山东科技大学 土木工程与建筑学院山东 青岛 266590
摘要：根据我国目前建筑节能设计的现状，针对当前传统的节能设计方法无法满足需要的实际问题，提出将BIM（建筑信息模型技术与建筑能耗分析相结合，进行节能建筑设计这一新的设计方法。运用BIM技术创建的虚拟建筑模型包含了建筑的所有信息，将这个虚拟建筑模型导入建筑能耗分析软件中，可以自动的识别、转换并分析模型中包含的大量建筑数据信息，从而方便快捷的得到建筑能耗分析结果。
关键词：建筑节能，设计，现状，BIM技术，应用
引言
随着我国国民经济的快速发展，我国建筑行业也取得了巨大的进步，并成为了我国国民经济的主要支柱产业之一。与此同时，建筑能耗在社会总能耗中占据的比例也越来越高，绿色建筑的节能设计受到了社会各界的广泛关注。
在AutoCAD占据统治地位的2D CAD时代，只能通过手工输入的方式将建筑设计的相关数据输入到专业软件审，才能进行能量分析。而操作和使用这些软件不仅需要具备复杂的能量分析基础知识，而且本身也是专业化的程序，必须由专业人士经过专业培训才能进行操作。大量的专业数据、繁琐的输入工作使得能量分析与模拟对于建筑师来说是可望而不可及的。BIM技术能够大大提高建筑节能设计的效率和可靠性，从而得到了广泛的应用。
1我国建筑节能设计的现状
由于我国建筑节能工作起步较晚，20世纪80年代之前的老旧建筑及80年代后建设的大量新建建筑，仍为不节能建筑[1]。2014年全国城镇既有建筑中不节能建筑占比仍达60%左右。同时，我国目前的新建建筑节能标准要求与发达国家相比，仍有不小差距，（按照同样水平的室内舒适度计算）我国北方住宅全年供暖能耗指标，依然为发达国家的1.5～2倍，公共建筑的供冷供热全年能耗指标，我国约为发达国家的1.2～1.5倍[2]。与发达国家相比，我国从2008年才开始逐步推广绿色建筑，绿色建筑发展水平和质量仍不高，存在总量规模仍然偏少、地区发展不平衡、高性能比例小以及综合效果多数停留在设计阶段等问题，绿色建筑推进效果大打折扣。[3]据测算，2014年，全国建筑总商品能耗占全社会终端能耗比例20%左右。与2000年相比，2014年建筑总能耗增长了1倍左右，并且仍将持续增长，主要原因在于我国城镇化进程的加快，[4]我国当前正处于城镇化快速发展进程中，城乡建设规模持续扩大，伴随着对土地、能源、水等资源的大量消耗和对生态环境的巨大影响。
2 基于BIM技术的建筑节能设计与应用
2.1 BIM技术
BIM理念的启蒙是受到了1973年全球石油危机的影响，美国全行业需要考虑提高行业效益的问题，1975年“BIM之父”Eastman教授在其研究的课题“Building Description System”中提出“a computer-based description of-a building”，以便于实现建筑工程的可视化和量化分析，提高工程建设效率[5]。随着科学技术的发展，2002年BIM技术引入我国，国内的BIM技术相关研究正式开始，国家《2011～2015年建筑信息化发展纲要》中明确提出要加快BIM等新技术在工程中的应用。
2.2 BIM技术在我国的应用
就现阶段而言，我国的BIM技术主要应用于施工阶段。[5]BIM在施工阶段可对施工过程进行模拟、对建造中所使用各种材料进行精细统计，可以在项目尚未开始时就准确发现项目施工的过程中质量风险、安全风险和成本风险控制的关键，从而在建造过程中对其进行重点管理，最终实现对项目的质量、安全和成本的准确控制，在实现质量高、进度快的同时，降低建造成本。应用BIM模板脚手架设计软件，可实现自动拼模，预先计算出模板及构件的用量，进行科学下料，减少材料损失；BIM应用模型中的碰撞检查应用，可以及时发现不同专业间构件的冲突和干涉，避免造成返工损失；在进度管理中使用BIM技术，可以更高效、更准确地进行施工进度计划和进度控制。
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2.3 基于BIM技术的建筑节能设计
