基于BIM技術的建筑節能設計應用研究

時間：2013-10-05 19:27:26 作者：2013pushi 來源：網絡媒體閱讀：1879

內容摘要：基于BIM技術的建筑節能設計應用研究　　根據我國目前建筑節能設計的現狀和國內外能量分析軟件的應用現狀，針對當前傳統的節能設計方法無法滿足需要的實際問題，提出將BIM(建筑信息模型)技術與建筑能耗分析相結合，進行節能建筑設計這一新的設計方法。運用BIM技術創建的虛擬建筑模型包含了建...

基于BIM技術的建筑節能設計應用研究

　　根據我國目前建筑節能設計的現狀和國內外能量分析軟件的應用現狀，針對當前傳統的節能設計方法無法滿足需要的實際問題，提出將BIM(建筑信息模型)技術與建筑能耗分析相結合，進行節能建筑設計這一新的設計方法。運用BIM技術創建的虛擬建筑模型包含了建筑的所有信息，將這個虛擬建筑模型導入建筑能耗分析軟件中，可以自動的識別、轉換并分析模型中包含的大量建筑數據信息氪傭方便快捷的得到建筑能耗分析結果。中國能源短缺問題空前突出，建筑節能已成為當務之急，中國建筑設計界必須采取強力措施積極應對。

　　據統計，全國既有的近400億m2建筑中99%為高耗能建筑，每年新建房屋近20億m2，95%以上仍是高能耗建筑。單位建筑面積采暖能耗為發達國家新建建筑的3倍以上。建筑的節能設計，不僅對建筑環境工程師、設備工程師提出挑戰，更重要的是督ㄖ設計師的挑戰。建筑節能設計的一個重要方面就是降低建筑能耗。在決定建筑能量性能的各種因素中，建筑的體型、方位及圍護結構形式起著決定性作用，直接的影響包括建筑物與外環境的換熱量、自然通風狀況和自然采光水平。而這三方面涉及的內容將構成70％以上的建筑采暖通風空調能耗。因此建筑設計對建筑的能量性能起著主導作用。不同的建筑設計方案，在能耗方面會有巨大的差別。

　　目前憑借先進的計算機技術進行復雜的數據計算和實時的動態模擬是實現建筑節能設計的科學性和合理性的重要保障。建筑節能設計的現狀節能建筑設計的推廣還遠遠達不到發展的要求，這一現象在我國更是突出。大多數的設計師參考其他生態建筑設計案例和套用己經有的技術手法，而且沒有對所設計的方案和工程進行分析與計算，以檢驗設計的效果是否節能、是否經琛⑹欠"綠色"等。目前，中國的建筑設計更多的是側重于建筑的外觀和功能，而忽視建筑的能效設計--即通過被動設計的方法，在建筑設計的初始階段，就開始進行建筑能效設計，從而選擇最優化的設計方案。在AutoCAD占據統治地位的2DCAD時代，只能通過手工輸入的方式將建筑設計的相關數據輸入到專業軟件中，才能進行能量分析。而操作和使用這些軟件不僅需要具備復雜的能量分析基礎知識，而且本身也是專業化的程序，必須由專業人士經過專業培訓才能進行操作。

　　大量的專業數據、繁瑣的輸人工作使得能量分析與模擬對于建筑師來說是可望而不可及的。這是建筑師無法在設計過程中直接對設計方案進行建筑能量分析的一個重要原因。因此在傳統的2D設計模式中，能效計算通常安排在設計的最終階段，由專業人士進行操作和分析、模擬，但此時建筑設計方案已經很難改變。于是，能量分析就成為一種象征性的姿態，對綠色建筑設計起不到什么作用。分析這些現象，建筑設計者有直接責任，但是真正的問題是建筑師在進行方案設計時，無法對設計方案進行定性與定量的計算分析，建筑設計與分析計算之間發生嚴重脫節現象，使得面向節能的生態建筑設計難以完成。解決問題的關鍵是建筑師需要一個包含建筑全部信息的數字化模型，和一個有效便捷的、能識別這些信息的建筑能量分析工具。

　　3基于BIM技術的建筑節能設計應用研究 3.1BIM技術 BIM即"建筑信息模型"(BuildingInformationModeling)，運用BIM技術，建筑師作設計的過程，就是建造一個真實建筑的過程。這個虛擬的建筑模型，包含了大量建筑材料和建筑構件特征等信息，是一個包含了建筑全部信息的綜合電子數據庫。在這樣一個真實的智能的建筑模型中，建筑師可以任意的輸出平面、剖面、立面，以及各種細部詳圖、建筑材料、門窗表，還可以輸出預算報表、施工進度等等。隨著數字化、信息化和智能化技術的發展，以BIM技術為核心的多種建筑3DCAD軟件日趨完善和成熟，在提高設計質量、縮短時間、節約成本等方面，有著2DCAD軟件無法比擬的優越性。從2DCAD過渡到基于BIM技術的3DCAD%是未來計算機輔助建筑設計的發展趨勢。越來越多的世界知名建筑師和事務所開始使用BIM軟件進行建筑設計。我國的一些設計院、事務所也開始關注這一世界上最先進的建筑CAD技術。這就為綠色建筑設計中能量分析的自動化、智能化提供了基礎和平臺。 3.2基于BIM技術的建筑節能設計利用BIM技術，建筑師在設計過程中創建的虛擬建筑模型已經包含了大量設計信息，包括幾何信息、材料性能、構件屬性等等，只要將模型導入相關的能量分析軟件，就可以得到相應的能量分析結果。

