王旭鳴何昱

（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 內(nèi)蒙古包頭 014010 2.包頭財經(jīng)信息職業(yè)學(xué)校 內(nèi)蒙古包頭 014060）

建筑節(jié)能設(shè)計，需要對建筑的方案設(shè)計、建造施工、運行管理等的每一個環(huán)節(jié)進行減少建筑能耗或提高能源使用效率的工作；但是當(dāng)今建筑的復(fù)雜程度已經(jīng)大大超過了僅憑建筑師主觀判斷就可以把握的程度，這就需要借助先進的計算機技術(shù)進行復(fù)雜的數(shù)據(jù)計算和實時的動態(tài)模擬，來進行建筑物初步的能耗分析，實現(xiàn)建筑節(jié)能設(shè)計。

而整合了大量建筑信息的BIM技術(shù)很好的實現(xiàn)了這一點，給設(shè)計師提供了一個良好的輔助設(shè)計工具。而本文正是基于BIM應(yīng)用軟件，創(chuàng)建簡單的建筑信息模型，方便隨時對設(shè)計方案進行建筑節(jié)能分析。

1 BIM概述

1.1 BIM定義

BIM全稱為Building Information Modeling，即建筑信息模型，建筑信息模型可以用來顯示建筑物整個生命周期的建設(shè)，包括建設(shè)和運營的過程，用數(shù)字化的建筑組件表示建筑物的構(gòu)件，以及建筑構(gòu)件的材料、價格及項目的建造進度等。

1.2 BIM的特點

BIM通過數(shù)字化技術(shù)使建筑師摒棄傳統(tǒng)的二維圖紙，從2D CAD過渡到BIM技術(shù)的3DCAD，從而極大地拓展了建筑師對建筑形態(tài)探索的可實施性。BIM是以建筑工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。BIM支持建筑工程的集成化設(shè)計與管理，大大提高工作效率和減少風(fēng)險。具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點。

1.3 BIM的應(yīng)用

綠色建筑在全壽命周期內(nèi)的設(shè)計一般包括5個階段：可行性研究階段；方案設(shè)計、初步設(shè)計階段；建設(shè)實施階段；運營維護階段；最后為銷毀階段。

在建設(shè)項目的可行性研究階段，BIM為其在技術(shù)與經(jīng)濟上提供了可行性論證，提高了結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性。

在方案設(shè)計階段，需要考慮環(huán)境對建筑的影響，這需要從風(fēng)、光、熱三個方面對建筑外部環(huán)境進行綜合分析，BIM模型的建立信息更豐富、易于觀察、便于交流，可以導(dǎo)入相關(guān)分析軟件，結(jié)合建筑設(shè)計理論及方法確定最優(yōu)的建筑方案；在初步設(shè)計階段，需要對建筑選用的構(gòu)造形式進行初步確定，例如開窗位置、遮陽形式、降噪措施等方面的處理，BIM建模進行各專業(yè)間的碰撞檢查，復(fù)合模型、優(yōu)化項目。

在施工過程中需要對綠色建筑的能耗進行動態(tài)計算，量化分析，利用BIM施工建模進行施工方案研討、成本預(yù)估、工期控制等分析；BIM模型對各參與方信息進行協(xié)調(diào)整合，加強工程項目在施工過程中可預(yù)見的風(fēng)險控制和協(xié)調(diào)能力。

在運營維護階段，BIM建筑信息模型為業(yè)主提供所需的所有系統(tǒng)信息，在施工階段所做的修改將同步更新到BIM模型中，并最終形成BIM竣工模型，作為各種設(shè)備管理的數(shù)據(jù)庫，為系統(tǒng)的運營與維護提供基礎(chǔ)。BIM建筑信息模型模擬分析貫穿整個綠色建筑設(shè)計工程。

2 基于BIM的建筑節(jié)能分析

2.1 建筑節(jié)能主要影響因素

對影響建筑節(jié)能的各因素進行分析，分為外因和內(nèi)因兩部分，外因是指建筑周邊環(huán)境及氣候因素的外部條件；內(nèi)因是指建筑本身，包括朝向、外圍護結(jié)構(gòu)、體形系數(shù)等建筑節(jié)能參數(shù)。本文的研究是基于建筑方案設(shè)計階段的影響因素對建筑節(jié)能的影響。要降低建筑的能耗，只有定性分析是不夠的，需要定量分析建筑能耗，BIM技術(shù)為建筑性能分析的應(yīng)用提供了可能性。

經(jīng)過上面的講述，影響建筑節(jié)能的因素很多，但外擾在項目設(shè)計初期就已經(jīng)確定，內(nèi)擾在項目設(shè)計后期才能具體確定，本文主要利用BIM技術(shù)分析建筑本體因素對建筑節(jié)能的影響，包括建筑朝向、建筑體型、建筑日照、建筑通風(fēng)等等。

2.2 BIM建筑節(jié)能分析技術(shù)的方法

設(shè)計師在建筑前期設(shè)計階段的節(jié)能分析相比設(shè)計最終階段的節(jié)能分析，其解決問題相對輕松，耗費的人力物力都很少。同時在設(shè)計早期得到建筑能量問題的反饋，處理這些問題也相對容易。BIM技術(shù)就很好的為我們解決了這個問題。

