摘 要：我國(guó)建筑業(yè)是高耗能的行業(yè)，推行綠色施工是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。BIM技術(shù)的應(yīng)用，能夠促進(jìn)建筑業(yè)的綠色發(fā)展，將設(shè)計(jì)流程與設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，可高效地解決建設(shè)項(xiàng)目中存在的許多難題。應(yīng)用BIM技術(shù)與低能耗設(shè)計(jì)相結(jié)合，提高設(shè)計(jì)水平，能夠加快建筑行業(yè)綠色發(fā)展步伐，推動(dòng)我國(guó)建筑業(yè)進(jìn)入新的發(fā)展階段，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。本文分析BIM技術(shù)在低碳綠色建筑節(jié)能中的應(yīng)用策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；低碳綠色；綠色建筑；節(jié)能技術(shù)文章編號(hào)：2095-4085（2024）08-0164-03

0 引言

我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，國(guó)內(nèi)建筑業(yè)為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了重要作用，但大規(guī)模建設(shè)工程項(xiàng)目的施工，使城市環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的不良影響。因此，將新技術(shù)運(yùn)用到低碳、綠色建筑施工工程中，具有十分重大的意義。人們的生存環(huán)境，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展而發(fā)生變化，為了保護(hù)環(huán)境，相關(guān)從業(yè)人員應(yīng)采用最新技術(shù)，促進(jìn)建筑業(yè)和房地產(chǎn)業(yè)走向良性的低碳發(fā)展之路，為保護(hù)我國(guó)的生態(tài)環(huán)境做出貢獻(xiàn)［1］。

1 BIM概述及綠色建筑

建筑信息建模，是利用信息技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種多維度建模與數(shù)據(jù)融合的方法，將建筑的三維幾何尺寸、材質(zhì)、價(jià)格和施工進(jìn)展等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化模擬和仿真，為建筑設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。BIM是一種基于3D的可視化技術(shù)，利用BIM技術(shù)，不僅將建筑的三維幾何尺寸、材質(zhì)、價(jià)格和施工進(jìn)展等進(jìn)行可視化地視覺(jué)效果顯示，還能為設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等環(huán)節(jié)進(jìn)行人員調(diào)配、交流與決策提供助力。 BIM是一種以對(duì)象化為導(dǎo)向的信息模型，依據(jù)特定準(zhǔn)則設(shè)定，明確幾何參量，進(jìn)行信息建模。 以信息為基礎(chǔ)的BIM數(shù)據(jù)庫(kù)，可以做到以多種格式進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，對(duì)建筑工程進(jìn)行全面系統(tǒng)地管理，達(dá)到既提高工程質(zhì)量，又加快工程建設(shè)進(jìn)度的目的。施工前，對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)，可減少因變更工程施工項(xiàng)目造成的不利影響。應(yīng)用BIM技術(shù)，對(duì)提高工程建造過(guò)程中的可預(yù)測(cè)性、評(píng)價(jià)建造績(jī)效、計(jì)算營(yíng)運(yùn)費(fèi)用、降低工程造價(jià)等有著積極的作用。同時(shí)，BIM技術(shù)的應(yīng)用，為建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展創(chuàng)造了機(jī)遇，也為產(chǎn)業(yè)發(fā)展與經(jīng)營(yíng)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。BIM技術(shù)，緊密融合各類信息，推動(dòng)著建筑業(yè)科學(xué)技術(shù)的變革，提升了建筑工程整體集成的水平。為促進(jìn)建筑業(yè)良性發(fā)展，提高工程施工質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)效率，降低工程成本，提升建筑業(yè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮重要作用。

