基于BIM技術(shù)的建筑節(jié)能設(shè)計應(yīng)用研究

時間：2013-10-05 19:27:26 作者：2013pushi 來源：網(wǎng)絡(luò)媒體閱讀：1891

內(nèi)容摘要：基于BIM技術(shù)的建筑節(jié)能設(shè)計應(yīng)用研究　　根據(jù)我國目前建筑節(jié)能設(shè)計的現(xiàn)狀和國內(nèi)外能量分析軟件的應(yīng)用現(xiàn)狀，針對當(dāng)前傳統(tǒng)的節(jié)能設(shè)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(shù)與建筑能耗分析相結(jié)合，進(jìn)行節(jié)能建筑設(shè)計這一新的設(shè)計方法。運(yùn)用BIM技術(shù)創(chuàng)建的虛擬建筑模型包含了建...

基于BIM技術(shù)的建筑節(jié)能設(shè)計應(yīng)用研究

　　根據(jù)我國目前建筑節(jié)能設(shè)計的現(xiàn)狀和國內(nèi)外能量分析軟件的應(yīng)用現(xiàn)狀，針對當(dāng)前傳統(tǒng)的節(jié)能設(shè)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(shù)與建筑能耗分析相結(jié)合，進(jìn)行節(jié)能建筑設(shè)計這一新的設(shè)計方法。運(yùn)用BIM技術(shù)創(chuàng)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(dǎo)入建筑能耗分析軟件中，可以自動的識別、轉(zhuǎn)換并分析模型中包含的大量建筑數(shù)據(jù)信息氪傭方便快捷的得到建筑能耗分析結(jié)果。中國能源短缺問題空前突出，建筑節(jié)能已成為當(dāng)務(wù)之急，中國建筑設(shè)計界必須采取強(qiáng)力措施積極應(yīng)對。

　　據(jù)統(tǒng)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(fā)達(dá)國家新建建筑的3倍以上。建筑的節(jié)能設(shè)計，不僅對建筑環(huán)境工程師、設(shè)備工程師提出挑戰(zhàn)，更重要的是督ㄖ設(shè)計師的挑戰(zhàn)。建筑節(jié)能設(shè)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(hù)結(jié)構(gòu)形式起著決定性作用，直接的影響包括建筑物與外環(huán)境的換熱量、自然通風(fēng)狀況和自然采光水平。而這三方面涉及的內(nèi)容將構(gòu)成70％以上的建筑采暖通風(fēng)空調(diào)能耗。因此建筑設(shè)計對建筑的能量性能起著主導(dǎo)作用。不同的建筑設(shè)計方案，在能耗方面會有巨大的差別。

　　目前憑借先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)計算和實時的動態(tài)模擬是實現(xiàn)建筑節(jié)能設(shè)計的科學(xué)性和合理性的重要保障。建筑節(jié)能設(shè)計的現(xiàn)狀節(jié)能建筑設(shè)計的推廣還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)展的要求，這一現(xiàn)象在我國更是突出。大多數(shù)的設(shè)計師參考其他生態(tài)建筑設(shè)計案例和套用己經(jīng)有的技術(shù)手法，而且沒有對所設(shè)計的方案和工程進(jìn)行分析與計算，以檢驗設(shè)計的效果是否節(jié)能、是否經(jīng)琛⑹欠"綠色"等。目前，中國的建筑設(shè)計更多的是側(cè)重于建筑的外觀和功能，而忽視建筑的能效設(shè)計--即通過被動設(shè)計的方法，在建筑設(shè)計的初始階段，就開始進(jìn)行建筑能效設(shè)計，從而選擇最優(yōu)化的設(shè)計方案。在AutoCAD占據(jù)統(tǒng)治地位的2DCAD時代，只能通過手工輸入的方式將建筑設(shè)計的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入到專業(yè)軟件中，才能進(jìn)行能量分析。而操作和使用這些軟件不僅需要具備復(fù)雜的能量分析基礎(chǔ)知識，而且本身也是專業(yè)化的程序，必須由專業(yè)人士經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)才能進(jìn)行操作。

