張旭東 ZHANG Xu-dong；劉海龍 LIU Hai-long；張曉華 ZHANG Xiao-hua；馬凱 MA Kai；王相博 WANG Xiang-bo

（①寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021；②吳忠市紅寺堡區(qū)住房城鄉(xiāng)建設(shè)和交通局，吳忠 751900）

0 引言

2020年，我國(guó)建筑運(yùn)行的碳排放量為21.8 億t，建筑建造的碳排放量為15 億t，建筑運(yùn)行和建造的碳排放量約占全社會(huì)碳排放量的36%[1]。因此，建筑領(lǐng)域的能源消耗和碳排放問(wèn)題引來(lái)越來(lái)越多的學(xué)者關(guān)注。目前，我國(guó)節(jié)能工作正在從節(jié)能向“減碳”方向進(jìn)一步邁進(jìn)，其中對(duì)于推動(dòng)城鄉(xiāng)綠色低碳建設(shè)轉(zhuǎn)型有著顯著作用，加快鄉(xiāng)村振興的步伐，提高節(jié)能減排的要求，不斷更新建筑節(jié)能技術(shù)，努力建造超低能耗的農(nóng)村住宅，推動(dòng)近零能耗建筑在鄉(xiāng)村地區(qū)的推廣和發(fā)展，運(yùn)用BIM 技術(shù)建立Revit 建筑模型，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)有利于推動(dòng)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的綠色轉(zhuǎn)型，加快形成綠色的生產(chǎn)方式和生活方式，助推高質(zhì)量發(fā)展，在降碳的同時(shí)減少污染物的排放，從而與環(huán)境質(zhì)量改善產(chǎn)生顯著的協(xié)同增效作用。

1 BIM 技術(shù)

1.1 近零能耗建筑

過(guò)去十年，在我國(guó)建筑節(jié)能領(lǐng)域，近零能耗建筑在我國(guó)被大力推廣[2]。零能耗一詞是建筑領(lǐng)域十分常見(jiàn)的詞匯，其主要特點(diǎn)是不需要利用常規(guī)不可再生能源進(jìn)行制熱[3]，而零能耗建筑由于諸多限制，“近零能耗”建筑就隨之而誕生。

1.2 項(xiàng)目概況

本文以寧夏石嘴山市平羅縣寶豐鎮(zhèn)興勝村零碳住宅示范工程項(xiàng)目為例，本項(xiàng)目所處位置屬于寒冷地區(qū)，建筑結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，地上一層，建筑面積120m2。針對(duì)寧夏地區(qū)干旱寒冷、風(fēng)沙大、日照強(qiáng)等氣候特點(diǎn)，近零能耗建筑采用直接受益式與附加式被動(dòng)陽(yáng)光房，太陽(yáng)房在冬季白天可以為房間供熱，夜間可作為一個(gè)溫度緩沖區(qū)減少熱量的散失，同時(shí)避免了外門直接接觸室外空氣，大大地降低了冷風(fēng)侵入耗熱量，減少了室外風(fēng)沙的進(jìn)入，提高了房間的氣密性。

1.3 模型的建立與渲染

為了對(duì)模型進(jìn)行最終效果渲染，本文首先利用Revit軟件建立整體模型，然后通過(guò)Lumion 轉(zhuǎn)化，最終利用Mars 完成效果渲染（見(jiàn)圖1）。在該過(guò)程中重點(diǎn)與難點(diǎn)集中在不同軟件間互導(dǎo)與轉(zhuǎn)化需依靠不同插件來(lái)完成，如①Revit 軟件建模與Mars 軟件效果渲染之間：首先依靠Revit 軟件建立整體模型，然后借助Lumion 插件導(dǎo)出為DAE 文件格式以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)入Mars 軟件中能被正常編輯；②Revit 軟件建模與廣聯(lián)達(dá)計(jì)價(jià)軟件之間：Revit 模型與廣聯(lián)達(dá)軟件需借助GFC 插件，以實(shí)現(xiàn)將建筑模型導(dǎo)入到廣聯(lián)達(dá)計(jì)價(jià)軟件避免二次建模[4]。

圖1 三維農(nóng)宅Revit 模型圖和渲染圖

1.4 Mars 光輝城市渲染

本項(xiàng)目利用Mars 軟件對(duì)模型作了全方位的建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化渲染，幾乎完成90%的渲染工作，最終呈現(xiàn)導(dǎo)出Ansel超高清圖（見(jiàn)圖2）。首先，利用Mars 軟件對(duì)農(nóng)宅模型補(bǔ)充優(yōu)化，諸多Revit 中沒(méi)有或很難繪制的模型在Mars 中補(bǔ)充布置，例如，農(nóng)宅部分家具模型，周圍的花草樹(shù)木，以及人物模型等。其次，對(duì)農(nóng)宅建筑的材料材質(zhì)選取更換，達(dá)到要求的最佳結(jié)果，模擬出最真實(shí)的虛擬農(nóng)宅模型。前提條件是進(jìn)行Revit 建模時(shí)必須將每個(gè)模塊準(zhǔn)確分開(kāi)，不然材質(zhì)渲染時(shí)會(huì)大面積的相同，無(wú)法做到精確渲染。