我國(guó)根據(jù)自身國(guó)情，提出綠色建筑的定義：在建筑整個(gè)壽命周期中，盡可能地節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，降低環(huán)境污染，為人類提供一個(gè)健康、舒適、高效的生活環(huán)境，使其與自然環(huán)境達(dá)到協(xié)調(diào)一致。在此基礎(chǔ)上，謝福泉等人對(duì)美國(guó)和英國(guó)在建造綠色建筑方面的做法進(jìn)行了闡述，并對(duì)推進(jìn)綠色施工、加強(qiáng)項(xiàng)目施工等方面進(jìn)行了探討。例如，深圳建設(shè)萬(wàn)科中心，由于運(yùn)用BIM技術(shù)，在2010被授予LEED白金等級(jí)證書(shū)，是為數(shù)不多的幾個(gè)拿到LEED白金證書(shū)的建筑。針對(duì)目前我國(guó)綠色施工設(shè)計(jì)與評(píng)估中存在的問(wèn)題，采用BIM技術(shù)可以有效地克服現(xiàn)有綠色施工設(shè)計(jì)與評(píng)估中存在的諸多難題，為我國(guó)的綠色建筑行業(yè)發(fā)展提供有力支撐［2］。

2 BIM技術(shù)在低碳綠色建筑中的節(jié)能應(yīng)用

2.1 BIM技術(shù)在模擬采光中的應(yīng)用

在人們的日常生活中，最常用的照明方式有：人工照明與自然光組合。在進(jìn)行綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到室內(nèi)環(huán)境下的采光問(wèn)題。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，將自然光線引入到建筑內(nèi)部，既節(jié)約了建筑的能源消耗，又達(dá)到了較好的視覺(jué)效果。為使自然光線得到更好地利用，在工程籌備過(guò)程中，必須對(duì)建筑物照明狀況進(jìn)行細(xì)致分析，從而發(fā)現(xiàn)因布置問(wèn)題而導(dǎo)致的室內(nèi)房間光線不足或光線過(guò)強(qiáng)烈的現(xiàn)象。以上狀況及結(jié)論均可通過(guò)BIM技術(shù)的合理仿真而得到。

2.2 BIM技術(shù)模擬室內(nèi)外風(fēng)應(yīng)用

BIM技術(shù)室內(nèi)外風(fēng)速仿真研究多針對(duì)室內(nèi)及周邊環(huán)境，需綜合考慮室外溫度變化、風(fēng)速、風(fēng)向等多種影響。利用BIM模型，對(duì)建筑內(nèi)外的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行仿真，能夠很好地調(diào)節(jié)和改善建筑室外和通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能效果?？梢源蟠蠼档褪覂?nèi)空調(diào)系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)的能耗，達(dá)到節(jié)約能源和降低排放的目的［3］。

2.3 BIM技術(shù)在日照、朝向分析中的應(yīng)用

為有效地防止太陽(yáng)直接照射，可以在大樓內(nèi)增加一面玻璃墻。在應(yīng)用BIM進(jìn)行綠色施工的過(guò)程中，必須充分考慮到節(jié)能減排的重要性。

一是對(duì)日照的影響。由于建筑的位置不同，其受到的陽(yáng)光照射也是不同的。日照強(qiáng)弱會(huì)對(duì)建筑物室內(nèi)供暖系統(tǒng)的工作負(fù)載造成直接影響。通過(guò)對(duì)光照條件的分析，可以對(duì)建筑周圍光照變化進(jìn)行對(duì)比。另外，利用BIM技術(shù)，可以根據(jù)日照長(zhǎng)短，對(duì)施工計(jì)劃進(jìn)行適時(shí)調(diào)整。

二是與定向有關(guān)。確定合適的建筑方向，保證建成后的使用效果和舒適度能夠滿足使用需求。而建筑朝向也會(huì)對(duì)建筑內(nèi)部溫度產(chǎn)生不同程度的影響，在夏天高溫時(shí)，要避免在陽(yáng)光下暴露，冬季氣溫偏冷時(shí)，應(yīng)保證房間內(nèi)光照足夠，幫助房間內(nèi)的溫度升高。因此，在進(jìn)行住宅建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)針對(duì)地域?qū)嶋H情況進(jìn)行具體分析。

