摘要：BIM 技术以其自身所具有的可视性、优化性和模拟性等设计层面的特点，弥补了传统建筑设计方法的不足，为建筑节能设计的能耗量化分析提供了重要数据信息依据，在低碳建筑节能设计中得到了广泛的应用。本文对BIM技术在低碳建筑中的节能应用进行了阐述。
关键词：低碳建筑；节能设计；BIM 技术；建筑热工；建筑采光
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，低碳建筑的节能设计受到了社会各界的广泛关注。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。
一、BIM 技术在低碳建筑节能设计中的应用价值
利用BIM 技术进行低碳建筑的前期设计时，可以在一个界面中同时建立二维和三维的信息模型，这样就可以同时完成各类信息数据的展示，大幅提升运算效率，减小人力投入。此外，由于相关数据的输出是直接以设计模型为基础，所以数据信息可信度较高，即使后期需要修改，其修改的方式也更加便捷，准确性也相对较高。BIM 技术为绿色节能建筑的设计提供了可靠的数据及技术支撑，不仅有利于提升设计效率，而且能对项目设计的周期进行把控，这样，不仅能提高设计效率，工程质量也更有保证。
二、BIM 技术在低碳建筑节能设计的应用
1.工程概况
某住宅建筑，共6层楼，房屋面积约为2400m2。在对建筑本身的保温、采光等属性进行分析时所用的BIM 软件为Ecotect、Rievt、Navisworks、PBECA节能模拟软件、三维图形平台、IFC数据模型以及相关平台分析软件。本文研究基于BIM的低碳民用建筑主体结构节能分析整条实施流程如图1。
图1 基于BIM的低碳民用建筑主体结构节能分析流程
2.建筑地理位置分析
建筑朝向的确定对于后期的建设及投入使用均有十分重要的意义。适宜的朝向可以使房间内部的温度及光照更加适于居住，夏季温度较高时，可以使室内避免较长时间的西晒；而冬季温度较低时，又可以保证充足的阳光照射，帮助提升室内的温度。
从节能角度来看，如果房屋本身具有调节温度的效果，就可以减少用于采暖、保温或者防晒方面的投入，也就达到了节能的目的。本研究应用成套BIM软件进行环境分析，在采用BIM建筑设计过程中，建筑物的细部构造、标高、坐标等均采用BIM软件用三维来表达和定位。应用GPS测量实地三点数据，结合GIS平台将大地坐标系与BIM进行关联如图2。
图2 建筑物与BIM坐标系关联
建筑地点的环境参数录入软件中，特别将全年气温最高以及气温最低的2个月份日照数据录入系统进行三维信息模型分析如图3、4，实时更换建筑设置地理信息位置，选择最佳光照大地坐标系位置。
图3 建筑物光照分析
图4 日照比例分析
以光照确定大地坐标位置为基础，基于BIM技术对建筑物地质状态进行三维信息分析如图5，使得确定位置满足建筑施工用地需要。
图5 建筑物地质分析
应用BIM技术对建筑物的光照、地质、自然风等分析，通过Ecotect软件为分析工具，从外围结构角度对建筑节能进行分析。然后计算出最佳朝向如图6，本次建筑设计的最佳朝向为南偏西27．5°。
3.基于BIM技术外墙保温设计及实施
（1）原建筑外墙保温分析
外围结构的节能性能是建筑节能中的重要部分，本文以Ecotect软件为分析工具，从外围结构角度对建筑节能进行分析。将参数对应输入至软件中，以此形成模型。在对房间信息进行设置时，应先将空调系统调整为自然通风状态，人员密度的设置则根据不同房间的功能来定。本次研究选取一年中温度最高及温度最低的2天，分别如图7和图8所示。
图6 模拟建筑3D示意图
图7 房间逐时温度（最热一天）
图8 房间逐时温度（最冷一天）
由图8可以看出，在全年温度最高的一天中，各个房间的温度甚至可以高达33℃，且10：00以前，室内温度明显高于室外温度，10：00以后，室外温度升高，室内温度变化则相对平缓，这也在一定程度上反映出房间本身的隔热系统发挥了效用，但是在一天中温度最高的时间段，室内外温度相差不大，这也说明隔热保温性能还需优化。由图7可以看出，在全年温度最低的一天中，室内温度保持在5℃左右，室内外温度关系与温度最高一天无异，再次证明外墙保温系统效果有待优化。
