绿色建筑节能设计中BIM技术的运用
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作者: 张蔚鹏 李肖敏
【摘要】随着科学技术的进步，传统的高消耗发展方式已逐渐被绿色节能发展模式所替代。尤其是在建筑行业，其消耗的能源和释放的温室气体含量占世界能源总消耗量的1/4至1/3。本文主要对建筑绿色节能设计中的BIM应用做出了探讨，并介绍了BIM软件在绿色建筑设计中的应用情况。
【关键词】建筑；绿色节能设计；BIM技术
1、BIM的概念及特点
BIM（ Building Information Modeling），即建筑信息模型，其主要涵盖了几何学、空间关系、地理信息系统以及各种建筑构件的性质和数量等。建筑信息模型可以显示整个生命周期的建设过程，即建设和运营的过程，整个模型的基础主要是建筑工程项目的各种信息数据。建筑信息模型是建立三维数字化建筑模型的工具，其并不是将数字信息进行简单的集成，而是能够用于建筑的设计、运营等数字化的方法。由于这个模型包括大量有关于建筑材料、构件等方面的信息，因此设计人员可以根据施工图的规范输出建筑物的平面图、立体图以及各种细部详图等。BIM的优势主要有两点：一是运用BIM能够实现计算机对建筑物从二维到三维视角甚至多维视角的表达；二是能够科学和完整地实现模拟真实世界的目的。比如，设计师可以完全模拟真实世界建筑灯光的布局、空调安装的布局，以及分析塔吊和人工的安排等。运用BIM技术能够有效分析和对比各种方案的利弊，从而筛选出最佳的方案。
2、国内关于BIM技术的研究现状
目前，我国在应用BIM技术方面处于正在成熟的阶段，在中国已经出现了很多成功的应用。比如，2008年北京奥运会奥运村的空间规划和物资管理系统、香港的地铁项目等都运用了BIM技术。但是，国内在施工领域使用的BIM技术大都停留在解决单项技术问题方面，而缺少在项目各级使用的BIM软件。总体而言，在国内BIM设计使用的软件较多，而施工使用的软件较少；建模使用的软件较多，模型应用和集成管理使用的软件较少；大多数的施工企业运用BIM技术进行施工投标的较多，而真正解决技术问题的较少；并且现阶段使用设计阶段B1M成果还缺少相关的法律法规的保障。
3、BIM在建筑绿色节能设计中的应用
BIM的建模方法以及信息概念能够保证信息的完整性以及准确度，若能够和建筑绿色节能设计结合起来，也能够节约相关的资金、材料、能源和土地等。绿色建筑的发展不仅要在建筑物建造的过程中以及后期使用中注重绿色环保，并且更重要的是要在建筑的设计阶段就要进行绿色节能工作。因此，可以通过B1M技术在建筑绿色节能设计阶段的应用，为建筑物增加更大的效能。比如根据绿色建筑评价指标体系，对建筑项目的景观可视度、采光、声环境等进行有效分析；再比如可以将BIM与Ecotect设计软件相结合，输入BIM模型，就能够得到较为直观的数字化分析图。
3.1 室外风环境的模拟情况
利用Autodesk Simulation CFD软件进行流体力学电脑模拟分析，从而计算出各种方案的立面风压差，然后就能够有效地评估出各种方案自然通风的利用效果，从而选择出最优方案。结合BIM软件对建筑物进行室外风环境的模拟，可以在设计阶段对建筑物进行优化，从而达到节能设计的要求。这样，通过调整建筑规划方案的布局，景观绿化的布置情况，以及改善居住区风的流场分布状况，就能够有效提高人们的居住质量，避免不必要的安全事故发生。
3.2 室内自然通风的模拟情况
根据BIM模型的数据，可以建立多区域的网络分析模型，建立自然通风状况的评价标准，从而在此基础之上设计相关的方案。通过调整通风口的位置、建筑布局等改善室内流场的分布情况，从而能够完善室内气流，使其更有效地通风换气，达到改善室内舒适状况的目的。因此，可以利用Project Vasari软件对建筑物的室内、外通风模拟进行分析，这样即使是非专业人员也能够运用该软件进行绿色节能设计。
