BIM技术对建筑能耗的分析

赵婧竹

（西安思源学院 陕西西安 710038）

建筑能耗主要指建筑在正常运行过程中产生的能耗，其中采暖空调能耗占绝大比例。采暖空调能耗是通过设备运行确保室内热环境处于舒适范围而产生的，因此，室内热舒适状况与建筑能耗具有极其紧密的关系。随着国民经济的不断增长，人们对居住环境质量要求的不断提升的同时，建筑能耗也在不断增长。据统计，2014年建造能耗占全社会一次能源消耗的27.5%，2015年建筑运行能耗的总商品能耗约占全国能源消费总量的20%[1]。绿色建筑必然成为建筑行业的发展方向。建筑信息模型（BIM）的强大兼容性与其信息共享的特点为绿色建筑能耗分析提供了新的可能。

1 建筑信息模型

建筑信息模型（Building Information Modeling）是基于建筑工程项目的全部信息数据建立建筑模型，通过数字仿真对该模型的所有真实信息进行模拟。模型既包括建筑物的信息模型，同时又包括建筑工程管理行为的模型，因此，在建筑工程全生命周期中，建筑信息模型可以实现集成管理，将建筑物的信息模型同建筑工程的管理行为模型进行完美的组合。

建筑信息模型具有以下主要特点：①可视化：传统的建设项目中，各参与方都是依据建筑图纸进行三维想象，而BIM提供的可视化将三维的立体实物图形展示在人们的面前，在整个建设项目的全生命周期都在可视化的状态下进行，使各参与方在设计、建造、运营等过程中，能够更加准确及高效地进行沟通、讨论、决策。②协同性：建筑设计过程是需要多个学科交叉才能完成的，传统的CAD图纸设计使各专业的“碰撞”不能及时得到有效的解决，造成各专业设计大量返工现象。BIM技术实现了信息传输、沟通的高效便捷，使得各专业能对同一个建筑模型的创建、修改和注释进行协同设计工作，为协同设计提供一个高效、可操作性强的平台。③模拟性：模拟性不仅能模拟出的建筑物理模型，还可以模拟在实际中无法操作的事物。例如：在设计阶段进行的节能模拟、日照模拟、热能传导模拟等；在施工阶段进行4D模拟（基于3D模型的时间控制），即根据施工的组织设计模拟实际施工，从而确定合理的施工方案；还可以进行5D模拟（基于4D模型的造价控制），实现成本管理。

BIM的种种特点使得它成为建筑行业的一项革命性技术，为建筑行业的发展指明方向。

2 BIM技术在建筑能耗分析的优势

建筑能耗模拟分析是利用计算机技术建立模型，对建筑物的物理性能及能量特性进行模拟研究的过程。目前，常用的建筑能耗模拟软件有：DOE.2、EnergyPlus、DeST、Designbilding 等软件，这些软件都具有各自的功能与特点，例如：Designbilding是以EnergyPlus为核心算法的用户图形界面模拟软件，主要应用于热环境分析，如逐时得热或失热、空调系统能耗技术、全年负荷分布分析等，还应用于一些简单的风环境模拟，具有操作界面友好、数据资料丰富、能耗模拟功能强大等特点。但是，传统的建筑能耗分析软件也存在一些缺陷，比如：与我国现行的节能规范相结合的还很少；大多数只关注能耗的计算，而不关注建筑的经济性分析，很多软件甚至没有经济性分析模块，与经济性分析的结合不够[2]。

BIM技术中采用Ecotect进行建筑能耗模拟分析，Ecotect软件所建立的模型，包含了建筑物所有的信息数据，从项目进行概念设计就进入模拟能耗的应用，在建筑施工过程、建筑运营维护过程都能够进行能耗模拟分析。Ecotect软件将模拟出的结果用色彩丰富的图形、图表表达，大大提高了分析结果的可读性。基于BIM进行的建筑能耗分析，其目的不仅要使建筑满足强制性要求，更重要的是通过更改模型中的建筑构件，保证建筑物正常使用的基础上实现低能耗建筑。

3 基于BIM技术对建筑能耗的分析过程

基于BIM技术对建筑能耗的分析过程可以分为三步：

（1）建立分析模型：建筑模型可在Ecotect中建立，也可利用如Revit等其他建模软件等建立，然后倒入Ecotect中进行能耗模拟分析。

（2）确定影响建筑能耗的关键因素。首先找出建筑能耗影响因素，通过进一步分析确定各因素的重要程度，从而确定影响建筑能耗的关键因素。一般情况下，影响建筑能耗的主要因素有：建筑规划、建筑围护结构、建筑采暖空调系统以及日常电器使用等。

建筑规划是从全局的角度出发，对建筑物能耗的影响是宏观的。在长期历史积累中，我国各地区对当地建筑的朝向、户型、楼间距等在建筑建筑规划中所设及到的内容已经有了相应的经验或传承，可见，建筑规划对整体建筑能耗的影响非同一般。

建筑在自然运行状态主要依靠建筑围护结构保证室内微环境质量。建筑围护结构对建筑能耗的影响主要体现在屋面、外墙、地面等非透明围护结构的传热系数、蓄热性能等热工参数的大小、保温构造措施的选择，以及透明围护结构的传热系数、遮阳系数、窗墙面积比等参数的大小。由于建筑能耗主要产生于正常使用阶段，而建筑围护结构的热工性能的优劣直接影响的建筑能耗的大小，因此，建筑围护结构是影响建筑能耗的一个关键因素。

随着生活水平的提高，人们对居住环境的质量品质要求越来越高，导致我国建筑采暖空调区域越来越大、采暖空调时间越来越长，因此建筑采暖空调能耗也就越来越大。据统计，目前我国建筑采暖能耗占建筑总能耗的22%[1]，因此建筑采暖空调能耗是我国建筑能耗的又一重要影响因素。

（3）利用BIM技术对建筑能耗进行分析。使用Ecotect软件对已建立好的模型进行能耗模拟，通过调整关键因素的属性或尺寸，对比分析出确保建筑结构安全情况下的最低建筑能耗组合，实现优化建筑设计方案的目的。

4 结束语

综上所述，随着我国建筑能耗问题日益严峻，建筑方案设计势必是以能耗分析为基础、节能型绿色建筑为目标而进行。运用BIM技术进行建筑能耗分析，即通过对所建立的建筑信息化模型的建筑全生命周期的建筑能耗进行模拟并检测分析，在虚拟环境中提前实现对建筑能耗的优化。本文列举了BIM技术的特点，并与传统建筑能耗分析软件进行了比较，体现出BIM技术在建筑能耗模拟分析上的优势，简要描述基于BIM技术的建筑能耗分析过程及分析要点。

[1]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告[M].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[2]首灵丽.基于BIM技术的建筑能耗模拟分析与传统建筑能耗分析对比研究[D].重庆：重庆大学，2013.