圖2 Mars 光輝城市渲染效果圖

2 近零能耗農(nóng)宅節(jié)能技術(shù)分析

本文近零能耗技術(shù)主要應(yīng)用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)、熱回收系統(tǒng)、水資源利用、太陽(yáng)能一體化四個(gè)方面，對(duì)應(yīng)項(xiàng)目技術(shù)分析如下：

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)分析

近零能耗農(nóng)宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)部分主要解決保溫性能不足問(wèn)題，本示范工程外墻構(gòu)造采用200mm 的ALC 蒸壓加氣混凝土條板+200mm 的石墨基EPS 保溫板，其綜合傳熱系數(shù)為0.15W/（m2·℃），而傳統(tǒng)普通砌體結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)為0.41W/（m2·℃）。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)氣密性設(shè)計(jì)采用連續(xù)并包圍整個(gè)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性，外門窗與門窗洞口之間的縫隙、穿墻管與墻面之間的縫隙及不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)交界處的縫隙均用氣密性材料進(jìn)行密封，使得建筑氣密性小于0.6次/h。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)熱橋設(shè)計(jì)主要是為了消除外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱橋，近零能耗建筑采用連續(xù)性保溫系統(tǒng)，在屋面與地面之間采用連續(xù)性保溫，防止在各種構(gòu)件的連接處出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性熱橋，造成熱量的散失。

普通農(nóng)宅外窗傳熱系數(shù)一般情況下為6.4W/（m2·℃），本項(xiàng)目中外窗采用三玻兩腔塑鋼窗（5 超白+12Ar+5 超白+12Ar+5 超白），其綜合傳熱系數(shù)為1.2W/（m2·℃）（見(jiàn)圖3），夏季太陽(yáng)得熱系數(shù)≥0.45，冬季太陽(yáng)得熱系數(shù)≤3.0，兩種外窗的傳熱系數(shù)差別之大，三玻兩腔塑鋼玻璃窗大大地提高了保溫性能[5]。

圖3 普通與近零能耗農(nóng)宅傳熱系數(shù)柱形圖

2.2 熱回收系統(tǒng)技術(shù)分析

近零能耗建筑采用換熱效率大于75%的高效熱回收系統(tǒng)（見(jiàn)圖4），裝在本工程120m2房間里面，房間有一個(gè)客廳、兩個(gè)臥室，居住人口為4 人，每人最小新風(fēng)量按30m2/h 計(jì)算，新風(fēng)系統(tǒng)總風(fēng)量為120m2/h。

圖4 熱回收系統(tǒng)技術(shù)分析餅狀圖

2.3 水資源利用系統(tǒng)技術(shù)分析

黑水、灰水資源利用系統(tǒng)主要是將“黑水”收集在黑水三格化糞池中，經(jīng)過(guò)處理后消除大多數(shù)病原微生物和寄生蟲(chóng)卵，達(dá)到對(duì)糞便的無(wú)害化要求，用于灌溉農(nóng)作物；將“灰水”收集到灰水化糞池中處理過(guò)后直接用于灌溉周圍綠化。

2.4 太陽(yáng)能一體化系統(tǒng)

在寒冷地區(qū)太陽(yáng)能資源還是十分豐富的，零碳建筑屋面設(shè)計(jì)是BIPV 太陽(yáng)能光伏建筑一體化屋面。BIPV 光伏建筑一體化是一種將太陽(yáng)能發(fā)電（光伏）產(chǎn)品集成到建筑上的技術(shù)，該系統(tǒng)可同時(shí)滿足建筑的供電、供熱水及采暖需求。

3 經(jīng)濟(jì)造價(jià)分析

經(jīng)濟(jì)造價(jià)分析見(jiàn)表1。

表1 單項(xiàng)工程預(yù)算分析對(duì)比表

3.1 保溫系統(tǒng)造價(jià)分析

普通農(nóng)宅與近零能耗農(nóng)宅保溫系統(tǒng)對(duì)比分析可知，普通農(nóng)宅一般沒(méi)有保溫系統(tǒng)，而近零能耗農(nóng)宅地面保溫系統(tǒng)主要240mm 厚的EPS 保溫層，綜合造價(jià)11455.05 元；墻面保溫系統(tǒng)是200mm 厚EPS 保溫板，綜合單價(jià)18501.88元；屋面保溫系統(tǒng)主要是260mm 厚EPS 保溫板，綜合單價(jià)12880.04 元；經(jīng)粗略計(jì)算氣密性膠帶工程量為454.2m，造價(jià)為9084 元。綜合來(lái)看整個(gè)近零能耗農(nóng)宅的保溫系統(tǒng)造價(jià)比普通農(nóng)宅高出48944.06 元，見(jiàn)圖5。其中地面保溫造價(jià)占整體保溫系統(tǒng)的22%，墻面保溫占整體保溫系統(tǒng)36%，屋面保溫占整體保溫系統(tǒng)25%，氣密性膠帶占整體保溫系統(tǒng)17%，見(jiàn)圖6。