3.3建筑物日照分析情况
玻璃幕墙在建筑物的使用中产生了很大的影响，尤其是影响着建筑物的保温隔热效果，然而建筑绿色节能设计的目标就是要求建筑物能够降低能耗，减少温室气体的排放，从而最大限度利用建筑物自身来达到保温的效果。因此，就很有必要在建筑物的设计阶段进行日照的模拟分析，然后选择最优的方案，达到节能减排的目的。可以通过BIM技术能够很好地在设计阶段完成日照分析，可以利用Ecotect软件分析太阳的辐射情况，根据分析结果来规划和设计人为活动区域以及建筑材料的使用，同时可以根据各种植物的特性来决定其适宜的位置。运用Autodesk Ecotect Analysis的建模和分析功能能够处理几何形体模型，主要包括热环境、光环境、声环境、日照环境及环境影响等。Ecotect Analysis具有友好的三维设计界面，能够提供性能分析以及模拟功能，其另外一个特点就是其模型能够存成多种主要的专业分析软件格式，其开放性结构也成为当前主流物理分析软件，以及国外一些国家建筑学院环境模拟的教学软件的原因。
3.4 室内的采光模拟情况
根据BIM的基本数据，可以进行建筑室内采光的计算分析，根据相应的分析结果得出最佳的方案或者可以将方案进行优化，可以根据照明设备的具体信息对建筑物各个房间的三维照度计算和仿真模拟，并可以依照相关的规范和照明方案的能耗计算结果进行设计方案的优化和选择，并且可以通过分析室内采光效果等调整建筑的布局状况以及围护结构的可见光透射比等，从而达到改善室内采光效果的目的。
3.5 BIM与Green Building Studio的结合应用情况
Green Building Studio是一项基于Web的建筑整体能耗、水资源和碳排放的分析工具。由于GBS采用了云计算技术，因此具有强大的数据处理能力和效率。该软件可以利用建筑信息模型解决方案中的高质量信息，从而能够降低建筑的节能设计成本，并且提高能源分析的精确性。
4、BIM在建筑绿色节能设计中的应用前景
随着现代设计理念的发展以及绿色节能设计意识的普及，传统的线性设计流程已不再适应当代建筑的发展，而BIM技术在建筑行业的应用前景越来越广泛。一个高效的建筑设计流程要考虑设计团队、承包商等参与人员的建设性以及合作情况，建筑项目对当地区域环境的影响情况，建筑材料、产品及废弃物处理的相关成本，以及对使用者进行控制策略的培训情况等。因此，若将BIM应用到建筑绿色节能设计中，不仅能够实现既定目标，而且能够提高环境品质、降低成本。通过BIM可以在具体的设计阶段有更深入的了解，比如通过夏季太阳辐射热分析，可以了解不同设计利用的昼光效果，从而找到最优的解决方案，通过BIM可以有效呈现空间规划的视觉效果，从而进行绿能效益的评估；通过BIM还可以看到设计的诸多细节，比如可以显示太阳辐射的情况，能够帮助设计师控制材料的使用，最大限度地降低生产成本；使用BIM技术可以有效分析建筑物的性能，从而优化投资、降低运营成本、节约能源，并提高建筑物的空气质量，从而达到可持续性和能效的目标。但是，B1M软件还需要进行进一步的完善。利用BIM软件实现可持续还需要各软件之间的相互配合，模型的信息还需要进一步进行丰富等。
5、结语
BIM技术在建筑绿色节能设计中的应用，为建筑物的可持续发展提供了分析工具，不仅提高了建筑的科技含量，并且降低了生产、运营的成本，为我国绿色建筑的发展提供了良好的契机。
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