方式引發(fā)的各種弊端。與此同時，通過應(yīng)用BIM模型，設(shè)計人員還能夠?qū)G色建筑的室外風(fēng)環(huán)境、室內(nèi)氣流組織分析及建筑的采光情況等進(jìn)行模擬。由于在應(yīng)用的過程中，BIM技術(shù)有著較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，其能夠針對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的采取和管理，為施工過程中的研究及探討提供可靠的指導(dǎo)依據(jù)。一般情況下，項目BIM模型中就包括各個構(gòu)件的詳細(xì)數(shù)據(jù)信息（圖1）。將BIM技術(shù)應(yīng)用于綠色建筑節(jié)能設(shè)計中，其優(yōu)勢得到了充分的發(fā)揮，比如BIM技術(shù)具備模擬性、可視性等特征，通過應(yīng)用BIM技術(shù)能夠?qū)⒄麄€建筑工程以一種更加精準(zhǔn)的信息模型展現(xiàn)出來，幫助綠色建筑節(jié)能設(shè)計人員能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案中存在的一些缺陷及不足，并結(jié)合具體情況提出有效的調(diào)整策略，進(jìn)一步增強(qiáng)綠色建筑節(jié)能設(shè)計效果的合理性和結(jié)果的準(zhǔn)確性。近幾年來，隨著BIM技術(shù)在綠色建筑節(jié)能設(shè)計中的應(yīng)用，同時還涉及到了AR增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)、VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)等三維立體顯示技術(shù)，從而將BIM技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計中的優(yōu)勢充分的展現(xiàn)了出來，給設(shè)計人員呈現(xiàn)出了一個更加直觀的設(shè)計成果。

圖1 BIM技術(shù)模型構(gòu)建相關(guān)信息指標(biāo)

3 綠色建筑節(jié)能設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)的重要性

某一個建筑工程或者某一個建筑之所以被稱為綠色建筑主要是因為建筑在全生命周期內(nèi)滿足了建筑居住以及實用方面的需求之外，還實現(xiàn)了保護(hù)生態(tài)環(huán)境的要求，節(jié)約了能源，提高了居民居住及使用的舒適性。有大量的研究人員發(fā)現(xiàn)，將BIM技術(shù)應(yīng)用在綠色建筑節(jié)能設(shè)計中，不但在很大程度上提高了建筑的節(jié)能水平，還增強(qiáng)了建筑的功能性和舒適性，為居民的居住及使用提供了一個更好的環(huán)境，從而使人類發(fā)展與自然環(huán)境保持在了一個相對和諧的狀態(tài)。綠色建筑節(jié)能設(shè)計的過程中，設(shè)計人員采用一種更加科學(xué)、合理的方式將BIM技術(shù)應(yīng)用在了綠色建筑節(jié)能設(shè)計中，通過應(yīng)用自然資源，提高了自然資源的使用率，尤其降低了對一些合成材料的使用量。設(shè)計人員在基于設(shè)計成果的基礎(chǔ)上建立了三維數(shù)字信息模型，從而幫助施工人員、監(jiān)理人員及其他項目參建方能夠更加直觀的認(rèn)識到建筑的整體結(jié)構(gòu)以及設(shè)計效果，從而為綠色建筑工程的順利施工做好了保障。

近幾年來，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)水平的高速增長，建筑工程的數(shù)量在逐年增多，規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，這也對綠色建筑節(jié)能設(shè)計提出了更高的要求，在這個新時期，綠色建筑節(jié)能設(shè)計人員遇到了新的挑戰(zhàn)。建筑工程項目在具體施工建設(shè)的過程中，可以通過應(yīng)用BIM技術(shù)對施工進(jìn)度進(jìn)行模擬，結(jié)合工程進(jìn)度與三維建模的成果，對不同施工階段對施工材料的需求數(shù)量及資金的使用情況進(jìn)行準(zhǔn)確的統(tǒng)計，從而結(jié)合具體情況對設(shè)計方案進(jìn)行不斷的優(yōu)化和完善，保證綠色建筑節(jié)能設(shè)計方案的便捷性和高效性。如圖2所示，通過應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行模型碰撞檢查，能夠及時發(fā)現(xiàn)綠色建筑節(jié)能設(shè)計中存在的問題，設(shè)計人員則可以根據(jù)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行更改優(yōu)化，從而提高綠色建筑節(jié)能設(shè)計的效率，在綠色建筑節(jié)能設(shè)計工作中全面的貫徹落實節(jié)能理念。

