彭宏
华诚博远工程技术集团有限公司
摘要：绿色建筑节能设计如果按照传统设计方法具有工程量大、繁琐，很容易造成误差。而BIM技术应用有效解决了过程中出现的问题，为绿色建筑的节能设计提供技术支持。本文根据工程案例，对BIM在绿色建筑节能设计的应用进行分析，供同行借鉴参考。
关键词：BIM；绿色建筑；节能设计
前言
BIM技术在建筑工程中的应用，可以提高优势和施工效率;实际施工前的可视化,减小设计变更的影响;提高施工流程的可预见性;评估建筑性能;计算运营成本;最大限度地降低成本等。由此可见，BIM技术的出现给传统的建筑模式及管理方式带来了改革和创新，意义重大。
一、BIM在绿色建筑节能设计中的应用价值与思路
（一）BIM技术在绿色建筑节能设计应用中的价值
把BIM技术应用于建筑设计阶段,尤其是绿色建筑设计过程中,可以在方案创作时在同一个工作界面同时建立二维和三维信息,快速输出各种参数值,缩短人工计算时间,并且输出的参数值是建立在设计模型基础上的,信息修改方便,可信度高,确保了参考值的及时性和准确性,实现方案优化,为建筑师绿色建筑设计星级评价和方案再修改提供了可靠的数值参考,提高了建筑师的工作效率,保障了建设项目的设计周期,保证了绿色建筑的设计质量。
（二）BIM技术在绿色建筑节能设计应用中的思路
BIM技术在绿色建筑节能设计应用中,根据当地的气候条件,模拟出当地建筑的最佳朝向;根据建设单位提供的规划用地平面图,设置建筑间距,以满足国家规范对相关建筑日照时数标准的要求,实现建筑合理布置和建设容积率的最大化,达到土地利用率最高的目的;根据建筑围护结构参数,对建筑房间热湿环境、声环境、光环境等进行分析,并指出修正、及时修改模型参数,提高工程质量和工作效率;最后通过绿色建筑评价标准获得绿色建筑评价分值。
图１绿色建筑节能设计应用思路
（三）BIM在绿色建筑节能设计的应用案例
二、案例概况
（一）工程概况
某住宅共6层，房屋面积大约为2000m2。还用Ecotect软件对住宅的保温性能及其它气候条件进行模拟优化，见图2：
图2建筑3D图
（二）建筑朝向及被动式策略分析
建筑的最佳朝向,对建筑内热舒适性及建筑节能意义重大。我国分为严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖和温和地区,居住建筑应避免夏季西晒,而在冬季又应尽可能获得充分的光照。对于我国北方地区,“坐北朝南”是建筑的最佳朝向,太阳的运行方向使这种朝向的建筑的南向墙体可以在冬季获得最佳采暖条件,从而降低建筑采暖能耗,同时还可以避免冬季寒风带走建筑的热量,以达到减少围护结构的热损失的目的。由于每个地区的经纬度不同,气候条件也不尽相同,本文利用Ecotect中的气象分析工具(WeatherTool),通过导入该地区的气象资料,选择一年中最冷和最热的月份,计算出当地的相对最佳建筑朝向,如图3建筑最佳朝向。图中黑色箭头所指的方向即为该地区建筑的最佳朝向:南偏西27．5°。
图3建筑最佳朝向
（三）建筑热工分析
现如今针对建筑节能的概念,最主要是对外围结构的节能研究。李爱华从建筑围护结构方面对建筑节能技术做出了详细叙述,并以实例验证了建筑围护结构节能方法。本文利用Ecotect软件,根据建筑各结构的物性参数,对该建筑围护结构进行热工性能分析,如表１所示。
在模型对应的结构中设置以上参数,并设置各房间相关信息。将房间空调系统全部设置为自然通风状态,人员密度按照各个房间的功能合理设置。对该地区最热和最冷一天进行建筑热工分析结果,如图4、5所示。通过图4可以看出，该地区最热一天,每个房间的温度大概都维持在33℃左右,但是在10:00之前,房间温度均比室外温度高,随着室外太阳辐射增强,室外温度逐渐升高,而室内温度波动不大,说明建筑外围护结构起到了一定的保温隔热效果。但也可以看出,室外温度最高时,室内外温差相差不大,说明外围护结构的保温性能还应加强。由图5可以看出,在最冷一天,各个房间温度大致维持在5℃左右,并且与最热一天的情况相似,再次说明了外围护结构的保温有待进一步提高。
图4房间逐时温度(最热一天)
图5房间逐时温度(最冷一天)
在考虑控制室内热环境时,还需要涉及房间的冷负荷和热负荷。冷负荷与得热量密切相关,主要包括通过围护结构的得热、室内热/湿源的显热/潜热得热,以及空气渗透带来的得热。当总的得热量为负值的时候,房间就出现了热负荷,当某种来源的得热为负值的时候,可以称为是失热。当建筑物失热量大于得热量时,房间的总得热量就成为负值,因此热负荷取决于房间的得、失热量的相互关系。在实际工程应用中,对冷、热负荷的计算往往会根据建筑物的特点对室外气象参数进行不同的处理,并对房间的得、失热量有所取舍。根据以上对房间的热工分析,可以得出该建筑全年的冷、热负荷关系,如图6全年冷热负荷图所示。从图中可以看出,全年的热负荷明显高于全年冷负荷,说明该地区的冬季较为寒冷,房间内需要补充较多热量。对于夏天而言,室内冷负荷并不是很高,可以采取开窗通风的方法除去室内热量。
图6全年冷热负荷
根据上述各个分析图得到,在没有空调的情况下,夏季室内全年逐时温度比室外低,冬季室内全年逐时温度比室外高,这说明建筑的围护结构起了一定的作用,但是保温效果不明显,不管在冬季还是夏季,室内温度都不符合人体的最佳舒适度的需求,因此可以对该建筑的围护结构做几点改进:①设置保温性能更好的墙体保温层,如聚苯颗粒保温砂浆、聚苯板等材料。②更换窗户,该建筑中窗户为单层玻璃,因此导热系数较大,导致室内保温情况较差,也可更换为双层中空玻璃,降低导热系数;在经济允许的情况下,可以使用效果更好的双层中空Low-E玻璃。③设置屋顶保温层或者进行屋顶绿化,屋顶导热系数较大也是导致室内温度较高的重要原因,所以提高屋顶的保温效果也是有效的措施。④改变空调系统,由于在计算时建筑内系统设置均为自然通风,所以建议安装中央空调或者一般空调。⑤在墙体外壁面种植爬山虎,夏季时可以通过该植物的蒸腾作用带过部分热量,从而达到室内降温的目的；在冬季,植物叶子掉光,不影响建筑的得热。⑥在墙上的一些窗户外侧设置可收缩遮阳板,在夏季打开遮阳板,可减少太阳辐射；在冬季,关闭遮阳板,不影响用户接收阳光。⑦根据地貌条件,在建筑前挖一条小河,种植多种植被,这样也可以充分接收阳光,还可以通过植物的蒸腾作用给建筑带来降温效果,绿化效果也很好。
三、结语
现如今,我国经济高速发展,人民对生活的要求不断提高,自然资源已无法满足社会的发展,因此,节能减排越来越重要。在进行绿色建筑节能设计中,传统的设计方法过程复杂,误差较大,很难适应和满足绿色建筑的大规模发展,而BIM技术的应用正好解决了绿色建筑设计过程中出现的问题,为绿色建筑提供了相应的技术保障。