BIM在公路隧道照明节能中的应用探讨

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074)

一、引言

随着我国高速公路建设向西部山区推进，公路隧道的应用也越来越广泛，根据交通运输部发布的《2016年交通运输行业发展统计公报》显示，截止2016年底，中国公路隧道为15181处、14039.7Km，比2015年分别增加了1175处、1355.8Km。绿色交通正成为交通运输发展的趋势，成为交通发展的关键词。而公路隧道由于其特殊的封闭构造形式和独特的行车环境，在隧道内一般设有通风、照明、消防、监控等机电设施，这是公路隧道最主要的运营能耗单元，其中以通风、照明设施消耗电能最多。同时，照明系统的技术状况也是影响隧道内行车安全的关键所在。如何使照明设计在满足行车舒适性和安全性的前提下，还满足绿色环保、节能减排的要求显得格外重要。

二、BIM概述

BIM全称建筑信息模型(Building Information Modeling)是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是工程项目实体和功能特性的数字化表达。工程师在利用BIM软件进行三维设计创建的模型已经包含了大量的设计信息，包括集合信息，材料性能，构件属性等，只需将建筑模型导入到模拟软件就能得到模拟结果。建筑模拟是指对建筑环境与系统的整体性能进行模拟分析的方法。其主要包括建筑能耗模拟，建筑环境模拟(气流模拟、光照模拟、污染物模拟)和建筑系统仿真。BIM技术的推广应用在设计质量和效率方面都得到了十分显著的提高，进一步推动我国建筑行业绿色、节能和数字化的发展。

三、BIM在建筑节能设计中的应用

(一)参数化设计

在Revit软件上建立的BIM建筑模型，包含的信息表现形式多种多样，比如明细表、三维视图和二维视图等。如果对模型某项参数进行修改，那么软件本身附带的引擎不仅可以对明细表、视图和平面等多种信息进行修改，还能实时更新各类数据，从而确保设计的准确，并且保证设计的效率。

(二)协同设计作用

建筑设计往往需要多个专业领域相互配合，仅仅按照传统的设计方法是很难实现不同专业相互衔接的。利用BIM建筑模型，为建筑项目提供一个完整的反映建筑物各个阶段所包含的各种信息的平台，从而就可以实现不同专业在同一平台上的协同设计，大大减少设计的复杂程度，提高设计效率。

(三)可视化设计

利用BIM技术建立的三维模型，能够将原来抽象的平面问题转化为直观的三维问题，从而避免传统设计在二维平面上的局限性。BIM技术建立的是一个包含了各种各样信息的整体模型，这样就可以去掉局部模型修改的工作，任何修改工作都可以直接在模型中完成，降低设计工作的繁琐程度。

(四)节能设计

BIM技术在建筑能耗模拟分析中的应用能够更加全面、直观的对建筑的性能进行分析。还能实现对建筑特定区域进行分析，因为对于一个特定区域的能耗不仅仅与建筑面积相关，也会受到建筑材料的影响，从而对能耗模拟分析的结果进行细化。

四、BIM在公路隧道照明节能中的应用

(一)公路隧道照明基本特征

隧道照明的主要目的是形成舒适、安全、高效、经济的隧道照明环境，保证驾驶员任何时候经过隧道时的视觉舒适度，进而实现安全行驶。公路隧道照明系统设计包括确定隧道照明分段、照明指标、光源、灯具等，各因素均影响照明系统规模和运营能耗。因此，设计时需合理设置照明系统规模，从源头上解决系统规模大、初期投资高、运营能耗大的问题。

(二)BIM在建筑照明技术的应用

1.建筑照明设计

BIM的核心建模软件(BIM Authoring Software)是BIM产生和发展的前提，它是其余软件与BIM进行不同程度的信息交换提供平台。照明设计中常用的一款软件是AGI32，它通过Revit的插件Elumtools来实现与BIM的交互。ElumTools通过读取Revit中的区域及组件，以及材质，并对这些区域进行灯具管理，最后计算得出交互式的可视化模拟照明场景及照度计算结果。

图1 ElumTools典型的工作流程

2.建筑照明能耗分析

相比于传统的能耗模拟而言，BIM技术不仅仅在建筑的概念设计阶段开始参与设计，还参与到了建筑的全生命周期中。分析软件选择Ecotect Analysis，它具有强大的模拟和分析功能，无论建筑物多么复杂，它都可以通过太阳照射时间和角度、遮挡情况、建筑物的照明等因素，对建筑物进行能耗模拟，从而优化设计方案，满足建筑节能的要求。

