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摘要：文章阐述了建筑设计发展趋势，分析了建筑设计中传统的环境分析方法存在的问题，研究了基于BIM技术建筑设计环境分析方法及流程。将BIM技术与建筑设计环境分析相结合，提出了建筑设计过程中建筑环境性能BIM分析与评估方法，实现了建筑节能可视化设计方法，最后结合工程实例，通过建立建筑的BIM模型，对建筑日照，阴影遮挡，节能等设计指标进行了模拟分析，验证了建筑节能分析与设计的BIM技术的高效性。
关键词：建筑环境；节能分析；参数化设计；BIM技术
根据我国目前建筑节能设计的现状和国内外能量分析软件的应用现状，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。
一、建筑节能分析BIM技术优势
建筑节能分析涉及多个学科和阶段，BIM模型为建筑多专业、跨阶段协同工作提供了平台，BIM集成了建筑各个专业设计信息，实现了超前建筑环境分析，有助于建筑师优化建筑设计。BIM软件能够将模型数据导出，形成专用格式如GBXML格式，为建筑环境分析计算、绿色建筑评估提供数据支持。根据建筑设计方案建立BIM模型，通过对模型中数据，导出环境分析的格式，然后再导入一些专业建筑节能分析工具进行模拟分析，最后根据分析结果调整设计方案，可以达到建筑绿色设计与评估的目的。
二、建筑节能设计的现状
节能建筑设计的推广还远远达不到发展的要求，这一现象在我国更是突出。大多数的设计师参考其他生态建筑设计案例和套用己经有的技术手法，而且没有对所设计的方和工程进行分析与计算，以检验设计的效果是否节能、是否经济、是否"绿色"等。目前，中国的建筑设计更多的是侧重于建筑的外观和功能，而忽视建筑的能效设计--即通过被动设计的方法，在建筑设计的初始阶段，就开始进行建筑能效设计，从而选择最优化的设计方案。
在AutoCAD占据统治地位的2DCAD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中，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、繁琐的输人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。这是建筑师无法在设计过程中直接对设计方案进行建筑能量分析的一个重要原因。因此在传统的2D设计模式中，能效计算通常安排在设计的最终阶段，由专业人士进行操作和分析、模拟，但此时建筑设计方案已经很难改变。于是，能量分析就成为一种象征性的姿态，对绿色建筑设计起不到什么作用。
分析这些现象，建筑设计者有直接责任，但是真正的问题是建筑师在进行方案设计时，无法对设计方案进行定性与定量的计算分析，建筑设计与分析计算之间发生严重脱节现象，使得面向节能的生态建筑设计难以完成。
解决问题的关键是建筑师需要一个包含建筑全部信息的数字化模型，和一个有效便捷的、能识别这些信息的建筑能量分析工具。
三、基于BIM技术的建筑节能设计应用研究
3.1BIM技术
BIM全称为BuildingInformationModeling，中文名称为建筑信息模型。如果将CAD技术的应用视为建筑工程设计的第一次变革，那么BIM的出现将引发整个AEC（Architecture/Engineering/Construction）领域的第二次革命。BIM的应用在欧美国家日趋成熟，我国BIM应用起步并不晚，但由于建筑管理模式及水平的限制，致使推广应用艰难。
不过，国家的重视及行业发展的需求，将极大促进BIM更深层次的研究和广泛的推广应用。《2011―2015年建筑业信息化发展纲要》发展总目标中提到，建筑信息模型（BIM）、协同工作等是建筑行业近年来发展的趋势和方向。
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目前，BIM技术在我国的应用主要集中在项目复杂、造型奇特的建筑中。片面地集中在这类型项目中，不利于BIM技术在一般技术人员和广大的设计企业中推广应用。如果能在一般性的民用建筑设计中运用BIM技术，有利于由浅入深地积累经验，促进新技术的掌握与普及，降低BIM技术学习和应用的门槛，从而为复杂项目积累成功经验，减少大型项目应用BIM技术的风险。