2.4 BIM技術(shù)在熱工分析中的應(yīng)用

外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)我國(guó)城市住宅的節(jié)能改造，有著十分重要的意義。利用BIM技術(shù)，以周邊結(jié)構(gòu)為突破口，進(jìn)一步探討建筑節(jié)能問(wèn)題是重點(diǎn)內(nèi)容。要對(duì)建筑熱負(fù)荷、冷負(fù)荷等進(jìn)行綜合考慮，并對(duì)建筑內(nèi)部熱環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確分析。該方法綜合考慮了建筑內(nèi)部熱損耗與通風(fēng)引起的熱損耗。如果獲得的熱能為負(fù)值，則表示有熱輻射。如果損失的總熱能超過(guò)了所獲得的總熱能，則在室內(nèi)獲得的總熱能為負(fù)值。在實(shí)踐中，要保證氣溫?cái)?shù)值保持在適當(dāng)區(qū)間內(nèi)，以建筑本身的特點(diǎn)、環(huán)境等方面為重點(diǎn)進(jìn)行研究，以最后的結(jié)論來(lái)確定設(shè)計(jì)方向。在利用BIM進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)，如果不采用制冷/采暖的方法，那么夏季室內(nèi)的氣溫低于室外的氣溫，冬季室內(nèi)的氣溫高于戶外，則可以證明外部的保溫隔熱層起到了很好的作用。然而，當(dāng)氣溫很高或很低時(shí)，房間里的氣溫就會(huì)偏離最適宜溫度。因此，必須從基礎(chǔ)上做好保溫工作，并對(duì)墻體材質(zhì)進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算。夏季氣溫較高時(shí)，外部結(jié)構(gòu)會(huì)受到陽(yáng)光暴露的影響，當(dāng)出現(xiàn)保溫性能不佳時(shí)，一定要把室外綜合溫度和室內(nèi)氣溫的綜合作用考慮進(jìn)去。

2.5 BIM在太陽(yáng)輻射分析中的應(yīng)用

太陽(yáng)輻射在人們的日常生活中起著十分重要的作用，不同地區(qū)的太陽(yáng)輻射狀況差別很大。在應(yīng)用BIM的過(guò)程中，將綠色節(jié)能視為第一要素，并通過(guò)專業(yè)系統(tǒng)對(duì)日照進(jìn)行深度剖析，并對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)處理。對(duì)于建筑來(lái)說(shuō)，陽(yáng)光是全年存在的，收集太陽(yáng)能，一方面能夠?qū)ㄖ锉韺舆M(jìn)行降溫，另一方面也能夠?qū)μ?yáng)能進(jìn)行科學(xué)、合理地利用，為室內(nèi)居民的日常生產(chǎn)和生活提供用電。

3 BIM技術(shù)在低碳綠色建筑中的節(jié)能應(yīng)用策略

3.1 預(yù)規(guī)劃的運(yùn)用

將BIM技術(shù)運(yùn)用于綠色施工建設(shè)的前期規(guī)劃中，主要是將其運(yùn)用于建設(shè)項(xiàng)目的各個(gè)參與主體，實(shí)現(xiàn)對(duì)其選址環(huán)境、整體規(guī)劃、平面布局、景觀效果等多個(gè)層面的仿真試驗(yàn)。此外，在進(jìn)行綠色建筑區(qū)位規(guī)劃和工程立項(xiàng)時(shí)，要充分考慮到今后的生態(tài)城市發(fā)展需求、周邊環(huán)境和業(yè)主需求，運(yùn)用BIM技術(shù)，可以直觀地反映出各種環(huán)境下的綠色施工影響，使施工企業(yè)能夠依據(jù)可視化結(jié)果對(duì)計(jì)劃進(jìn)行修正和改進(jìn)，最終得出最佳的設(shè)計(jì)方案。因此，采用BIM技術(shù)進(jìn)行綠色施工的前期規(guī)劃，可以加速編制計(jì)劃，降低施工過(guò)程中的更改數(shù)量，節(jié)約造價(jià)。