2.3.1 工程概况
本项目为中南大学新校区学生素质教育中心，项目效果图如图3.1，由中南大学投资开发，湖南建工集团三公司承建。位于长沙市中南大学新校区内，东边与北边接校区规划路，南边为校区景观主轴，西临榨泥湖，与学校图书馆隔湖相望。本项目是一栋独立的校园建筑，地上4层，地下1层，建筑高度为23.9米，项目总建筑面积为9623.43平方米，地上节能计算面积为8307.49平方米，地下节能计算面积为1315.94平方米。结构类型为钢筋混凝土框架结构。体型系数为0.21，属乙类能耗公共建筑。
2.3.2能耗模拟方法
应用Green Building Studio软件进行模拟，Green Building Studio是Autodesk发布的一款针对设计师的能耗模拟软件，采用DOE-2引擎进行云计算，能读取Revit模型发布的gbXML格式的文件，让设计师快速地对自己的设计成果进行能耗计算，优化建筑设计方案。
2.3.3 操作步骤
第一步，利用Revit、Vasari等BIM软件建立带详细建筑参数的模型；
第二步，通过登录web登入Green Building Studio创建基本项目信息（项目位置、当地用电单价、天然气单价等）；
第三步，将模型导出gbXML文件，通过Web端上传到Green Building Studio的服务器上，进行建筑整体能耗、碳排放等分析计算；
第四步，计算完成后，将结果进行导出和比较。
2.3.4能耗模拟结果分析
项目的冷负荷都高于热负荷，这说明此项目方案的围护结构的保温性能高于隔热性能。建筑围护结构的节能潜力最大，尤其是外窗、外墙与屋顶；外墙、外窗及屋顶的材质的选取与传热负荷大小相关度较高；合理选取外墙外窗屋顶的材质类型，同时优化外窗的布置，可以减少外墙、外窗、屋顶的传热负荷，从而降低建筑能耗；
2.3.6 总体能耗指标分析
中南大学新校区学生素质教育中心项目冷热负荷低，热负荷密度为83.73W/m2，冷负荷密度为271.77 W/m2，总体能耗强度为756MJ/sm/yr，低于国家标准，这说明中南大学新校区学生素质教育中心项目的节能运行有效。通过中南大学新校区学生素质教育中心项目案例可看出基于BIM思想的建筑能耗分析是可行的并且是可持续性的。
3结语
随着BIM的普及，AEC产业将日渐需要更多详细的BIM相关需求和标准，包括有关永续建筑和工程项目的BIM标准化及行业标，与制造业已实现的质量和生产力相比，设计施工行业目前确实落后一步；随着BIM作为标准化流程和BIM的普及，这两者间的差距将逐渐缩小，BIM技术也将变得更易获取并高度整合，从而为整个行业带来更多效益。BIM在业主需求的增加一致被认定是一大关键因素。该因素与更多使用BIM应用价值的指针需求相符，使得更多具备BIM技能的事务所等在各类访问的评分中，高于很多其他因素。因此，BIM使用者日益明显和迫切地要求更多项目参与者具备足够的BIM技术，才能更有效应用于建筑物全生命周期建筑节能显现其效益。
参考文献：
[1]赵玉丹.基于BIM与改进价值工程的建筑节能方案评价研究[D].河北：河北工程大学，2018.
[2]刘培玲.基于BIM技术的绿色办公建筑节能设计研究与应用 ——以永川区为例[J].智能城市，2018，4（16）：54-55.
[3]邹堰柯.基于BIM的建筑能耗分析与节能评估研究[J].低碳世界，2018，（5）：137-138.
[4]邹云云.BIM与建筑的生态节能分析与设计[J].建筑工程技术与设计，2017，（32）：2554—2554.
[5]王超.基于BIM技术的宾馆建筑能耗分析与节能运行研究[D].江苏：东南大学，2017.
论文作者:张宜健,高旭
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第25期
论文发表时间:2019/8/2
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