BIM技术在超低能耗建筑中的应用★

瞿萧羽 刘子恒 周圣易 隋廷伟

(1.吉林建筑科技学院，吉林 长春 130111； 2.长春华大房地产开发有限责任公司，吉林 长春 130000)

1 超低能耗建筑

随着全球变暖现象加剧，健康舒适的超低能耗建筑成为各个地区建筑发展的重点。超低能耗建筑是指在围护结构、能源利用和设备系统、照明等方面将各项节能技术集成应用，它通过适应气候特征和自然条件，采取主动式和被动式技术手段，大幅降低建筑供暖供冷需求，提高能源设备与系统效率。超低能耗建筑的能耗水平远低于常规建筑，从能耗来看介于低能耗建筑和零能耗建筑之间。

我国的超低能耗建筑是指以年为计算期，以终端用能形式作为衡量指标，新建建筑采暖供冷能耗比按照节能标准建造的建筑节能70%以上的建筑，即建筑节能标准可从目前普遍执行的65%提升到90%以上。

2 BIM技术

BIM建筑信息模型(Building Information Modeling)是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础建立的三维建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物的所有真实信息，它能够对数字化的信息进行提取及对数据进行适当应用。在建筑工程的整个周期中，BIM技术可以将建筑物的信息模型与管理模型进行匹配，通过参数规则对信息进行调整，并可以用于建筑的设计、建造、管理的数字化方法。

自2014年起，各地就颁布了推进BIM技术应用的各项文件，规定了民用建筑信息模型的设计标准，针对BIM技术的推广和应用出台了一系列的相关制度及指导意见，强调加快建筑业BIM技术的实施和广泛应用，开展建立在BIM基础上的协同设计。基于建筑信息模型的集成化设计是建筑设计的发展方向，超低能耗建筑的BIM技术应用将被集成为一个功能，真正起到辅助和优化建筑设计的作用。

3 基于BIM的建筑设计过程

3.1 建筑前期设计

建筑的前期设计主要针对建筑环境及性能分析，常采用的Ecotect Analysis等性能软件均可与BIM软件直接进行模型互相导入，使分析结果更加全面准确。根据场地、照明和风环境等，利用BIM技术进行采光和日照分析，可以进行建筑布局方式的多方案比较及优化选取。通过BIM还可以针对不同的建筑体量进行初步模拟分析，综合考虑采光、通风与能耗之间的关系，从而确定合适的建筑体量。

3.2 建筑方案设计

在建筑方案的设计中，需要整体考虑建筑的平面布局、建筑外部及内部的空间形态，通过建筑节能设计对建筑能耗进行定量分析，以指导下一步的方案设计。在建筑的表皮设计中考虑采用被动式技术手段从而有效地降低建筑能耗，利用被动式自然通风改善建筑内部的通风效果，最终通过建筑形体、空间形式、表皮设计来满足建筑内部的自然采光通风等。

3.3 建筑细部设计

在进行建筑细部设计时，通过BIM软件选择门窗洞口的具体尺寸和适宜的门窗形式，可以有效地降低建筑能耗，提高建筑的保温隔热效果，确保室内空气的自然流通；提高围护结构节能技术，如采用适宜的墙体蓄热材料和新型的墙体保温系统、多层玻璃幕墙等；通过利用被动式太阳能技术，如太阳能光伏与建筑一体化设计达到增加室内的自然采光，利用可再生能源进行发电供建筑自身使用等，从而提高建筑能源利用率。

4 BIM在超低能耗建筑中的能耗模拟分析及应用

建筑能耗模拟是指通过计算机软件计算出不同情况下的建筑能耗，同时对建筑物的外部环境、内部设备和建筑系统等的运行情况进行模拟计算。在使用BIM软件建模过程中，不同的建筑构件其界面材质属性、形状尺寸、材料构造等特征参数不同，通过BIM技术可将不同界面材质的热工数据代入建筑模型，对建筑能耗进行整体的比对分析，进而调整和选择模型中能耗较低的构件及技术，从而实现降低整个建筑物的能耗。