3.2 設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

BIM技術(shù)可以將建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、電氣等多個(gè)學(xué)科連接起來(lái)，通過(guò)BIM中的Revit建模，可以直觀地看到各個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)成果，根據(jù)沖突探測(cè)過(guò)程，對(duì)部件重疊進(jìn)行檢驗(yàn)，這樣就可以降低對(duì)設(shè)計(jì)圖的修改數(shù)量；基于BIM的Autodesk EcotectAnalysis，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑能耗、熱工及經(jīng)濟(jì)性能的分析，直觀地模擬陰影、采光、噪聲、通風(fēng)、日照等對(duì)建筑內(nèi)部的影響，為建筑設(shè)計(jì)師提供噪聲、光照等污染物的最優(yōu)方案；利用PMCAD軟件，可以根據(jù)《節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》，實(shí)現(xiàn)對(duì)綠色建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)和校驗(yàn)；基于BIM的CHEC軟件，能夠?qū)ㄖ锬茉聪倪M(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究，使設(shè)計(jì)者能夠依據(jù)其成本差異，合理選取性價(jià)比較高的隔熱體系。

3.3 施工階段的應(yīng)用

BIM在建造過(guò)程中的運(yùn)用，就是為了檢查建造過(guò)程中的質(zhì)量。BIM技術(shù)能夠在建設(shè)之前，通過(guò)對(duì)建設(shè)工程的整體工程量進(jìn)行精確統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而估算出項(xiàng)目工程的實(shí)際造價(jià)。比如廣聯(lián)達(dá)公司的BIM5D軟件，能夠?qū)?xiàng)目中的零部件進(jìn)行自動(dòng)辨識(shí)與統(tǒng)計(jì)，以便給承包商準(zhǔn)確確定所需的物料種類與數(shù)量。BIM的虛擬建模功能，能夠有效減少埋置在戶外管線間的相互撞擊與沖突，有效解決了管線滲漏問(wèn)題，也能精確定位建筑用水過(guò)剩的原因。與此同時(shí)，建筑公司也能通過(guò)BIM建模，對(duì)收集到的雨水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行解析，提高建筑工程中的降雨利用率，并對(duì)地下水進(jìn)行有效保護(hù)。在建設(shè)過(guò)程中，管理者可以通過(guò) BIM在電腦上仿真工地真實(shí)狀況，清晰地了解各個(gè)關(guān)鍵階段的施工進(jìn)度和存在的問(wèn)題，并預(yù)先做出應(yīng)對(duì)措施。另外，管理者也能進(jìn)一步優(yōu)化工地布局，減少工地管理困難，提升工地的管理工作效率。

3.4 在運(yùn)營(yíng)維護(hù)中的應(yīng)用

基于BIM的參數(shù)化設(shè)計(jì)，將全生命周期內(nèi)的綠色施工項(xiàng)目全部數(shù)據(jù)資料納入其中，便于用戶在任何時(shí)候了解到建筑物的各項(xiàng)功能。若在綠色施工期間，某一設(shè)施或管線出現(xiàn)了損傷，維護(hù)人員可以利用BIM中的建筑物建模，查找到對(duì)應(yīng)裝置和管線型號(hào)、生產(chǎn)廠家等參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行及時(shí)維護(hù)或替換。同時(shí)，BIM還能夠?qū)φ麄€(gè)建筑的能耗、設(shè)備損耗等進(jìn)行節(jié)能評(píng)估，進(jìn)而對(duì)建筑及設(shè)備等進(jìn)行進(jìn)一步檢測(cè)和調(diào)節(jié)，最大化減少能源的損耗，提高建筑維修效率，實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境。

4 實(shí)例分析

某6層辦公樓建于1986年，位于市中心繁華區(qū)域。其原始建筑面積是5 015.24m2，經(jīng)過(guò)幾次擴(kuò)建和改造，設(shè)備較落后，既有的大樓設(shè)備運(yùn)行能耗高，設(shè)備系統(tǒng)老化，運(yùn)行效率低下。由于其每年消耗大量的電能，造成了大量的能源消耗，同時(shí)由于供電線路的陳舊，給電網(wǎng)帶來(lái)了極大安全風(fēng)險(xiǎn)。用水管老舊，導(dǎo)致水源極大浪費(fèi)。為了解決上述問(wèn)題，需要采用環(huán)保、節(jié)能技術(shù)，對(duì)建筑物進(jìn)行更新。

