基于BIM的商业建筑节能运维模式

侯伽萍

（河海大学商学院，江苏 南京 211106）

0 引言

2018年我国建筑运行能耗约为全国能源消费总量的22%，其中碳排放总量中公共建筑占30%。作为拥有世界上最大建筑市场的国家，对既有建筑实行绿色节能运维是助力实现“十四五”规划中“碳中和”“碳达峰”目标中不可或缺的一环。通过对中国建筑进行调查与分析发现，商业建筑体量大、耗能高，具有巨大的碳减排潜力。

BIM（BuildingInformationModeling）技术通过分析物联网收集的数据可实现建筑数字化管理。即根据日照、温度、人流等数据的变动，调整设备运行模式，使设备在满足建筑运行要求的同时尽可能降低能耗。

因此，本文将以BIM技术为支撑，针对商业建筑中能耗占比较大的照明与空调系统两部分，设计其绿色化运维模式，助力商业建筑在保证效益的同时实现节能减排，如图1所示。

图1 建筑各项用电比例

1 照明

1.1 地下车库照明

地下车库受环境限制，无法借助自然光照明，只能使用LED灯提供光源。受消费购物时间特性的影响，车位使用率在不同时间段存在明显差异。当车位使用率低或车辆低频出入时，存在照明光供给过剩的情况，故可通过引导车辆入库、调节灯照模式的方式降低能源消耗。

1.1.1 智能引导车辆入库

借助车库顶板已有的电灯线路安装TF系列激光雷达以及指示灯，作为车位占用指示，并将数据链入BIM管理平台。在非节假日或用餐期时段，车位使用率相对较低，便可借此采用集中管理模式。即管理人员在靠近进出口处圈出优先停车位置，BIM管理平台接受雷达数据后可扩大或缩小优先停车范围。当车辆入库时，车主可进入小程序中的车库可视化界面，依照引导到达指定车位。

优先范围内，BIM技术结合雷达数据与实时监控可获得车辆分布位置与密集程度，并以此调整车位上方LED灯开启数，且关闭已使用车位的指示灯；而闲置车位上方LED灯关闭，仅保留指示灯常亮。入口及通向优先区过道顶部LED全数开启；闲置车位旁过道灯间隔一灯开启。

1.1.2 灵活调节灯照模式

对于运营中的地下停车场可考虑将车位等更换为雷达感应LED灯。此类灯型相较于传统荧光灯虽初始投资较大，但具有使用周期长、可调节亮度、低能耗的优点，使得雷达感应LED灯更具经济优势[1]。根据商业建筑消费性质，可将午间11点到1点，下午5点至晚上11点设置为全功率照明时段，该时段内使用中的车位保持其车位照明灯全亮（约15W），其余时段车尾灯处于微亮状态（约3W）。为保障停车场内过夜车的安全，可在BIM管理平台中设置晚上11点到次日早上7点为过夜车车位灯全亮照明时段，将过道灯设置为间隔微亮模式，到达在保障客户财产安全的同时降低能耗的效果。

1.2 地上建筑内照明

商业建筑总建筑面积大，为满足服务质量，优化顾客对建筑的第一印象，就需要长时间提供人工光以满足绝大部分照明需求，这使得照明能耗约占商业建筑总能耗的40%，域照明能耗占比大，需要设法对此区域照明进行控制以降低能耗。

1.2.1 公共通道照明

商业建筑的幕墙多采用玻璃等透光材料，利用自然光加节能光进行室内照明是减少建筑碳排放并且降低能耗的有效方式。为准确掌握室内各个区域不同时段下的光照水平，可借助建筑的BIM模型分析室内太阳光照情况。首先，要利用相应软件，如revit软件对建筑进行建模。模型建立后，与建筑内的温湿度、光照感应器的数据库建立联系，搭建建筑能量模型。通过虚拟模型，对建筑内各区块室外日光贡献平均值和设备照明平均值的计算结果展现在图表上。建筑内的照度计算可通过调整光照计算的时点、光照角度或高度等参数进行个性化设置，以符合现实情景。借助BIM模型对室内照度数据的实时展现，可依据系统设定的视觉舒适单位照明度，配合自然光照情况调节LED灯照明状态。据测算，此项措施能每年帮助建筑实现10%以上的照明节能[2]，如图2所示。