　　原本需要專業人士花費大量時間輸入大量專業數據這個過程，如今利用先進的計算機技術就可以自動完成，建筑師不需要額外花費精力。在建筑設計的方案階段，能充分利用建筑信息模型和能量分析工具，簡化能量分析的操作過程，是建筑師進行綠色建筑設計迫切需要解決的問題。目前，美國的GreenBuildingStudio可以滿足建筑師的這一需求。GBS直接從BIM軟件中導人建筑模型，利用其中包含的大量建筑信息來建立一個準確的熱模型(其中包括合理的分區和方位)，并將其轉換成XML格式(gbXML是一種開放的XML格式，已被HVAC軟件業界迅速接受，成為其數據交換標準)。并根據當地建筑標準和法規，對不同的建筑空間類型進行智能化的假定。最后結合當地典型的氣候數據，采用DOE2.2模擬引擎(一個被廣泛接受的建筑分析程序)進行逐時模擬。每年能量消耗、費用以及一系列建筑采暖制冷負荷、系統(渚如照明、HVAC、空間供暖的主要電力和天然氣的能源使用)數據都能立刻展現出來。而整個過程中，建筑師只需在GreenBuildingStudio中手動的輸入建筑類型和地理位置即可。

　　GBS還能輸出gbXML、3DVRML、DOE一2．2等文件格式，可以利用其他工具諸如Trane的Trace 700，或eQuest、EnergyPlus等對建筑能效進行進一步的分析，如圖1所示。在建筑設計基本完成之后，需要對建筑物的能效性能進行準確的計算、分析與模擬。在這方面，美國的EnergyPlus軟件是其中的佼佼者。EnergyPlus是一個建筑全能耗分析軟件(wholebuildingenergyanalysistoo1)，是個獨立的沒有圖形界面的模擬軟件，包含上百個子程序，可以模擬整個建筑的熱性能和能量流、計算暖通空調設備負荷等，并可以對整個建筑的能量消耗進行分析。在2DCAD的建筑設計環境下，運行EnergyPlus進行精確模擬需要專業人士花費大量時間，手工輸入一系列大量的數據集，包括幾何信息、構造、場地、氣候、建筑用途以及HVAC的描述數據等。然而在BIM環境中，建筑師在設計過程中創建的建筑信息模型可以方便地同第三方設備例如BsproCom服務器結合，而將BIM中的IFC文件格式轉化成EnergyPlus的數據格式。另外，通過GBS的gbXML也可以獲得EnergyPlus的IDF格式。

　　BIM與EnergyPlus相結合的一個典型實例是位于紐約“911”遺址上的自由塔(FreedomTower)。在自由塔的能效計算中，美國能源部主管的加州大學”勞倫斯-伯克利國家實驗室”(LBNL)充分利用了Archi—CAD創建的虛擬建筑模型和EnergyPlus這個能量分析軟件。如圖2所示，自由塔設計的一大特點是精致的褶皺狀外表皮。LBNL利用ArchiCAD軟件將這備叨扭曲的建筑物的中問(辦公區)部分建模，將外表幾何形狀非常復雜的模型導入了EnergyPlus，模擬了選擇不同外表皮時的建筑性能，并且運用EnergyPlus來確定最佳的日照設計和整個建筑物的能量性能，最后建筑師根據模擬結果來選擇最優化的設計方案。除以上軟件以外，芬蘭的Riuska軟件等，都可以直接導人BIM模型，方便快捷的得到能量分析結果。

　　4小結與展望隨著我國經濟的飛速發展和能源問題的13益嚴重，建筑節能設計變得越來越重要。從2DCADs基于BIM技術的3DCAD轉換，是計算機輔助建筑設計的發展趨勢。利用BIM技術，建筑師可以在設計過程中創建包含建筑全部信息的虛擬建筑模型，在設計的任意階段將其直接導人相關的能量分析軟件中，就可以方便快捷的得到能量分析結果，從而及時調整設計方案，優化建筑性能，充分利用CAD技術來保障綠色建筑設計的科學性和合理性。目前在采用BIM技術的3D建筑CAD軟件與建筑能耗分析軟件的結合方面，仍然存在許多尚未解決的問題。不久的將來，綜合利用BIM和建筑能耗分析進行綠色建筑設計的技術，會越來越完善和成熟

該文章所屬專題：BIM技術