3.2基于BIM技术的建筑节能设计
利用BIM技术，建筑师在设计过程中创建的虚拟建筑模型已经包含了大量设计信息，包括几何信息、材料性能、构件属性等等，只要将模型导入相关的能量分析软件，就可以得到相应的能量分析结果。本需要专业人士花费大量时间输入大量专业数据这个过程，如今利用先进的计算机技术就可以自动完成，建筑师不需要额外花费精力。
在建筑设计的方案阶段，能充分利用建筑信息模型和能量分析工具，简化能量分析的操作过程，是建筑师进行绿色建筑设计迫切需要解决的问题。目前，美国的GreenBuildingStudio可以满足建筑师的这一需求。GBS直接从BIM软件中导人建筑模型，利用其中包含的大量建筑信息来建立一个准确的热模型(其中包括合理的分区和方位)，并将其转换成XML格式(gbXML是一种开放的XML格式，已被HVAC软件业界迅速接，成为其数据交换标准)。并根据当地建筑标准和法规，对不同的建筑空间类型进行智能化的假定。最后结合当地典型的气候数据，采用DOE2.2模拟引擎(一个被广泛接受的建筑分析程序)进行逐时模拟。每年能量消耗、费用以及一系列建筑采暖制冷负荷、系统(渚如照明、HVAC、空间供暖的主要电力和天然气的能源使用)数据都能立刻展现出来。而整个过程中，建筑师只需在GreenBuildingStudio中手动的输入建筑类型和地理位置即可。GBS还能输出gbXML、3DVRML、DOE一2．2等文件格式，可以利用其他工具诸如Trane的Trace700，或eQuest、EnergyPlus等对建筑能效进行进一步的分析。
在建筑设计基本完成之后，需要对建筑物的能效性能进行准确的计算、分析与模拟。在这方面，美国的EnergyPlus软件是其中的佼佼者。EnergyPlus是一个建筑全能耗分析软件(wholebuildingenergyanalysis
too1)，是个独立的没有图形界面的模拟软件，包含上百个子程序，可以模拟整个建筑的热性能和能量流、计算暖通空调设备负荷等，并可以对整个建筑的能量消耗进行分析。
在2DCAD的建筑设计环境下，运行EnergyPlus进行精确模拟需要专业人士花费大量时间，手工输入一系列大量的数据集，包括几何信息、构造、场地、气候、建筑用途以及HVAC的描述数据等。
然而在BIM环境中，建筑师在设计过程中创建的建筑信息模型可以方便地同第三方设备例如BsproCom服务器结合，从而将BIM中的IFC文件格式转化成EnergyPlus的数据格式。另外，通过GBS的gbXML也可以获得EnergyPlus的IDF格式。
BIM与EnergyPlus相结合的一个典型实例是位于纽911址上的自由塔(FreedomTower)。在自由塔的能效计算中，美国能源部主管的加州大学劳伦斯-伯克利国家实验室”(LBNL)充分利用了ArchiCAD创建的虚拟建筑模型和EnergyPlus这个能量分析软件。自由塔设计的一大特点是精致的褶皱状外表皮。LBNL利用ArchiCAD软件将这个高而扭曲的建筑物的中问(办公区)部分建模，将外表几何形状非常复杂的模型导入了EnergyPlus，模拟了选择不同外表皮时的建筑性能，并且运用EnergyPlus来确定最佳的日照设计和整个建筑物的能量性能，最后建筑师据模拟结果来选择最优化的设计方案。
四、结束语
经过理论分析和计算机模拟，研究了BIM作为信息技术在建筑领域的应用，其对建筑节能设计的效率是显著的，BIM模型用于建筑的环境分析与评估中，可以克服传统方法的一些缺点，帮助工程人员快速提取建筑信息，准确分析计算，结果可视化表达，有助于工程人员快速优化建筑的环境性能。
参考文献：
[1]曾旭东，赵昂.基于BIM技术的建筑节能设计应用研究[J].重庆建筑大学学报，2015，12（02）：33-35.
[2]柏幕进业.AutodeskEcotectAnalysis应用教程[M].电子工业出版社，2016年.
[3]薛志峰。超低能耗建筑技术及应用[M]。北京：中国建筑工业出版社，2015
论文作者:王国友
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/5/5
标签：建筑论文; 建筑设计论文; 模型论文; 能量论文; 技术论文; 建筑师论文; 建筑节能论文; 《防护工程》2019年第1期论文;