图9 全年冷热负荷
在对室内热环境进行控制时，还应综合房间的冷、热负荷要素。其中，冷负荷和得热量关系较为紧密，得热量体现在室内热／湿源的显热／潜热得热，维护结构的得热以及通过空气流通中的所得热量。若得热量为负，就表示出现热负荷，即失热。在失热量大于得热量时，房间总热量为负，得失热量是决定房间热负荷的重要因素。在具体工程中，为保证温度参数的合理性，需要结合建筑本身的特点以及环境因素等进行综合判定，通过热工分析即可得出建筑的冷热负荷间的关系。
由图9可知，在没有相关制冷措施条件下，夏季室内温度比室外低，而冬季则是室内温度高于室外温度，这也证明其外围保温隔热系统起到了一定作用，但是其与人体最适宜温度仍有差距，所以保温效能还需优化。
（2）外墙保温设计与材料优选
在以上对原建筑外墙保温分析中，其保温性能较差，需要对外墙保温进行改造，经过项目组研究，列出了3个备选方案（胶粉聚苯颗粒外保温、挤塑板（XPS）外保温、EPS 膨胀聚苯板薄抹灰），通过BIM技术实现外墙保温施工方案比选，选择最优的外墙保温方案。使用PBECA节能分析软件，对三种外墙保温方案传热系数进行分析，其外墙传热系数分别为0.713、0.737、0.845，三种方案均能满足保温节能要求，使用胶粉聚苯颗粒外保温的热工性能最佳，在通过Revit软件模拟，从建筑外观进行比选，决定使用该方案进行外墙保温施工。
（3）外墙保温施工优化
使用BIM技术在外墙保温施工时，可以有效实现施工过程的优化，具体可以体现在碰撞检查和模拟施工两个方面：
①碰撞检查
在模拟施工软件Navisworks中，把前期所作的Revit模型导入其中。Navisworks强大的三维技术可以实现空间中的施工碰撞检查，有效的避免施工中的冲突，防止了因施工规划不合理造成的返工。施工现场管理人员可以将优化后的施工方案进行技术交底，这样对于与业主沟通、提高施工质量都有较好的作用。
②模拟施工
使用Navisworks软件，可以将时间的参数导入其中，这样就可以实现施工过程的模拟。在施工过程中，可以将施工计划工期与实际进行的情况进行比对。工程参加各方及主管部门都可以对项目进展过程中出现的问题进行实时查验。BIM技术实现了施工模拟与施工方案的协调统一，将信息化的特点导入到了工程当中，工程参建方可以实时的了解建设过程中各项实时数据，并以此作为下一步质量控制和工期调整的依据，最终提高外墙保温施工质量。
三、基于BIM建筑节能分析
本文通过研究基于BIM的低碳民用建筑主体结构节能分析，可视化全年日照强度、面积等进行分析，三维信息化优化建筑物位置选择及朝向。同时可在设计节能方案基础上，对自然通风、自然采光进行节能优化分析，便于设计光道、通风路径抉择。基于BIM技术对低碳民用建筑主体结构优化节能方案实施，从油、电两方面能耗与传统设计及施工统计分析，节能率可达到20%，大大提升节能环保绿色发展作用。
四、结束语
本文结合BIM 技术在住宅建筑节能设计中的应用，提出加强墙体、玻璃、屋顶等结构的保温性能的一系列措施，对建筑外环境提出了改进措施，从而提升建筑节能设计的效率。研究表明，将BIM 技术应用到住宅建筑空间规划设计中，能够帮助设计人员更好地了解工程中的各个细节，提高施工方案的合理性。不仅可以助力于提高整个行业的水准，更有利于实现低碳建筑这一发展目标。
参考文献
［1］鲁志强．基于BIM 技术的高层建筑绿色节能设计研究［Ｊ］．建筑技术开发，2017，44（7）：18－19．
［2］刘阳，梁雪．基于BIM 技术的低碳建筑设计应用研究［Ｊ］．建筑与预算，2016（5）：55－57．
［3］肖航，何继坤．关于建筑施工技术课程中推广绿色BIM技术的思考［Ｊ］．绿色环保建材，2017（12）：187．
论文作者:王雪
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/1
标签：温度论文; 建筑论文; 节能论文; 外墙论文; 技术论文; 建筑节能论文; 低碳论文; 《基层建设》2019年第10期论文;