BIM技术在办公建筑中的节能设计优化策略

屈思嘉 华侨大学建筑学院硕士研究生，助理建筑师

韩晓琬 中国建筑科学研究院建筑设计院助理建筑师

绿色建筑的设计理念随着我国近年来的建筑实践不断深入人心。加之国家政策的扶持、相关标准的完善，绿色建筑具有良好的发展前景。如今BIM技术的应用已经相对普遍，不仅促进了绿色建筑的可持续发展，也提供了高效、创新的分析与管理方法。办公建筑属于建筑工程规模较大、能源消耗和使用频率较高的建筑[1]，而BIM技术的使用恰恰可以整合设计过程，统筹全局以减少不必要的能耗。如广州周大福金融中心、武汉绿地中心、望京SOHO等办公建筑设计。

1 相关理论概述

BIM技术是采用信息化模式将建筑工程项目在建设过程中的多个步骤综合整合到同一软件上，并以此来对施工的各个环节进行全面监控的现代化手段。BIM具有可视化、协同化、信息化3个方面的特点，主要体现在5个层面：3维可视化、增加项目团队协同意识、及时准确地提供工程项目建设全过程的建筑信息、构建工程数据模型、构建实施管控模型[2]。

合理利用BIM技术对每个环节来说都至关重要。一方面，工程人员将与施工有关的数据进行整合处理，从而降低资源浪费，节约施工成本。另一方面，利用新技术和新手段强化生态建设，达到节能的目的。

2 BIM技术在工程各阶段的应用

2.1 设计阶段

BIM技术以其全面、精确、覆盖面广的优点，能够将所有数据在同一界面完整地显示出来，让工程相关人员能够直观地了解到设计问题。收集和整合数据后，通过信息化手段进行高精度的测算，相关前期工作如场地分析、道路分析等，将抽象的空间数字化，使与建设有关的准备工作更加合理、有效。

在设计过程中，只需建立三维模型便可将所有方案设计条件涵盖其中，对建筑的形体进行分析。模型建好后自动生成平面图，减少传统方案设计中的冗余步骤，使设计更加高效。BIM平台还支持多种不同的能耗软件，实现数据间的交互，对建筑的生态性能进行分析，如中国建筑科学研究院研发的PKPM-BIM机电相关软件，基于BIM平台实现了不同阶段的节能计算。

2.2 施工阶段

运用BIM技术能够全面模拟施工情况，在施工前期的测算过程中，事先模拟好所需模型结构，并根据数据分析其内部函数关系，及时发现数据偏差，加以改正。这些优点可以有效避免工程返工、工程结果没有实现预定目标等问题，有效节约施工成本。而且，BIM技术可详细记录每一个步骤的数据，及时对比分析、调整归纳，有利于提高工作效率，进行集中管理。

2.3 运维管理

BIM平台的介入能够极大提高建筑的运营管理效率。物业管理方可以通过BIM平台快速了解建筑内不同空间的使用情况。同时，管理者可以通过可视化的三维空间模型对建筑空间进行合理的规划与分配，如望京SOHO项目（图1）中，利用物联网进行实时数据采集，以能源管理为切入点，为物业管理者提供便利，实现多系统的融合[3]。

图1 望京SOHO建筑信息总览

面对建筑内来往复杂的人群，BIM通过安全管理模块与视频监控系统的对接，分别对内部和外部、不同等级人员进行管理，每天将建筑使用者的基本信息通过摄像头采集传送到数据库中。BIM还可以对建筑内部水暖电设备进行远程监测，通过BIM模型对设备进行精准定位，有利于设备的维护保养与节能降耗。

3 节能设计优化策略

3.1 项目建设环境评估

办公建筑是员工日常长期停留的场所，良好的空气和通风是员工高效办公的前提。室内温度要适宜，冬季室温不宜低于16 ℃。舒适的光环境对于办公相当重要，可采用人工光与自然光结合的方式满足光源要求。

项目的前期设计依托BIM平台对项目建设环境进行评估、分析，为创造舒适的办公环境打下基础。利用Ecotect、Green Building Studio、EcoDesigner等分析软件输入项目位置的地理信息，调取建筑所处环境的各类气象参数，如：夏季空气温度、相对湿度、降水量、风速以及太阳辐射强度（图2）等。通过这些数据能够对建筑的日照、风、热、声环境展开模拟分析，从而辅助建筑形体的生成，使设计更加合理。例如，利用BIM软件对建筑进行日照分析，可以直观地得到不同建筑排布方案下的阴影分布及太阳辐射情况，最大限度地为办公建筑提供自然采光。

图2 利用Ecotect进行太阳辐射分析与风分析

3.2 性能与舒适度优化

随着办公建筑形体与使用功能的复杂化，传统建筑能耗分析软件已不能满足设计需求。信息模型的建立可以对建筑能耗进行更为综合的计算与分析，它可以将建筑位置、建筑围护材料参数、热工分区信息以及设备系统信息等储存为信息模型，能耗模拟软件通过读取相应数据对建筑进行能耗模拟计算。例如，进行围护结构深化设计时，可以设置并选取不同热工参数的材料，验证外墙、门窗、屋顶以及遮阳等部位的传热系数、遮阳系数等相关指标是否满足节能要求，并通过比较选择最适合、最节能的建筑外维护结构材料。BIM相关软件还可以对工程量进行统计，将信息模型导入到算量软件中，进行清单定额套取并计算工程量，从而获得合理经济范围内的最优节能方案。

建筑物舒适度是对建筑环境进行模拟、评价、分析后做出的判断。由于办公建筑人员构成复杂，综合协调难度较大，办公楼除内部员工外，还包含大量来访客人、安全管理及卫生服务人员等。依托BIM技术进行优化设计，提高办公建筑的舒适程度，可以在最大限度上给不同办公人群提供舒适的使用体验。充分发挥BIM技术，不断推动绿色建设，减少建筑过程中可能出现的问题。利用BIM技术将建筑工程以模拟的方式提前预估出方案的合理程度，提前将问题处理好。利用绿色建筑软件，结合BIM模型对建筑的室内外环境要素进行模拟，对照绿色建筑评价标准进行各项评估，对未达标项进行修改，以满足评分项要求，从而提升建筑舒适度。

3.3 建筑运营能耗管理

根据美国国家BIM标准委员会的资料，建筑物生命周期75%的成本发生在运维阶段。办公建筑具有设备运营能耗高的特征，原因为：（1）自动化程度高；（2）楼内设备多且复杂；（3）节假日与休息日需要正常运转，供电不间断。这些需求加大了设备的运营、管理、维护成本以及建筑整体能源消耗。尤其在北方地区，四季分明，冬季干冷，需要在办公建筑中增设供暖设施。通过BIM技术，还可以在设备上安装能耗检测系统，即时检测能耗异常，节省建筑运维成本，进而带来经济效益。同时，监测数据也可以被计入数据库，结合绿色建筑能耗模型，通过数据模拟和分析技术进行多种条件下的运行能耗模拟预估，实现对绿色建筑运营期的能耗管理优化。

4 结语

BIM技术是科技化时代下的新型建筑施工技术，它可以最大程度地模拟施工状况，提高工作效率。BIM技术的实施使得工程各部分的数据信息变得清晰明了，让建筑施工变得专业化、精确化，使得工程管理具有专业性、标准性。基于BIM技术，提出办公建筑节能设计的具体优化策略，强化建设工程项目的质量、安全、进度管控，将理论联系到实际，更好地应用新技术、新手段。