通过对超低能耗建筑的能耗模拟，可以对已建成超低能耗建筑进行能耗评价，同时能够对该建筑的能耗水平、经济性、舒适度和表现效果等进行总体评价。针对新建建筑，通过能耗模拟分析可以进行多种不同方案的优化比较，满足建筑经济性等方面的问题；而对于现有建筑优化方面，可以进行改造前、改造后，甚至多种方案的对比分析。

4.1 建立施工模型及能耗分析

利用BIM软件建立施工设计模型，可以模拟建筑各构件之间的组建与安装过程，根据设计要求模拟施工建造流程，同时根据模型对现场平面布置进行分析，结合平面施工图检验施工现场是否存在安全问题，还可以用来监测超低能耗建筑的施工运行情况、防护做法、绿化覆盖等各项施工措施，有效确保超低能耗建筑的绿色施工及施工进度。

在传统设计建造模式中，从建筑设计到模拟转换的过程需要重新建立模型，对建筑性能分析尤其是对能耗的分析是在方案最终确定以后，难以依据建筑能耗的数据分析进行变更，建筑性能分析对降低建筑能耗影响不大。而应用BIM技术通过专业的数据交换，通过模拟软件可以从模型中提取相应参数，便于指导以自然采光和节能为目的选取的参数设计，分析建筑各变量和不舒适度影响下的能源消耗指标之间的相互关系。

4.2 BIM与其他软件的结合应用

将其他软件与BIM软件结合使用，如在BIM建模软件中安装外墙建模插件，从插件中可以生成建筑外墙的各构造层次以及层中的导热系数。将导热系数输入，再根据外墙构造层厚度，通过BIM软件可以直接计算得出外墙的传热系数，将外墙传热系数与现行节能建筑设计规范进行对比，看是否满足规范要求。通过在BIM软件中安装插件，可以更加准确、便捷地得出计算结果(见图1)。

还可以将能耗模拟软件(如eQUEST)直接链接到施工设计模型软件BIM中，可对超低能耗建筑的结构安全性、能耗水平、立面形式等进行整体评价。对建筑设计中的材料、构造、技术、能耗及安全进行综合控制。

4.3 BIM+装配式的被动式超低能耗绿色建筑

将BIM与装配式建筑结合，建造被动式超低能耗绿色建筑也是对BIM新的应用和尝试。中建科技产业园综合楼项目就是一座装配式的被动式超低能耗绿色建筑示范项目，工程由办公、宿舍和食堂组成，综合装配率达72%以上，大幅减少人工及建设周期。通过运用BIM技术在计算机中先行模拟施工运行等建筑相关阶段，优化施工管理，减少资源浪费。

建筑外墙采用集保温、结构、装饰和防水于一体的新型墙板，通过对建筑的体型、朝向、窗墙比进行优化设计，运用Revit软件进行面积统计计算、模型信息综合分析利用及能耗分析，使建筑造型简约，满足节材、节地均为20%，建筑节水80%。通过BIM能耗分析合理选择优化供暖、通风与空调系统，降低设备能耗，使建筑能耗控制在40万度以内，节能达70%以上，每年节约电量25万度，节约标准煤60 t，减少二氧化碳排放量220 t。通过BIM+装配式技术实现被动式超低能耗绿色建筑的建造，使该项目成为国内智能建筑的先驱，真正实现建筑冬暖夏凉。

5 结语

BIM技术通过信息化手段将建筑工程变成虚拟化的数字模型，它与超低能耗建筑的共同点在于都是强调项目从设计到施工全过程中的能耗检测与数据管理。BIM模型中所包含的建筑构件物理信息，在建筑方案设计阶段就能为超低能耗建筑的能源消耗提供性能分析和评估数据，从而提高了超低能耗建筑的节能设计效率。因此，BIM技术的应用能够推动超低能耗建筑的发展，为建筑的低能耗设计建造和绿色评价提供有效支撑。