圖1 BIM建筑節(jié)能分析技術(shù)的方法

3 BIM技術(shù)輔助建筑方案設(shè)計

3.1 輔助建筑朝向設(shè)計

建筑朝向是指建筑物多數(shù)采光窗的朝向。建筑物主體的平面形式為矩形時，其短軸方向為次要朝向，長軸方向為主要朝向。朝向?qū)ㄖ?jié)能的影響主要體現(xiàn)在兩方面：①不同朝向的建筑物獲得的太陽輻射熱的差異；②由建筑朝向所決定的建筑本身的通風(fēng)狀況。由于我國大部分地區(qū)處于北溫帶，建筑“坐北朝南”是比較好的朝向，建筑朝向受很多條件的制約，建筑不可能都在最佳朝向上，這時候就應(yīng)該結(jié)合場地條件，因地制宜、靈活地來確定合理的朝向范圍，同時利用BIM能耗分析技術(shù)，進行多方案的能耗比較，來指導(dǎo)我們設(shè)計出更合理的節(jié)能建筑。

3.2 輔助建筑體型設(shè)計

我們都知道在熱工性能方面具有相對優(yōu)異的表現(xiàn)是體形系數(shù)較小的建筑，而其他風(fēng)、光等氣候因素又對建筑形體產(chǎn)生制約，與建筑的熱工性能發(fā)生矛盾，在方案形體研究階段，用BIM技術(shù)對影響建筑形體的各氣候因素進行分析，使建筑設(shè)計人員在確定建筑形體時就把建筑節(jié)能考慮在內(nèi)，使建筑能耗降低，達(dá)到節(jié)能效果。

不同建筑形體會對其周圍的風(fēng)環(huán)境產(chǎn)生不同的影響，在哪個位置產(chǎn)生風(fēng)影區(qū)，很大程度取決于建筑的形體。風(fēng)影區(qū)的大小與建筑的長度、高度、進深有很大關(guān)系?；谙嗤慕ㄖ叨群瓦M深，越長的建筑其風(fēng)影區(qū)越大；基于相同的建筑長度和進深，越高的建筑其風(fēng)影區(qū)越大；基于相同的建筑長度和高度，越大的進深其風(fēng)影區(qū)越小。用Ecotect建筑生態(tài)大師進行風(fēng)影區(qū)的通風(fēng)分析。

3.3 輔助建筑日照分析

生態(tài)大師Ecotect中的“陰影范圍”功能可以用于研究特定時間段內(nèi)建筑的陰影分區(qū)特點及變化規(guī)律，作為分析建筑日照間距的有力工具，陰影范圍是以指定時間間隔顯示當(dāng)前日期下某一特定時間段的陰影變化范圍，通過改變時間，可以實現(xiàn)陰影范圍的自動更新。

3.4 輔助建筑通風(fēng)分析

建筑物通風(fēng)環(huán)境的影響因素主要是周邊建筑物的阻擋作用。由于前面建筑寬度、高度、深度的不同，對建筑背風(fēng)面的漩渦范圍產(chǎn)生影響，結(jié)果導(dǎo)致要達(dá)到理想的通風(fēng)效果，建筑的通風(fēng)間距各不相同。

圖2 建筑高度、面寬、進深對風(fēng)環(huán)境的影響

垂直于建筑物正面的風(fēng)，如果建筑間的間距大于4～5H時，才能使后排建筑物的迎風(fēng)面保持正壓，同時需要加大建筑物間距才能保持原來的氣流狀態(tài)。根據(jù)英國學(xué)者的研究，建筑物的間距D為前排建筑高度H的6倍時才能避免發(fā)生“風(fēng)影”效應(yīng)。通常而言，日照間距遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于通風(fēng)間距，導(dǎo)致用地浪費和不利于節(jié)約成本，在實際項目中，很少采用。

若要實現(xiàn)自然通風(fēng)，以下幾點值得參考：

（1）建筑布局應(yīng)適當(dāng)疏松，前后間距合理；

（2）以夏季主導(dǎo)風(fēng)向為建筑的主要朝向，或在允許范圍之內(nèi)控制其夾角；

（3）確定建筑間合理的位置關(guān)系和角度關(guān)系，達(dá)到空氣流動順暢的效果。

4 結(jié)論與展望

本文基于BIM技術(shù)的建筑節(jié)能分析在建筑設(shè)計的應(yīng)用為研究方向，從建筑設(shè)計出發(fā)，以建筑節(jié)能分析為研究理論基礎(chǔ)，結(jié)合場地氣候、地形特征，建筑本身的設(shè)計，探討B(tài)IM技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計中適宜、科學(xué)的設(shè)計方法。

①論文介紹了BIM技術(shù)的概念、特點及其在建筑節(jié)能中的應(yīng)用；②結(jié)合BIM技術(shù)在建筑節(jié)能中的應(yīng)用，總結(jié)出BIM技術(shù)分析在建筑方案設(shè)計階段的應(yīng)用研究的優(yōu)勢；③通過對建筑朝向、形體、日照、通風(fēng)等方面的分析，討論了BIM技術(shù)在建筑方案輔助節(jié)能設(shè)計中的策略研究，從真正意義上構(gòu)建節(jié)能建筑。

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