基于BIM技术的建筑节能设计初期研究

王旭鸣何昱

（1.内蒙古科技大学 内蒙古包头 014010 2.包头财经信息职业学校 内蒙古包头 014060）

建筑节能设计，需要对建筑的方案设计、建造施工、运行管理等的每一个环节进行减少建筑能耗或提高能源使用效率的工作；但是当今建筑的复杂程度已经大大超过了仅凭建筑师主观判断就可以把握的程度，这就需要借助先进的计算机技术进行复杂的数据计算和实时的动态模拟，来进行建筑物初步的能耗分析，实现建筑节能设计。

而整合了大量建筑信息的BIM技术很好的实现了这一点，给设计师提供了一个良好的辅助设计工具。而本文正是基于BIM应用软件，创建简单的建筑信息模型，方便随时对设计方案进行建筑节能分析。

1 BIM概述

1.1 BIM定义

BIM全称为Building Information Modeling，即建筑信息模型，建筑信息模型可以用来显示建筑物整个生命周期的建设，包括建设和运营的过程，用数字化的建筑组件表示建筑物的构件，以及建筑构件的材料、价格及项目的建造进度等。

1.2 BIM的特点

BIM通过数字化技术使建筑师摒弃传统的二维图纸，从2D CAD过渡到BIM技术的3DCAD，从而极大地拓展了建筑师对建筑形态探索的可实施性。BIM是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。BIM支持建筑工程的集成化设计与管理，大大提高工作效率和减少风险。具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点。

1.3 BIM的应用

绿色建筑在全寿命周期内的设计一般包括5个阶段：可行性研究阶段；方案设计、初步设计阶段；建设实施阶段；运营维护阶段；最后为销毁阶段。

在建设项目的可行性研究阶段，BIM为其在技术与经济上提供了可行性论证，提高了结果的准确性与可靠性。

在方案设计阶段，需要考虑环境对建筑的影响，这需要从风、光、热三个方面对建筑外部环境进行综合分析，BIM模型的建立信息更丰富、易于观察、便于交流，可以导入相关分析软件，结合建筑设计理论及方法确定最优的建筑方案；在初步设计阶段，需要对建筑选用的构造形式进行初步确定，例如开窗位置、遮阳形式、降噪措施等方面的处理，BIM建模进行各专业间的碰撞检查，复合模型、优化项目。

在施工过程中需要对绿色建筑的能耗进行动态计算，量化分析，利用BIM施工建模进行施工方案研讨、成本预估、工期控制等分析；BIM模型对各参与方信息进行协调整合，加强工程项目在施工过程中可预见的风险控制和协调能力。

在运营维护阶段，BIM建筑信息模型为业主提供所需的所有系统信息，在施工阶段所做的修改将同步更新到BIM模型中，并最终形成BIM竣工模型，作为各种设备管理的数据库，为系统的运营与维护提供基础。BIM建筑信息模型模拟分析贯穿整个绿色建筑设计工程。

2 基于BIM的建筑节能分析

2.1 建筑节能主要影响因素

对影响建筑节能的各因素进行分析，分为外因和内因两部分，外因是指建筑周边环境及气候因素的外部条件；内因是指建筑本身，包括朝向、外围护结构、体形系数等建筑节能参数。本文的研究是基于建筑方案设计阶段的影响因素对建筑节能的影响。要降低建筑的能耗，只有定性分析是不够的，需要定量分析建筑能耗，BIM技术为建筑性能分析的应用提供了可能性。

经过上面的讲述，影响建筑节能的因素很多，但外扰在项目设计初期就已经确定，内扰在项目设计后期才能具体确定，本文主要利用BIM技术分析建筑本体因素对建筑节能的影响，包括建筑朝向、建筑体型、建筑日照、建筑通风等等。

2.2 BIM建筑节能分析技术的方法

设计师在建筑前期设计阶段的节能分析相比设计最终阶段的节能分析，其解决问题相对轻松，耗费的人力物力都很少。同时在设计早期得到建筑能量问题的反馈，处理这些问题也相对容易。BIM技术就很好的为我们解决了这个问题。

