摘要：作为一个高能耗行业，建筑行业的高能耗发展状况对资源利用率的改善产生了一定的阻碍作用。基于此，本文主要针对BIM技术及其特征进行分析，并分别从建筑外部辐射方面、建筑室内采光方面、建筑外部风环境方面、建筑室内自然通风方面等，分析BIM在建筑绿色节能设计中的应用，以期提高建筑设计方案质量，为我国建筑设计的可持续发展奠定良好的基础。
关键词：BIM；建筑绿色节能设计；碰撞检验
前言：随着我国剩余资源储量的不断减少，控制能耗、提高能源利用率逐渐成为各行业发展面临的首要问题。在建筑行业中，由于受到不合理建筑方案的影响，建筑物产生较多能耗，导致耗电量增加，不利于节能目的的实现。为了改善这种现象，建筑绿色节能设计逐渐成为建筑设计行业的主流趋势。为了降低建筑设计难度，解决传统二维建筑设计的高耗时问题，可于建筑绿色节能设计中引入BIM技术。
一、BIM技术
BIM是指，结合建筑项目的已知信息，构建三维建筑模型，为建筑设计提供更加直观、立体的参照依据。BIM的特征主要包含：第一，协调性特征。BIM可通过整合不同专业要求的方式，生成协调数据，以避免各专业之间产生碰撞问题。第二，模拟性特征。这种特征是指，将建筑项目的数据信息作为基础，结合建筑设计师的要求对热能传导、日照等设计要素进行模拟，以便建筑设计师选取最优方案。
二、BIM在建筑绿色节能设计中的应用
这里主要从以下几方面入手，对BIM在建筑绿色节能设计中的应用进行分析和研究：
（一）外部辐射方面
从我国商业建筑设计的变化趋势来看，玻璃幕墙无疑在传统商业建筑设计中占据了十分重要的地位。某采用玻璃幕墙的商业建筑如图1所示。这种设计方法虽然可以提升建筑的美观性和整体性，但同时，该方法也提升了建筑的能耗，影响建筑本身的隔热及保温功能。
图1 某玻璃幕墙商业建筑
为了提高建筑的节能水平，可在建筑设计中引入BIM技术，具体设计流程如下：结合建筑设计要求、已知信息利用BIM技术构建三维辐射（日照）模型，通过Ecotect软件的分析功能，评估建筑物表面在不同时间段的辐射状况，并结合当前建筑设计方案的评估结果，计算设计方案辐射能耗参数，将其作为优化建筑设计方案的依据。
例如，在利用BIM分析建筑外部辐射时，若建筑物模型在每天12点至14点间的辐射过强，不利于人们正常工作或休息，应将该部分作为调整重点，通过改善建筑物朝向或外形等方式，降低建筑物能耗，实现节能设计目的。
（二）内部采光方面
利用BIM技术提高建筑内部采光节能设计水平的方法为：整合建筑物外部环境信息、建筑物方向及外形等信息，构建建筑三维模型[1]。结合自然光照，变更建筑内部的照明方案及建筑房间尺寸、围护结构的可见光透射等信息，以获取最低能耗的建筑室内采光设计图。
例如，若建筑内部照明方案、空间布局均达到最优，可仅考虑围护结构可见光透射比对建筑能耗的影响。按照从大到小的顺序，在建筑BIM模型中逐一更换围护结构可见光透射比参数，以选出最佳透射比数值。
（三）外部风环境方面
建筑外部风环境导致建筑能耗增加的作用机制为：若建筑外部风环境存在滞风现象或较多涡流，建筑表面温度将显著低于建筑内部温度，人们为了获得舒适居住体验，会利用温度调节设备（如空调等）调整室内温度。与稳定的外部风环境相比，在上述风环境下，人们的温度调整幅度相对较大（以促使建筑室内温度、表面温度重新建立平衡），因此，建筑能耗相对较多。
针对上述状况，可基于BIM建筑三维模型，利用Autodesk Simulation CFD流体力学模拟软件，逐一评估各建筑设计方案的立面风压差参数及自然通风运用状况，淘汰不合理的建筑设计方案，参照绿色建筑指标要求选出最佳方案。
（四）内部通风方面
内部自然通风的建筑绿色节能设计质量可通过热舒适度指标进行评估。在实际设计过程中，可参照如下流程，完成基于BIM的建筑绿色节能设计：结合已有信息构建建筑室内自然通风模型，通过变更建筑室内空间布局、通风口位置（窗户、门等）、通风口尺寸的方式，计算出符合绿色建筑设计要求的室内热舒适度参数，使得建筑设计方案同时满足业主的舒适度要求及节能要求。
例如，若原始建筑设计方案的热舒适度参数不符合绿色建筑标准规程的要求，可分别按照增加一个窗户、每个窗户面积缩减1/4、每个窗户面积缩减3/7这三种调整方案，逐一检测每种方案的热舒适度参数。经模拟检验确认，当将原建筑设计方案的所有窗户面积均减少1/4后，所得建筑室内热舒适度参数达到最优。因此，可选用该方案作为最终的建筑绿色节能设计方案。
（五）设计软件选用方面
随着BIM技术应用范围的不断扩大，关于BIM的建筑设计软件种类也变得越来越多。在开展建筑绿色节能设计时，建筑设计师应结合自身需求，选用适宜软件，提高建筑绿色节能设计的效率，改善建筑设计质量[2]。
以Green Building Studio设计软件为例，其应用优势在于：建筑设计师可利用GBS从BIM中导入建筑模型，并将模型信息自动转化为XML格式。建筑类型、建筑地理位置信息等输入GBS软件后，软件可快速计算建筑方案的暖通空调设备负荷、模拟建筑的热性能及能量流模型，进而自动生成该方案的能耗、制冷负荷等参数。此时，建筑设计师需结合绿色节能设计标准与软件生成的数据进行对比，若符合，则留置该设计方案备用；若不符合，则将其舍弃，并根据分析结果，重新调整建筑设计方案的关键参数，直至获取符合要求的设计方案。
结论：通过上述分析可知，建筑绿色节能设计已经成为公众对建筑设计行业的主要要求。为了降低建筑设计方案的能耗，实现节能目的，建筑设计师需要结合已有建筑信息，构建建筑三维模型，通过模拟分析、碰撞检验等方法，得出最佳建筑设计方案。而随着建筑设计师设计经验的不断丰富，BIM在建筑设计中的应用将变得越来越成熟。
参考文献：
[1]李公平.绿色节能技术在建筑门窗幕墙设计中的应用分析[J].科技创新与应用,2015,(19):250-251.
[2]佟曾,王代兵.BIM在建筑绿色节能设计中的应用探讨[J].辽宁经济,2013,(11):86-87.
论文作者:黄宏
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第28期
论文发表时间:2018/2/27
标签：建筑论文; 节能论文; 设计方案论文; 建筑设计论文; 模型论文; 方案论文; 参数论文; 《建筑学研究前沿》2017年第28期论文;