　　大量的專業(yè)數(shù)據(jù)、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(shè)計過程中直接對設(shè)計方案進(jìn)行建筑能量分析的一個重要原因。因此在傳統(tǒng)的2D設(shè)計模式中，能效計算通常安排在設(shè)計的最終階段，由專業(yè)人士進(jìn)行操作和分析、模擬，但此時建筑設(shè)計方案已經(jīng)很難改變。于是，能量分析就成為一種象征性的姿態(tài)，對綠色建筑設(shè)計起不到什么作用。分析這些現(xiàn)象，建筑設(shè)計者有直接責(zé)任，但是真正的問題是建筑師在進(jìn)行方案設(shè)計時，無法對設(shè)計方案進(jìn)行定性與定量的計算分析，建筑設(shè)計與分析計算之間發(fā)生嚴(yán)重脫節(jié)現(xiàn)象，使得面向節(jié)能的生態(tài)建筑設(shè)計難以完成。解決問題的關(guān)鍵是建筑師需要一個包含建筑全部信息的數(shù)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(shù)的建筑節(jié)能設(shè)計應(yīng)用研究 3.1BIM技術(shù) BIM即"建筑信息模型"(BuildingInformationModeling)，運(yùn)用BIM技術(shù)，建筑師作設(shè)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(gòu)件特征等信息，是一個包含了建筑全部信息的綜合電子數(shù)據(jù)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(xì)部詳圖、建筑材料、門窗表，還可以輸出預(yù)算報表、施工進(jìn)度等等。隨著數(shù)字化、信息化和智能化技術(shù)的發(fā)展，以BIM技術(shù)為核心的多種建筑3DCAD軟件日趨完善和成熟，在提高設(shè)計質(zhì)量、縮短時間、節(jié)約成本等方面，有著2DCAD軟件無法比擬的優(yōu)越性。從2DCAD過渡到基于BIM技術(shù)的3DCAD%是未來計算機(jī)輔助建筑設(shè)計的發(fā)展趨勢。越來越多的世界知名建筑師和事務(wù)所開始使用BIM軟件進(jìn)行建筑設(shè)計。我國的一些設(shè)計院、事務(wù)所也開始關(guān)注這一世界上最先進(jìn)的建筑CAD技術(shù)。這就為綠色建筑設(shè)計中能量分析的自動化、智能化提供了基礎(chǔ)和平臺。 3.2基于BIM技術(shù)的建筑節(jié)能設(shè)計利用BIM技術(shù)，建筑師在設(shè)計過程中創(chuàng)建的虛擬建筑模型已經(jīng)包含了大量設(shè)計信息，包括幾何信息、材料性能、構(gòu)件屬性等等，只要將模型導(dǎo)入相關(guān)的能量分析軟件，就可以得到相應(yīng)的能量分析結(jié)果。

　　原本需要專業(yè)人士花費(fèi)大量時間輸入大量專業(yè)數(shù)據(jù)這個過程，如今利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)就可以自動完成，建筑師不需要額外花費(fèi)精力。在建筑設(shè)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(jìn)行綠色建筑設(shè)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(dǎo)人建筑模型，利用其中包含的大量建筑信息來建立一個準(zhǔn)確的熱模型(其中包括合理的分區(qū)和方位)，并將其轉(zhuǎn)換成XML格式(gbXML是一種開放的XML格式，已被HVAC軟件業(yè)界迅速接受，成為其數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn))。并根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄖ?biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，對不同的建筑空間類型進(jìn)行智能化的假定。最后結(jié)合當(dāng)?shù)氐湫偷臍夂驍?shù)據(jù)，采用DOE2.2模擬引擎(一個被廣泛接受的建筑分析程序)進(jìn)行逐時模擬。每年能量消耗、費(fèi)用以及一系列建筑采暖制冷負(fù)荷、系統(tǒng)(渚如照明、HVAC、空間供暖的主要電力和天然氣的能源使用)數(shù)據(jù)都能立刻展現(xiàn)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(jìn)行進(jìn)一步的分析，如圖1所示。在建筑設(shè)計基本完成之后，需要對建筑物的能效性能進(jìn)行準(zhǔn)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(dú)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(diào)設(shè)備負(fù)荷等，并可以對整個建筑的能量消耗進(jìn)行分析。在2DCAD的建筑設(shè)計環(huán)境下，運(yùn)行EnergyPlus進(jìn)行精確模擬需要專業(yè)人士花費(fèi)大量時間，手工輸入一系列大量的數(shù)據(jù)集，包括幾何信息、構(gòu)造、場地、氣候、建筑用途以及HVAC的描述數(shù)據(jù)等。然而在BIM環(huán)境中，建筑師在設(shè)計過程中創(chuàng)建的建筑信息模型可以方便地同第三方設(shè)備例如BsproCom服務(wù)器結(jié)合，而將BIM中的IFC文件格式轉(zhuǎn)化成EnergyPlus的數(shù)據(jù)格式。另外，通過GBS的gbXML也可以獲得EnergyPlus的IDF格式。

　　BIM與EnergyPlus相結(jié)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(xué)”勞倫斯-伯克利國家實驗室”(LBNL)充分利用了Archi—CAD創(chuàng)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(shè)計的一大特點(diǎn)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(qū))部分建模，將外表幾何形狀非常復(fù)雜的模型導(dǎo)入了EnergyPlus，模擬了選擇不同外表皮時的建筑性能，并且運(yùn)用EnergyPlus來確定最佳的日照設(shè)計和整個建筑物的能量性能，最后建筑師根據(jù)模擬結(jié)果來選擇最優(yōu)化的設(shè)計方案。除以上軟件以外，芬蘭的Riuska軟件等，都可以直接導(dǎo)人BIM模型，方便快捷的得到能量分析結(jié)果。

　　4小結(jié)與展望隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和能源問題的13益嚴(yán)重，建筑節(jié)能設(shè)計變得越來越重要。從2DCADs基于BIM技術(shù)的3DCAD轉(zhuǎn)換，是計算機(jī)輔助建筑設(shè)計的發(fā)展趨勢。利用BIM技術(shù)，建筑師可以在設(shè)計過程中創(chuàng)建包含建筑全部信息的虛擬建筑模型，在設(shè)計的任意階段將其直接導(dǎo)人相關(guān)的能量分析軟件中，就可以方便快捷的得到能量分析結(jié)果，從而及時調(diào)整設(shè)計方案，優(yōu)化建筑性能，充分利用CAD技術(shù)來保障綠色建筑設(shè)計的科學(xué)性和合理性。目前在采用BIM技術(shù)的3D建筑CAD軟件與建筑能耗分析軟件的結(jié)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(jìn)行綠色建筑設(shè)計的技術(shù)，會越來越完善和成熟

該文章所屬專題：BIM技術(shù)