(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

一、引言

隨著我國高速公路建設(shè)向西部山區(qū)推進，公路隧道的應(yīng)用也越來越廣泛，根據(jù)交通運輸部發(fā)布的《2016年交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》顯示，截止2016年底，中國公路隧道為15181處、14039.7Km，比2015年分別增加了1175處、1355.8Km。綠色交通正成為交通運輸發(fā)展的趨勢，成為交通發(fā)展的關(guān)鍵詞。而公路隧道由于其特殊的封閉構(gòu)造形式和獨特的行車環(huán)境，在隧道內(nèi)一般設(shè)有通風(fēng)、照明、消防、監(jiān)控等機電設(shè)施，這是公路隧道最主要的運營能耗單元，其中以通風(fēng)、照明設(shè)施消耗電能最多。同時，照明系統(tǒng)的技術(shù)狀況也是影響隧道內(nèi)行車安全的關(guān)鍵所在。如何使照明設(shè)計在滿足行車舒適性和安全性的前提下，還滿足綠色環(huán)保、節(jié)能減排的要求顯得格外重要。

二、BIM概述

BIM全稱建筑信息模型(Building Information Modeling)是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是工程項目實體和功能特性的數(shù)字化表達。工程師在利用BIM軟件進行三維設(shè)計創(chuàng)建的模型已經(jīng)包含了大量的設(shè)計信息，包括集合信息，材料性能，構(gòu)件屬性等，只需將建筑模型導(dǎo)入到模擬軟件就能得到模擬結(jié)果。建筑模擬是指對建筑環(huán)境與系統(tǒng)的整體性能進行模擬分析的方法。其主要包括建筑能耗模擬，建筑環(huán)境模擬(氣流模擬、光照模擬、污染物模擬)和建筑系統(tǒng)仿真。BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用在設(shè)計質(zhì)量和效率方面都得到了十分顯著的提高，進一步推動我國建筑行業(yè)綠色、節(jié)能和數(shù)字化的發(fā)展。

三、BIM在建筑節(jié)能設(shè)計中的應(yīng)用

(一)參數(shù)化設(shè)計

在Revit軟件上建立的BIM建筑模型，包含的信息表現(xiàn)形式多種多樣，比如明細表、三維視圖和二維視圖等。如果對模型某項參數(shù)進行修改，那么軟件本身附帶的引擎不僅可以對明細表、視圖和平面等多種信息進行修改，還能實時更新各類數(shù)據(jù)，從而確保設(shè)計的準確，并且保證設(shè)計的效率。

(二)協(xié)同設(shè)計作用

建筑設(shè)計往往需要多個專業(yè)領(lǐng)域相互配合，僅僅按照傳統(tǒng)的設(shè)計方法是很難實現(xiàn)不同專業(yè)相互銜接的。利用BIM建筑模型，為建筑項目提供一個完整的反映建筑物各個階段所包含的各種信息的平臺，從而就可以實現(xiàn)不同專業(yè)在同一平臺上的協(xié)同設(shè)計，大大減少設(shè)計的復(fù)雜程度，提高設(shè)計效率。

(三)可視化設(shè)計

利用BIM技術(shù)建立的三維模型，能夠?qū)⒃瓉沓橄蟮钠矫鎲栴}轉(zhuǎn)化為直觀的三維問題，從而避免傳統(tǒng)設(shè)計在二維平面上的局限性。BIM技術(shù)建立的是一個包含了各種各樣信息的整體模型，這樣就可以去掉局部模型修改的工作，任何修改工作都可以直接在模型中完成，降低設(shè)計工作的繁瑣程度。

(四)節(jié)能設(shè)計

BIM技術(shù)在建筑能耗模擬分析中的應(yīng)用能夠更加全面、直觀的對建筑的性能進行分析。還能實現(xiàn)對建筑特定區(qū)域進行分析，因為對于一個特定區(qū)域的能耗不僅僅與建筑面積相關(guān)，也會受到建筑材料的影響，從而對能耗模擬分析的結(jié)果進行細化。

四、BIM在公路隧道照明節(jié)能中的應(yīng)用

(一)公路隧道照明基本特征

隧道照明的主要目的是形成舒適、安全、高效、經(jīng)濟的隧道照明環(huán)境，保證駕駛員任何時候經(jīng)過隧道時的視覺舒適度，進而實現(xiàn)安全行駛。公路隧道照明系統(tǒng)設(shè)計包括確定隧道照明分段、照明指標、光源、燈具等，各因素均影響照明系統(tǒng)規(guī)模和運營能耗。因此，設(shè)計時需合理設(shè)置照明系統(tǒng)規(guī)模，從源頭上解決系統(tǒng)規(guī)模大、初期投資高、運營能耗大的問題。

