李 波

(朔州市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，山西 朔州 036000)

1 BIM技術(shù)與建筑節(jié)能設(shè)計

1.1 BIM技術(shù)應(yīng)用概述

BIM技術(shù)實現(xiàn)了對建筑工程的全流程信息化、模型化管理。將復(fù)雜的物理信息和建筑功能以真實、精準的數(shù)字信息仿真模擬來表達，為建筑的設(shè)計與施工提供了完整且具有邏輯性的信息支持。在建筑節(jié)能設(shè)計階段，傳統(tǒng)的建筑技能設(shè)計受限于缺少專業(yè)的建筑能耗模擬軟件，無法合理的對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，影響了建筑節(jié)能設(shè)計的科學(xué)性。利用BIM技術(shù)，建筑設(shè)計工作者可以在建筑設(shè)計階段對整個建筑的全生命周期的能耗情況進行模擬分析，從而采取針對性的調(diào)整優(yōu)化方案，來實現(xiàn)節(jié)能減排，實現(xiàn)建筑節(jié)能設(shè)計的自動化、數(shù)字化、信息化發(fā)展。

建筑工程在節(jié)能設(shè)計之前，應(yīng)科學(xué)評價建筑的能耗現(xiàn)狀，包括結(jié)構(gòu)、材料以及單元過程等信息內(nèi)容。傳統(tǒng)的CAD圖紙、文本計算方式耗時、費力，且極易產(chǎn)生誤差。BIM技術(shù)能夠為建筑節(jié)能設(shè)計提供有力的數(shù)據(jù)信息支持，且軟件兼容性較高，能夠高效、快捷的對建筑能耗進行全面的分析(如圖1所示)。

1.2 BIM技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢

利用數(shù)字化的技術(shù)，在建筑節(jié)能設(shè)計過程中通過BIM技術(shù)將建筑材料、結(jié)構(gòu)等能耗信息進行仿真模擬分析，有利的提升了建筑設(shè)計人員對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的可實施性，其優(yōu)勢表現(xiàn)在以下三個方面：

1)可視化：BIM技術(shù)實現(xiàn)了建筑信息的3D構(gòu)建，以可視化的方式讓設(shè)計人員可以從多角度查看整個建筑的空間現(xiàn)狀，并可以隨意改變材料的參數(shù)和結(jié)構(gòu)的形態(tài)，極大提高了建筑節(jié)能設(shè)計的效率。

2)信息化：BIM技術(shù)核心在于信息化運營，整個建筑工程全生命周期的信息數(shù)據(jù)都可以利用BIM技術(shù)來表現(xiàn)，以這些信息數(shù)字作為基礎(chǔ)，可以完成每個建筑階段的對應(yīng)設(shè)計優(yōu)化工作，在保障了建筑節(jié)能設(shè)計科學(xué)性的同時，也有效減少了誤差對最終設(shè)計成本的影響。

3)模擬性：有別于其他建筑能耗分析軟件，BIM技術(shù)可以通過輸入建筑能耗相關(guān)的參數(shù)，包括材料熱性能、環(huán)境信息、建筑信息等，根據(jù)不同參數(shù)信息的變化來指導(dǎo)建筑節(jié)能設(shè)計優(yōu)化。BIM技術(shù)所構(gòu)建的模型實現(xiàn)了對建筑全生命周期的能耗模擬，有效節(jié)約了建筑節(jié)能設(shè)計的時間、成本。

2 工程概況

某養(yǎng)老中心工程位于山西省忻州市靜樂縣，本工程位于我國的嚴寒(C)區(qū)，常年以東北風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向，總建筑面積1.5萬m2，包括老年公寓樓、綜合樓和餐廳，老年公寓樓分南樓和北樓，建筑面積11 834 m2，前廳、走廊為1層，南樓3層，北樓兩邊4層中間5層，建筑高度18.91 m；設(shè)有接待大廳、交流廳、書畫室、健身房等。綜合樓建筑面積2 478 m2，建筑高度為 13.81 m，為3層結(jié)構(gòu)，主要設(shè)有藥房、急救室、心理咨詢室、理療室、康復(fù)室等，其功能分布見圖2。

3 BIM技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計中的應(yīng)用策略

3.1 BIM能耗模擬模型的建立

結(jié)合養(yǎng)老中心工程的實際情況，利用BIM軟件中的能耗計算軟件對山西省忻州市靜樂縣的氣候參數(shù)進行輸入和模擬，設(shè)定冬季室溫為20 ℃，夏季室溫為26 ℃，利用門窗進行室內(nèi)通風(fēng)，并配備室內(nèi)采暖空調(diào)，每小時完成1次新風(fēng)換氣。其次，利用Revit對本工程建設(shè)結(jié)構(gòu)進行3D模型構(gòu)建，包括墻體、門窗、屋頂?shù)牟牧?、結(jié)構(gòu)等，同時定義每個材料的熱工特性，從而模擬本工程的實體(見圖3)，最終推算出建筑不同建設(shè)和運行周期的能耗情況。