图1 BIM建筑节能分析技术的方法

3 BIM技术辅助建筑方案设计

3.1 辅助建筑朝向设计

建筑朝向是指建筑物多数采光窗的朝向。建筑物主体的平面形式为矩形时，其短轴方向为次要朝向，长轴方向为主要朝向。朝向对建筑节能的影响主要体现在两方面：①不同朝向的建筑物获得的太阳辐射热的差异；②由建筑朝向所决定的建筑本身的通风状况。由于我国大部分地区处于北温带，建筑“坐北朝南”是比较好的朝向，建筑朝向受很多条件的制约，建筑不可能都在最佳朝向上，这时候就应该结合场地条件，因地制宜、灵活地来确定合理的朝向范围，同时利用BIM能耗分析技术，进行多方案的能耗比较，来指导我们设计出更合理的节能建筑。

3.2 辅助建筑体型设计

我们都知道在热工性能方面具有相对优异的表现是体形系数较小的建筑，而其他风、光等气候因素又对建筑形体产生制约，与建筑的热工性能发生矛盾，在方案形体研究阶段，用BIM技术对影响建筑形体的各气候因素进行分析，使建筑设计人员在确定建筑形体时就把建筑节能考虑在内，使建筑能耗降低，达到节能效果。

不同建筑形体会对其周围的风环境产生不同的影响，在哪个位置产生风影区，很大程度取决于建筑的形体。风影区的大小与建筑的长度、高度、进深有很大关系。基于相同的建筑高度和进深，越长的建筑其风影区越大；基于相同的建筑长度和进深，越高的建筑其风影区越大；基于相同的建筑长度和高度，越大的进深其风影区越小。用Ecotect建筑生态大师进行风影区的通风分析。

3.3 辅助建筑日照分析

生态大师Ecotect中的“阴影范围”功能可以用于研究特定时间段内建筑的阴影分区特点及变化规律，作为分析建筑日照间距的有力工具，阴影范围是以指定时间间隔显示当前日期下某一特定时间段的阴影变化范围，通过改变时间，可以实现阴影范围的自动更新。

3.4 辅助建筑通风分析

建筑物通风环境的影响因素主要是周边建筑物的阻挡作用。由于前面建筑宽度、高度、深度的不同，对建筑背风面的漩涡范围产生影响，结果导致要达到理想的通风效果，建筑的通风间距各不相同。

图2 建筑高度、面宽、进深对风环境的影响

垂直于建筑物正面的风，如果建筑间的间距大于4～5H时，才能使后排建筑物的迎风面保持正压，同时需要加大建筑物间距才能保持原来的气流状态。根据英国学者的研究，建筑物的间距D为前排建筑高度H的6倍时才能避免发生“风影”效应。通常而言，日照间距远远小于通风间距，导致用地浪费和不利于节约成本，在实际项目中，很少采用。

若要实现自然通风，以下几点值得参考：

（1）建筑布局应适当疏松，前后间距合理；

（2）以夏季主导风向为建筑的主要朝向，或在允许范围之内控制其夹角；

（3）确定建筑间合理的位置关系和角度关系，达到空气流动顺畅的效果。

4 结论与展望

本文基于BIM技术的建筑节能分析在建筑设计的应用为研究方向，从建筑设计出发，以建筑节能分析为研究理论基础，结合场地气候、地形特征，建筑本身的设计，探讨BIM技术在建筑节能设计中适宜、科学的设计方法。

①论文介绍了BIM技术的概念、特点及其在建筑节能中的应用；②结合BIM技术在建筑节能中的应用，总结出BIM技术分析在建筑方案设计阶段的应用研究的优势；③通过对建筑朝向、形体、日照、通风等方面的分析，讨论了BIM技术在建筑方案辅助节能设计中的策略研究，从真正意义上构建节能建筑。

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