圖2 BIM模型的碰撞檢查

4 綠色建筑節(jié)能設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)的具體措施

4.1 綠色建筑采光中BIM技術(shù)的應(yīng)用

綠色建筑節(jié)能設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)，設(shè)計人員可以結(jié)合具體的情況從以下幾個方面著手進(jìn)行。首先是綠色建筑采光中BIM技術(shù)的應(yīng)用。一般情況下，建筑工程在使用的過程中，最為常見的采光形式就是自然光線與人工采光的有效結(jié)合，要想實現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)，綠色建筑節(jié)能設(shè)計的過程中，設(shè)計人員要充分地考慮怎樣才能更好地提高對自然光照的利用率，比如可以采用一種比較有效的方式將自然光照進(jìn)行收集后，到?jīng)]有自然光照的時候再將其利用，進(jìn)一步減少對人工光照的時間。比如設(shè)計人員可以通過對設(shè)計方案的完善，在建筑室內(nèi)引進(jìn)一些室外自然光照。為了進(jìn)一步提高自然光照的利用率，實現(xiàn)對自然光的科學(xué)運(yùn)用，在綠色建筑的前期準(zhǔn)備階段，設(shè)計人員首先要對建筑室內(nèi)的采光情況進(jìn)行詳細(xì)的分析，進(jìn)一步明確不同樓層，建筑室內(nèi)各房間布局問題造成的采光不足及光照太強(qiáng)的情況，從而對設(shè)計方案進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，?yīng)用BIM技術(shù)模擬建筑室內(nèi)的采光情況，為有效優(yōu)化綠色建筑節(jié)能設(shè)計中的采光設(shè)計方案提供可靠的指導(dǎo)依據(jù)。

4.2 建筑室內(nèi)外通風(fēng)中BIM技術(shù)的應(yīng)用

在綠色建筑節(jié)能設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)還能夠?qū)κ覂?nèi)外風(fēng)進(jìn)行模擬，設(shè)計人員需要考慮的室內(nèi)環(huán)境、附近區(qū)域等多種因素，根據(jù)具體的情況進(jìn)行區(qū)域環(huán)境的模擬，在此過程中，設(shè)計人員要對可能會對建筑室內(nèi)外風(fēng)造成影響的因素進(jìn)行深入的分析，比如建筑外溫度的變化情況、風(fēng)向的變化和風(fēng)速的變化等多個因素。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用BIM技術(shù)，模擬一個三維的建筑室內(nèi)外風(fēng)力環(huán)境，設(shè)計人員可以根據(jù)模擬效果對建筑外部結(jié)構(gòu)、通風(fēng)結(jié)構(gòu)的節(jié)能功能進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和完善，從而減少建筑室內(nèi)使用空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)的幾率，進(jìn)一步降低對電能的消耗實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