3.2 圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計

本工程所處區(qū)域為我國的嚴寒(C)區(qū)，冬季室外溫差大且采暖時間較長，圍護結(jié)構(gòu)保溫性能影響整個建筑的整體能耗。為盡可能減少外界溫度對室內(nèi)溫度的影響，需要合理選取圍護結(jié)構(gòu)的隔熱材料，以確保其對溫度的衰減量不低于0.16，即衰減度應(yīng)為V0=1.19。根據(jù)如下公式計算本工程節(jié)能材料的蓄熱系數(shù)：

其中，D為選取隔熱材料的熱惰性參數(shù)；s為節(jié)能材料的蓄熱系居住數(shù)；αi和αe分別為養(yǎng)老中心圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部和外部墻面的換熱系數(shù)；y為隔熱材料表面的蓄熱系數(shù)。通過計算可以得出本工程所選取材料的蓄熱系數(shù)應(yīng)為8.4 W/(m2·K)。同時，依據(jù)DBJ 0—242—2012山西居住建筑節(jié)能設(shè)計標準要求，本工程的建筑外墻圍護結(jié)構(gòu)選用了擠塑聚苯板作為節(jié)能保溫材料(見表1)，變形縫采用?；⒅楸厣皾{進行填充。

表1 圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計及熱工性能參數(shù)

3.3 建筑朝向優(yōu)化設(shè)計

建筑朝向會影響整個建筑采光窗的設(shè)計，而朝向會受到建筑所在經(jīng)緯度、當?shù)貧夂?、周邊地理環(huán)境等因素的影響。本工程運用BIM技術(shù)，輸入養(yǎng)老中心工程所在區(qū)域的日照、熱輻射、風(fēng)速、溫度變化、濕度變化等。同時根據(jù)日軌圖對建筑朝向、日照之間的關(guān)系進行模擬分析。如圖4所示，通過BIM的自動模型幾何分析功能，將建筑在不同朝向情況下的熱塊能量模型進行對比分析，改變其中的朝向參數(shù)，得出最佳的朝向設(shè)計。

3.4 門窗結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

門窗是建筑結(jié)構(gòu)重要的采光結(jié)構(gòu)，也是建筑室內(nèi)與室外產(chǎn)生熱交換最頻繁的區(qū)域。通常情況下，建筑能耗的40%以上源于門窗結(jié)構(gòu)?？茖W(xué)的門窗設(shè)計和采光設(shè)計是建筑能夠?qū)崿F(xiàn)技能的關(guān)鍵。以門斗設(shè)計為例，節(jié)能設(shè)計過程中，其位置、朝向都會影響建筑的整體能耗。本工程以BIM技術(shù)為核心，模擬了門斗不同位置下對室內(nèi)氣流的影響。同時，為了確保養(yǎng)老中心室內(nèi)的自然通風(fēng)和合理采光，除了選用節(jié)能中空玻璃來合理降低窗戶熱傳導(dǎo)系數(shù)外，還通過優(yōu)化建筑的內(nèi)部空間，使其具有較好的通風(fēng)條件，采用了板式內(nèi)廊的結(jié)構(gòu)，顯著的提高了室內(nèi)通風(fēng)，也解決了內(nèi)部的采光問題，保障了居住的舒適度。

3.5 雨水回收系統(tǒng)的設(shè)計

本工程所在區(qū)域?qū)儆谒Y源相對匱乏的地區(qū)，存在季節(jié)分布、時空分布不均的情況?；诖饲闆r，運用BIM技術(shù)對本地的雨水、周邊環(huán)境進行了3D模型構(gòu)建，并搭建了雨水回收再利用水循環(huán)系統(tǒng)(見圖5)。通過屋面、地面對雨水進行收集、過濾、凈化等處理，將其用于整個養(yǎng)老中心的不同區(qū)域，例如路面養(yǎng)護用水、綠植澆灌用水、廁所沖洗用水等，在緩解區(qū)域內(nèi)水資源不足壓力的同時，也實現(xiàn)了節(jié)能。

4 結(jié)語

現(xiàn)代科技推動了建筑行業(yè)的信息化發(fā)展，尤其在建筑節(jié)能領(lǐng)域，BIM技術(shù)等信息化技術(shù)的應(yīng)用，有效提高了建筑節(jié)能設(shè)計的效率，以科學(xué)的指導(dǎo)對建筑結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，實現(xiàn)了節(jié)能減排，推動了我國建筑行業(yè)的智能化、現(xiàn)代化發(fā)展，顯著提高了建筑企業(yè)的市場競爭力。