圖5 近零能耗農(nóng)宅保溫系統(tǒng)合價(jià)柱形圖

圖6 近零能耗農(nóng)宅保溫系統(tǒng)合價(jià)餅狀圖

3.2 門窗工程造價(jià)分析

普通農(nóng)宅和近零能耗農(nóng)宅門窗工程造價(jià)對(duì)比分析，普通農(nóng)宅常用木門單價(jià)5780.3 元，金屬塑鋼門單價(jià)667.18元，鋼制防火防盜門單價(jià)1256.37 元，門工程造價(jià)合計(jì)7703.85 元；近零能耗農(nóng)宅常用木門單價(jià)16254 元，隔熱鋁合金型材中空玻璃門單價(jià)4278 元，鋼制防火防盜門單價(jià)3686.4 元，門工程造價(jià)合計(jì)24218.4 元。普通農(nóng)宅窗戶工程主要是隔熱鋁合金窗，造價(jià)為20496.05 元；近零能耗農(nóng)宅窗戶工程主要是三玻兩腔塑鋼斷橋窗，造價(jià)為53424元，見(jiàn)圖7。

圖7 普通農(nóng)宅與近零能耗農(nóng)宅門窗工程柱形圖

3.3 太陽(yáng)能系統(tǒng)和新風(fēng)系統(tǒng)造價(jià)分析

普通農(nóng)宅中沒(méi)有近零能耗農(nóng)宅建筑安裝的太陽(yáng)能系統(tǒng)和新風(fēng)系統(tǒng)，太陽(yáng)能系統(tǒng)包含了太陽(yáng)能光伏板和儲(chǔ)能設(shè)備，其中太陽(yáng)能光伏板總造價(jià)50000 元，儲(chǔ)能設(shè)備造價(jià)50000 元，合計(jì)100000 元；新風(fēng)系統(tǒng)造價(jià)7000 元。

3.4 造價(jià)分析

查閱相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，按《全國(guó)統(tǒng)一建筑工程預(yù)算工程量計(jì)算規(guī)則》，對(duì)普通農(nóng)宅和近零能耗農(nóng)宅的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造做法進(jìn)行對(duì)比分析后，分別按照傳統(tǒng)普通式和近零能耗農(nóng)宅構(gòu)造做法掛清單定額，最終算出普通農(nóng)宅總造價(jià)為20.71 萬(wàn)元， 單方造價(jià)1726.22 元；近零能耗農(nóng)宅總造價(jià)為42.93 萬(wàn)元，單方造價(jià)3577.15 元。綜合分析可知，近零能耗農(nóng)宅建筑比普通農(nóng)宅總造價(jià)高22.22 萬(wàn)元，單方造價(jià)高了1850.93 元，計(jì)算出造價(jià)如圖8、圖9 所示[6]。

圖8 普通農(nóng)宅與近零能耗農(nóng)宅綜合造價(jià)條形圖

圖9 普通農(nóng)宅與近零能耗農(nóng)宅單位造價(jià)條形圖

4 結(jié)論

綜上所述，綠色建筑快速發(fā)展的同時(shí)借助BIM 技術(shù)，推動(dòng)建筑行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。本文通過(guò)運(yùn)用BIM 技術(shù)，建立Revit 農(nóng)宅模型，在Mars 渲染下，更加直觀地預(yù)覽農(nóng)宅建筑成型效果，同時(shí)靈活運(yùn)用GFC 插件，將Revit模型直接導(dǎo)入廣聯(lián)達(dá)軟件當(dāng)中進(jìn)行算量計(jì)價(jià)，大大縮短了工作時(shí)間，減少了工作量。對(duì)普通農(nóng)宅和近零能耗農(nóng)宅造價(jià)分析可知，近零能耗農(nóng)宅比普通農(nóng)宅的增量成本主要體現(xiàn)在保溫系統(tǒng)以及氣密性、門窗工程、太陽(yáng)能和新風(fēng)系統(tǒng)、給排水工程中，綜合造價(jià)比普通農(nóng)宅造價(jià)要高一倍之多，總造價(jià)高出22.22 萬(wàn)元。