4.3 建筑日照分析中BIM技術(shù)的應(yīng)用

綠色建筑工程在使用的過程中，為了能夠進(jìn)一步增強(qiáng)舒適性，就要從多個方面避免太陽光的直射對人體帶來的不適感，比如在設(shè)計的過程中，設(shè)計人員可以結(jié)合具體情況在建筑物外墻設(shè)計的過程中應(yīng)用玻璃幕墻，BIM技術(shù)的應(yīng)用，要求建筑在低耗能的同時還要盡可能減少室內(nèi)氣體的排放量。一般情況下，由于每一個建筑所處的位置以及高度不同，所以其外部環(huán)境也會表現(xiàn)出較大的差異，在這樣的情況下，建筑物內(nèi)部所接收到的日照輻射強(qiáng)度也有著明顯的不同，由于建筑體室內(nèi)采暖系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷直接取決于建筑室內(nèi)日照強(qiáng)度的高低，也就是說建筑室內(nèi)日照強(qiáng)度越高，尤其在夏季，則需要利用空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行熱量排出，所以說建筑室內(nèi)制冷系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷也就越大，而在冬季，建筑室內(nèi)日照強(qiáng)度越弱，為了保證居民居住的舒適性，有需要利用空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行冷氣排出，向室內(nèi)傳輸更多的熱量，所以說建筑室內(nèi)采暖系統(tǒng)的運(yùn)行符合也就越大。通過對建筑日照情況進(jìn)行分析，有研究人員對建筑物周邊日照光線的變化情況進(jìn)行了分析和比較，發(fā)現(xiàn)即便是建筑物相同，如果建筑處于不同的樓層，其吸收到的日照量也存在著明顯的差異。這就需要綠色建筑節(jié)能設(shè)計人員充分的應(yīng)用BIM技術(shù)對建筑光照方案進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以同一個建筑在不同時間時吸收的日照量為優(yōu)化依據(jù)。

4.4 建筑朝向分析中BIM技術(shù)的應(yīng)用

綠色建筑節(jié)能設(shè)計中設(shè)計人員還要明確建筑朝向?qū)幼∈孢m性的影響，然后選擇最為適宜的朝向，保證綠色建筑工程在投入使用之后，其使用效果、使用舒適性等都可以滿足居民的使用需求。所以建筑使用的過程中，朝向的合理性直接影響著建筑室內(nèi)部的溫度，比如夏季室外氣溫比較高，應(yīng)盡可能減少陽光的照射時間，尤其要避免建筑室內(nèi)處于暴曬狀態(tài)，將室內(nèi)的溫度控制在一個舒適的范圍。而在冬季，室外氣溫比較低，又要盡可能增加陽光的照射時間，保證室內(nèi)得到充足的光照，進(jìn)一步提高室內(nèi)的溫度，保證人居住的舒適性。所以，綠色建筑節(jié)能設(shè)計人員在進(jìn)行建筑朝向的設(shè)計過程中，通過應(yīng)用BIM技術(shù)，要根據(jù)建筑所處區(qū)域地理位置的不同，通過模擬建筑朝向及室內(nèi)溫度，對綠色建筑設(shè)計中的朝向設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化。