(二)BIM在建筑照明技術(shù)的應(yīng)用

1.建筑照明設(shè)計

BIM的核心建模軟件(BIM Authoring Software)是BIM產(chǎn)生和發(fā)展的前提，它是其余軟件與BIM進行不同程度的信息交換提供平臺。照明設(shè)計中常用的一款軟件是AGI32，它通過Revit的插件Elumtools來實現(xiàn)與BIM的交互。ElumTools通過讀取Revit中的區(qū)域及組件，以及材質(zhì)，并對這些區(qū)域進行燈具管理，最后計算得出交互式的可視化模擬照明場景及照度計算結(jié)果。

圖1 ElumTools典型的工作流程

2.建筑照明能耗分析

相比于傳統(tǒng)的能耗模擬而言，BIM技術(shù)不僅僅在建筑的概念設(shè)計階段開始參與設(shè)計，還參與到了建筑的全生命周期中。分析軟件選擇Ecotect Analysis，它具有強大的模擬和分析功能，無論建筑物多么復(fù)雜，它都可以通過太陽照射時間和角度、遮擋情況、建筑物的照明等因素，對建筑物進行能耗模擬，從而優(yōu)化設(shè)計方案，滿足建筑節(jié)能的要求。

圖2 BIM技術(shù)能耗分析流程

(三)BIM在公路隧道照明節(jié)能中應(yīng)用

綠色照明的設(shè)計工作相對于普通的照明設(shè)計工作來說較為復(fù)雜，通常需要考慮更多影響建筑照明的因素，包括不同的氣候條件下、不同的時間段內(nèi)太陽光的角度等，而這些均可以通過BIM信息技術(shù)進行模擬分析。設(shè)計出貼合隧道照明曲線的照明控制系統(tǒng)不僅可減少“黑洞現(xiàn)象”、“白洞現(xiàn)象”等隧道特有的不良現(xiàn)象對行車安全所帶來的影響，還能有效改善駕駛者在行駛過程中由隧道特殊的行車環(huán)境所帶來的壓抑感。更重要的是，可以最大限度地發(fā)揮LED光源固有的優(yōu)勢，在提高隧道照明質(zhì)量的同時減少電能消耗。

1.照明燈具的數(shù)量和布置

利用BIM在建筑照明設(shè)計中的應(yīng)用，首先可以根據(jù)隧道本身的具體情況，比如方位走向、長度、曲度、材料反射等，通過在BIM中進行模擬照明場景及照度計算來確定照明燈具數(shù)量并合理布置。同時還可以結(jié)合照明方法上的改進措施，比如采用反光器、二次配光技術(shù)等，通過在模擬照明場景中的可視化具體化呈現(xiàn)，能夠更加全面、直觀的進行照明設(shè)計。

2.照明燈具的亮度和分級

隧道照明系統(tǒng)以《公路隧道照明設(shè)計細則》(JTG/T D70/2-01—2014)為依據(jù)，以洞外亮度、車流量、車速為基礎(chǔ)提供按需照明亮度。要把隧道內(nèi)各段照明的長度和照度設(shè)計成能夠根據(jù)實際要求(如洞外亮度)不斷調(diào)整變化，動態(tài)地實現(xiàn)對各段燈具照明的自動控制，才能從根本上杜絕隧道照明能源的浪費，并提高行車安全系數(shù)。通過在BIM模型上模擬不同時間段、不同天氣情況下洞外自然光的亮度，來確定洞口段的照明亮度。模擬不同時間段的車流量結(jié)合車速，分級調(diào)整照明亮度。為了防止司機出現(xiàn)突然的盲視，造成安全風(fēng)險，要給司機充分地適應(yīng)時間，通過BIM模型對過渡段燈具亮度進行合理分級。

3.照明能耗控制

利用BIM信息技術(shù)可以有效地協(xié)調(diào)設(shè)計隧道照明系統(tǒng)，使隧道在運營過程中既能滿足人們的照明需求，又能合理高效的利用自然光和車輛自身燈光，減少隧道照明的運行能耗，同時也增加了人們在工作生活時的舒適性。通過Ecotect Analysis軟件對隧道內(nèi)照明能耗進行分析，從而優(yōu)化設(shè)計方案，實現(xiàn)按需照明，最大程度地節(jié)約運營成本，滿足建筑節(jié)能的要求。

五、結(jié)語

與發(fā)達國家相比，我國公路隧道照明總體上長期處于低水平、高能耗狀態(tài)，在照明系統(tǒng)節(jié)能方面還有很大的提升空間。本文根據(jù)公路隧道照明視覺特性，以隧道內(nèi)外亮度差、車輛流量、時間段等參數(shù)為依據(jù)，提出將BIM技術(shù)運用到隧道照明節(jié)能設(shè)計中，使照明設(shè)計在滿足行車舒適性和安全性的前提下，還滿足綠色環(huán)保、節(jié)能減排的要求。總而言之，在公路隧道照明設(shè)計上需要全面實現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能，不斷加強關(guān)鍵環(huán)節(jié)的分析和研究，發(fā)現(xiàn)存在的問題，并采取針對性的解決措施，才能實現(xiàn)公路隧道照明節(jié)能技術(shù)的運用。

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