摘要：传统居民建筑，节能设计效果差，能源浪费量大。基于此，本文以某既有居民建筑节能改造工程为例，从围护结构、通风采光、自然能源的应用等方面，阐述了具体的改造方案设计方法。并重点对改造方案进行了对比，对设计方案的可行性进行了分析。通过对改造效果的评价，证实了方案的应用价值，证实了将BIM技术应用到改造过程中的重要性。
关键词：BIM技术；既有居住建筑；节能改造
前言
近些年来，随着建筑工程数量的不断增多，以及居民对建筑质量要求的不断提高，住宅楼的节能效果明显改善。在此背景下，传统住宅楼在节能设计方面存在的缺陷，开始逐渐暴露。为改善居民的居住体验，既有居住建筑节能改造工程，正在逐渐展开。将BIM技术应用到改造方案设计过程中，提高设计水平，已成为了建筑行业的主流发展方向。
1 工程概况
本工程为既有居民建筑节能改造工程，工程共包括建筑5栋，均为7层，建筑总面积16928m2。本工程中，所有建筑均无地下室，且为普通框架结构。本工程自投入使用至今，已达12年，建筑使用年限为70年。通过对5栋建筑墙体、外观、屋面、窗体的观察发现，工程墙体风化极其严重。长此以往，容易对建筑的保暖效果造成影响。建筑外观差，屋面虽已做防水，但效果不尽人意。因本建筑窗体，为铝合金窗体。因此，房屋的保温性能较差。为改善业主的居住体验，本工程决定利用BIM技术，对建筑目前的节能需求进行分析。并制定相应的节能改造方案，使建筑的保暖、通风、采光、节能效果得以改善。
2 BIM技术下既有居住建筑节能改造方案设计
2.1 围护结构改造
建筑围护结构中，外墙、外窗、屋面及楼梯间的能耗情况，均属于影响建筑节能效果的主要因素[1]。其中，外墙的传热面积，对围护结构节能性的影响最大。为改善本建筑的节能效果，本工程决定将保温墙体材料，应用到改造过程中。在此基础上，采用硬泡聚氨酯、膨胀聚苯板，以及EPS板现浇混凝土等材料，建立外墙夹芯保温系统。在改善建筑保温性能的同时，预防热桥，使节能改造的安全性得以提升。
2.2 通风采光改造
为改善建筑的通风效果，适当加强自然通风是关键。室内自然通风设计时，应首先对建筑所处区域的自然环境进行分析。采用BIM技术，对建筑物的通风情况进行模拟。并通过改变窗体位置、窗体开启面积以及室内布局的方式，改善建筑的通风效果[2]。本工程利用BIM技术分析后，发现既有建筑的窗体面积过小，通风效果过差。加之室内设计不合理，空气难以流通。需适当改变窗体设计方案，提高设计的合理性。采光改造原理，与通风改造原理基本类似。
2.3 自然能源改造
充分利用太阳能与地源热泵，对既有建筑进行改造。能够有效改善建筑的保暖效果，增强建筑的节能性能。以太阳能为例：本工程中，既有建筑已安装太阳能热水器。考虑到建筑的外观问题，如能够将太阳能热水系统，与建筑连接成为一个整体，将能够有效提高改造水平。对此，本工程决定将集热器，安装在住宅中。采用立面式、阳台式、遮阳棚式一体化设计方法，使太阳能热水系统设计水平得以改善。
3 BIM技术下既有居住建筑节能改造方案的应用
3.1 建立BIM模型
为改善建筑的节能效果，本工程应用BIM技术，建立了既有建筑的BIM模型。采用Revit模型，将建筑数据导入至PBECA软件中，对既有建筑与参考建筑的各项指标进行计算后发现：（1）既有建筑屋顶传热系数为4.1W/（m2•K）、参考建筑为0.804.1W/（m2•K）。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆（2）既有建筑墙体传热系数为3.36W/（m2•K）、门传热系数为2.93W/（m2•K）。参考建筑两项指标，均为2.00W/（m2•K）。对比发现，既有建筑改造必要性较强。