4.1 參數(shù)化族創(chuàng)建

參數(shù)化組件是建筑工程中運(yùn)用Revit的關(guān)鍵元素。在已有建筑物中，部件必須進(jìn)行簡(jiǎn)化，比如幕墻柜臺(tái)、辦公室幕墻、玻璃幕墻的嵌板門?？梢酝ㄟ^(guò)函數(shù)及綁定關(guān)系，實(shí)現(xiàn)組件的參數(shù)化和適配，從而避免大量的重復(fù)工作，提高系統(tǒng)的工作效率。同時(shí)，由于在Revit Structure中包含大量建材，使得建模準(zhǔn)確性和展示效果更加出色。

4.2 項(xiàng)目樣板的創(chuàng)建

Revit的工程模板可以為工程建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)工程模板的有效運(yùn)用，可以有效地降低工程模型數(shù)量，加速工程模型的建設(shè)進(jìn)程，提高工程建設(shè)的工作效率；同時(shí)，對(duì)于整個(gè)工程規(guī)劃也具有重要的指導(dǎo)意義。工程模板的設(shè)計(jì)與使用，可以使建筑與結(jié)構(gòu)、設(shè)備機(jī)電、碰撞檢測(cè)與綠色建筑等多個(gè)學(xué)科之間相互配合，形成一個(gè)完整的工程模板，為工程的順利開(kāi)展奠定了基礎(chǔ)。

4.3 辦公樓BIM綠色建筑改造思路

首先，對(duì)已有寫字樓進(jìn)行Revit建模，利用EcotectAnalysis與Phoenics等分析方法，對(duì)原有的辦公大樓進(jìn)行光照與通風(fēng)仿真。如果仿真計(jì)算的數(shù)據(jù)符合綠色建筑打分標(biāo)準(zhǔn)及成本標(biāo)準(zhǔn)，則最終決定更新方案。

4.3.1 光照模擬

利用EcotectAnalysis對(duì)其進(jìn)行光照仿真，通過(guò)對(duì)其日照參數(shù)的分析，得出了靠近窗戶區(qū)域的光照強(qiáng)度大于內(nèi)部照明強(qiáng)度，內(nèi)部照明強(qiáng)度則相對(duì)較低；已建成的舊樓照明總體上可以達(dá)到照明需求，但仍會(huì)出現(xiàn)局部照明不足的現(xiàn)象，其原因與窗戶尺寸、墻體布置等因素有關(guān)。為此，在改建設(shè)計(jì)中，對(duì)某些缺乏光照的窗口進(jìn)行了大小調(diào)節(jié)，并針對(duì)某些密閉空間，增加了一些人工燈光。

4.3.2 通風(fēng)模擬

利用phoenics數(shù)值計(jì)算方法，對(duì)已建成的建筑物及其周邊進(jìn)行數(shù)值仿真，結(jié)果表明：仿真區(qū)沒(méi)有產(chǎn)生旋渦，人行區(qū)的風(fēng)速較低，迎風(fēng)面上的風(fēng)壓較低，且已建成的建筑物分布較為合理，因此可以利用已有的建筑物布局。室內(nèi)和室外的空氣壓力都能達(dá)到規(guī)定的最低氣壓差0.5Pa，無(wú)需再進(jìn)行任何的通風(fēng)改造。

5 結(jié)論

綜上所述，目前，國(guó)內(nèi)綠色施工技術(shù)在實(shí)施過(guò)程中仍面臨著系統(tǒng)、深度、理念、抽象、形式化等問(wèn)題。 BIM的合理運(yùn)用將為我國(guó)的綠色施工和節(jié)能減排工作提供有力支撐。BIM可以仿真分析建筑采光、通風(fēng)和能源消耗，實(shí)時(shí)反映建筑生命過(guò)程中的真實(shí)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)細(xì)部和全局的有機(jī)統(tǒng)一，有效地解決建筑中的許多問(wèn)題。有關(guān)工作人員需通過(guò)對(duì)技術(shù)使用的進(jìn)一步探索，掌握技術(shù)使用的核心要點(diǎn)。

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