1.2.2 自动扶梯照明

商业建筑中，自动扶梯在引导顾客至各个楼层消费时起到关键性作用。常见的自动扶梯布置方式有双梯顺向布置、单台平行排列布置、亦或是弧形扶梯布置等。不论何种形式，扶梯都应处于显眼位置，便于顾客使用，故扶梯一般处于建筑中庭。对于高度、体量大的建筑，上下层自动扶梯距离远、空间开阔，可借助室内公共区域灯光进行照明。当自动扶梯两侧存在货物展示玻璃墙时，可与商户协商，将两侧射灯照明角度轻微向外侧调整，以便借光照明。若因距离较近且无可借光源，可为扶梯布设感应节能灯。灯光的强弱变化由运动和照明传感器提供的信号进行控制，且照明感应装置可与电梯红外感应装置联动，提高人员检测的敏感性和精确性。为避免因设备功率变动过于频繁造成能耗增加，可在电梯高频使用时段（设置为节假日午间11点到1点，下午5点至晚上11点）将电梯与配套照明设置为满负荷运行，其余时段低负荷运行，当检测到人员使用时转为正常运行状态，如图3所示。

图2 玻璃屋顶

图3 自然光+LED灯照明扶梯

2 空调节能

商业建筑内部空间大且具有一定的高度，导致不同时间、不同区域的温湿度状况不尽相同，想要保持在同一水平就需要消耗比普通建筑更多的能源。据统计数据显示，因气候变暖及设备老化等因素，空调耗电量呈现逐年上升趋势。针对此类需长期使用空调设备的建筑，有必要根据人流量、室外温度等因素设计相应的设备运行发方案，从而在保证人员舒适度的情况下降低能耗、减少碳排放，助力环境保护[3]。

由图4中夏季设备能耗数据可知，若将空调制冷设定为较低的定值，室内外温差会对空调设备的补水与能耗造成影响，即温差大导致能耗与补水量的增加，且设备运行功率会有明显浮动，不利于设备平稳运行以延长使用寿命[4]。参照GB50189—2015，将设备夏季基准温度设置为26℃，冬季温度设置为20℃。借助BIM管理系统的空调系统监控模块，根据室外温度对设备进行适当调控，例如当室外温度超32℃时，将空调温度调高1~2℃，如图4所示。

图4 夏季室外温度对空调系统耗电量和用水量的影响

另外，商场内的人员密集程度也会影响总控系统对空调设备的调试。商业建筑的餐饮层及一楼大厅是人员最为密集的两部分区域，且在节假日11点到1点，晚上6点到8点间为人流高峰时段，人流密度最大值可接近0.14人/m2，超过《公共建筑节能设计标准》给定的0.125人/m2的标准。在此时段内，室内人员的增加会导致室内温度的上升，为保证人员的舒适度，应将空调温度降低1~2℃，且增加通风量以保持空气新鲜[5]。

为获得较为准确的人流量数据，可在商场各个入口、各楼层自动扶梯口及垂直电梯口设置人流量监测装置，并将统计数据导入BIM管控平台。平台根据管理人员预先设定的基准值与浮动比例对空调设备运行温度进行自动调整，提升人员较少区域的空调温度，降低人员密集区域温度，但各区域间温度浮动不宜过大，以免造成温度差异。

3 结语

商业建筑运行的智能化、绿色化是社会发展的需求，也是未来建筑的发展导向。传统以人力监测设备、收集数据的方法早已无法满足高效的运维管理需求。将BIM技术从施工中延伸至建筑的运维管理阶段，大幅度的提升了数据信息的完整性与利用效率。BIM技术将建筑模型可视化，帮助管理人员简洁明了的掌握建筑各个系统的能耗情况。通过调整参数，还能对系统的运维方案进行模拟，验证方案是否可行。当BIM在建筑运维阶段的应用更广泛后，还能结合GIS技术、AI等前沿科技，为商业建筑的资产维护、减排节能提供强硬有力的技术支撑。