图2 BIM技术能耗分析流程

(三)BIM在公路隧道照明节能中应用

绿色照明的设计工作相对于普通的照明设计工作来说较为复杂，通常需要考虑更多影响建筑照明的因素，包括不同的气候条件下、不同的时间段内太阳光的角度等，而这些均可以通过BIM信息技术进行模拟分析。设计出贴合隧道照明曲线的照明控制系统不仅可减少“黑洞现象”、“白洞现象”等隧道特有的不良现象对行车安全所带来的影响，还能有效改善驾驶者在行驶过程中由隧道特殊的行车环境所带来的压抑感。更重要的是，可以最大限度地发挥LED光源固有的优势，在提高隧道照明质量的同时减少电能消耗。

1.照明灯具的数量和布置

利用BIM在建筑照明设计中的应用，首先可以根据隧道本身的具体情况，比如方位走向、长度、曲度、材料反射等，通过在BIM中进行模拟照明场景及照度计算来确定照明灯具数量并合理布置。同时还可以结合照明方法上的改进措施，比如采用反光器、二次配光技术等，通过在模拟照明场景中的可视化具体化呈现，能够更加全面、直观的进行照明设计。

2.照明灯具的亮度和分级

隧道照明系统以《公路隧道照明设计细则》(JTG/T D70/2-01—2014)为依据，以洞外亮度、车流量、车速为基础提供按需照明亮度。要把隧道内各段照明的长度和照度设计成能够根据实际要求(如洞外亮度)不断调整变化，动态地实现对各段灯具照明的自动控制，才能从根本上杜绝隧道照明能源的浪费，并提高行车安全系数。通过在BIM模型上模拟不同时间段、不同天气情况下洞外自然光的亮度，来确定洞口段的照明亮度。模拟不同时间段的车流量结合车速，分级调整照明亮度。为了防止司机出现突然的盲视，造成安全风险，要给司机充分地适应时间，通过BIM模型对过渡段灯具亮度进行合理分级。

3.照明能耗控制

利用BIM信息技术可以有效地协调设计隧道照明系统，使隧道在运营过程中既能满足人们的照明需求，又能合理高效的利用自然光和车辆自身灯光，减少隧道照明的运行能耗，同时也增加了人们在工作生活时的舒适性。通过Ecotect Analysis软件对隧道内照明能耗进行分析，从而优化设计方案，实现按需照明，最大程度地节约运营成本，满足建筑节能的要求。

五、结语

与发达国家相比，我国公路隧道照明总体上长期处于低水平、高能耗状态，在照明系统节能方面还有很大的提升空间。本文根据公路隧道照明视觉特性，以隧道内外亮度差、车辆流量、时间段等参数为依据，提出将BIM技术运用到隧道照明节能设计中，使照明设计在满足行车舒适性和安全性的前提下，还满足绿色环保、节能减排的要求。总而言之，在公路隧道照明设计上需要全面实现系统的节能，不断加强关键环节的分析和研究，发现存在的问题，并采取针对性的解决措施，才能实现公路隧道照明节能技术的运用。

【参考文献】

[1]王少飞.高速公路隧道运营节能减排评价指标体系[J].铁道工程学报,2013,182(11):88-92.

[2]刘爽.建筑信息模型(BIM)技术的应用[J].建筑学报,2008,2:100-101.

[3]吴延金.BIM技术在建筑节能设计中的应用研究[J].山西建筑,2017,43(33):200-201.

[4]王珺.BIM理念及BIM软件在建设项目中的应用研究[D].西南交通大学,2011.

[5]首灵力.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]，2013，5.

[6]周文倩，田文涛，宋鹏飞.BIM技术在建筑节能领域的应用[J].河南科技，2015(3):80-82

[7]史来明，严义斌.黄延隧道通风照明节能研究[J].交通世界工，2015(23):82-83.

[8]赵玉丹.基于BIM技术在建筑能耗模拟分析的应用[J].江西建材,2018(11):83-84.

[9]徐文大.公路隧道通风照明与行车安全[J].桥梁与隧道工程,2016(17):76-77.

[10]张永征.高速公路隧道照明系统的节能设计及优化[J].黑龙江科技信息,2017(26).