3.2 节能改造方案
3.2.1 方案设计
本工程共设计了三套方案，用于节能改造：（1）方案一：外墙采用胶粉聚苯颗粒进行外保温，窗体材料更换为隔热断桥铝合金中空玻璃、屋面种植植物，太阳能与建筑一体化。（2）方案二：外墙采用XPS进行外保温，窗体材料保持不变、屋面设置通风架，太阳能与建筑一体化。（3）方案三：外墙材料为膨胀聚苯板，窗体材料为中空玻璃、增加屋面坡度，太阳能与建筑一体化。
3.2.2 方案对比
通过对三套方案节能效果的对比发现，本工程中，不同方案的不同节能参数如下：（1）方案一：屋顶、墙体，以及门的传热系数，分别为0.54W/（m2•K）、1.85W/（m2•K），以及1.67W/（m2•K）。（2）方案二：屋顶、墙体，以及门的传热系数，分别为0.67W/（m2•K）、1.85W/（m2•K），以及1.94W/（m2•K）。（3）方案三：三项传热系数指标，分别为0.76W/（m2•K）、1.85W/（m2•K）及1.94W/（m2•K）。对比发现，方案一节能效果最佳。
3.3 可行性分析
3.3.1 结构碰撞问题
为判断采用方案一进行节能改造，是否容易产生结构碰撞问题。本工程于设计完成后，采用BIM软件，对建筑结构的合理性进行了分析。方法如下：（1）将Revit模型，导入中Navisworks中。（2）开启Navisworks的三维模拟功能，进入碰撞检查界面。（3）运行模型，观察建筑结构的空间关系，观察各结构是否存在碰撞的问题。（4）如发现碰撞问题，需适当更改建筑参数。反之，则可按照设计方案进行施工。
3.3.2 模拟施工情况
为判断采用方案一进行施工，是否具有可行性。本工程利用BIM技术，进行了模拟施工。方法如下：（1）打开Navisworks软件，将时间维度，添加至软件的三维可视化功能中。（2）使模型运行，观察不同时间点的施工进度以及施工质量。（3）观察工程施工过程中，是否存在各类风险需解决。（4）如模拟施工效果表明，方案一能够在工期内完成施工。则表明，方案一具有较强的可行性，可给予应用。
3.4 改造效果评价
为判断本工程所应用的既有建筑节能改造设计方案，是否能够达到增强建筑节能性能的目的。本工程对建筑的热舒适度，进行了分析。发现改造后，建筑室内冬季热舒适度（PMV）值，为-0.1，较-0.5大。建筑室内夏季热舒适度（PMV）值，为0.3，较0.5小。上述研究结果表明，本工程改造后，室内热舒适度较高，表明节能改造设计效果较好。
4 结语
综上所述，本工程借助BIM技术，所设计的既有居住建筑节能改造方案，在改善围护结构热工性能以及室内舒适度方面，取得了良好的效果。对此，我国各工程，应积极借助BIM技术，对既有居住建筑的围护结构以及通风采光等需求进行分析。在此基础上，设计不同的改造方案，并从中选出最优方案，分析其可行性。从而使既有居住建筑的节能改造水平，得以进一步提升。
参考文献：
[1]咸歆磊，王剑涛.既有建筑改造设计中生态节能适宜技术的应用[J/OL].青岛理工大学学报，2018，15（03）：1-6.
[2]董欢.建筑暖通空调节能设计与暖通工程造价成本控制[J].中国新技术新产品，2018，20（12）：122-123.
论文作者:王利华1,王骞骞2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/9/12
标签：建筑论文; 方案论文; 节能论文; 工程论文; 效果论文; 窗体论文; 建筑节能论文; 《基层建设》2018年第23期论文;