4.5 建筑熱工分析中BIM技術(shù)的應(yīng)用

綠色建筑節(jié)能設(shè)計的過程中，設(shè)計人員還要對建筑節(jié)能的影響因素進(jìn)行深入分析，外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)是影響建筑節(jié)能效果的重要因素之一，其在提高建筑節(jié)能效果方面發(fā)揮著極其重要的作用，同時還能夠為綠色建筑節(jié)能設(shè)計工作提供可靠的指導(dǎo)依據(jù)。設(shè)計人員在綠色建筑節(jié)能設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)，從建筑的外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)方面出發(fā)，分析建筑節(jié)能的優(yōu)勢。在此過程中還要對其他影響建筑節(jié)能效果的因素進(jìn)行考量，比如建筑熱負(fù)荷、冷負(fù)荷等相關(guān)因素，明確這些因素后進(jìn)而對建筑室內(nèi)熱環(huán)境的實際情況進(jìn)行全面的分析。這個過程中涉及到的內(nèi)容比較廣泛，比如建筑室內(nèi)熱環(huán)境包括建筑室內(nèi)熱源的潛熱及建筑室內(nèi)施源的潛熱，明確建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱量損失、建筑室內(nèi)環(huán)境開窗透氣、促進(jìn)空氣流通過程中造成的熱量損失等，在結(jié)合多個因素進(jìn)行分析后，如果最終得到的熱量結(jié)果小于0，那么表示建筑外墻維護(hù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)了散熱。而在經(jīng)過一系列的計算后，如果發(fā)現(xiàn)失去的熱量總和較得到的熱量總和更多，此時建筑室內(nèi)得到的熱量結(jié)果也就小于0。所以說從這方面來看，建筑室內(nèi)熱負(fù)荷直接取決于外墻維護(hù)結(jié)構(gòu)得到或者失去的熱量大小。所以，綠色建筑節(jié)能設(shè)計人員在具體的設(shè)計過程中，一定要將室內(nèi)環(huán)境溫度的數(shù)據(jù)維持在一個相對比較合適的范圍，在此過程中，一定要對建筑結(jié)構(gòu)自身所具備的優(yōu)勢特點、所處區(qū)域環(huán)境的特點等進(jìn)行深入的分析，從而為優(yōu)化設(shè)計方案提供可靠的指導(dǎo)依據(jù)。應(yīng)用BIM技術(shù)對建筑室內(nèi)熱負(fù)荷進(jìn)行模擬分析，在不使用制冷措施或者采暖設(shè)施的前提下，在夏季，將建筑室內(nèi)的溫度控制在低于室外溫度的狀態(tài)，在冬季將建筑室內(nèi)的溫度控制在高于室外溫度的狀態(tài)，如果達(dá)到此種效果，綠色建筑外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的外立面保溫隔熱層發(fā)揮出了其專業(yè)化的性能。如果建筑工程所處區(qū)域溫度差異比較大，比如冬季溫度特別低，而夏季溫度又特別高，在這樣的情況下，其室內(nèi)溫度與室外溫度依然會出現(xiàn)較大的偏差。而在云南等地區(qū)，夏季和冬季建筑室內(nèi)外溫度差異并不是很大，綠色建筑節(jié)能設(shè)計人員要從根本上做好建筑的保溫和隔熱工作，全面的分析建筑外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的使用材料，明確建筑外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用材料的熱工性能。比如在夏季，外界氣溫比較高時，在太陽的照射下，極易對建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)造成影響，如果建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱性能比較差，那么就會造成建筑室內(nèi)溫度升高，舒適性降低。所以，綠色建筑節(jié)能設(shè)計人員還要對建筑所處區(qū)域室外綜合溫度及室內(nèi)空氣溫度的變化可能會對建筑外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能造成的影響進(jìn)行分析。

4.6 太陽輻射分析中BIM技術(shù)的應(yīng)用

建筑工程在使用的過程中，太陽輻射在很大程度上直接影響著居民的生產(chǎn)及生活效率，處于不同地區(qū)的綠色建筑，其所受到的太陽輻射也存在著明顯的差異。綠色建筑節(jié)能設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)，設(shè)計人員在遵循綠色節(jié)能原則的基礎(chǔ)上，采用一些比較專業(yè)的系統(tǒng)對太陽能輻射影響居民生產(chǎn)及生活效果的因素進(jìn)行深入的分析，根據(jù)分析結(jié)果及時提出有效的解決策略。建筑物處于室外露天環(huán)境下，一年四季每個季節(jié)都會受到太陽輻射的影響。設(shè)計人員可以利用這一優(yōu)勢，增加一些設(shè)備，使其能夠?qū)μ柲苜Y源進(jìn)行采集，進(jìn)而為一些小功率的設(shè)備設(shè)施運(yùn)行提供可靠的電能保障。比如近年來已經(jīng)有越來越多的建筑設(shè)計人員將太陽能技術(shù)應(yīng)用在了綠色建筑節(jié)能設(shè)計中，將收集到的太陽能資源用于夜間照明。

5 結(jié)束語

總之，在新時期，綠色建筑節(jié)能設(shè)計效果受到了各界人士的高度關(guān)注，BIM技術(shù)在綠色建筑節(jié)能設(shè)計中的應(yīng)用，通過應(yīng)用軟件對建筑節(jié)能的效果進(jìn)行模擬，為設(shè)計人員提供了重要的參考依據(jù)，BIM技術(shù)的應(yīng)用不但降低了建筑過程中的成本支出，而且保證了建筑施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上提高了施工效率，促進(jìn)了建筑領(lǐng)域的發(fā)展。