基于BIM 的绿色建筑外墙节能保温施工技术*

李金爽

(中铁十二局集团建筑安装工程有限公司 太原 030000)

外墙作为建筑的外界隔离,不仅承担着应对外部环境的作用,同时也是能量交换的重要通道。因此,在保温技术的应用中,如何在不影响建筑美观和功能的前提下,降低能源的消耗,成为了亟待解决的问题。而基于BIM 的施工技术,为实现外墙节能保温提供了全新的途径。通过BIM 平台,建筑师、工程师和施工人员可以在设计、施工和运营阶段实现更高水平的信息共享与协同工作,从而确保外墙保温施工的高效性和精准性。

1 工程概况

笔者以某棚改住宅项目的三期14楼13层为例,该项目位于城市的市中心地段,作为棚改住宅的重要一环,承载着改善居民居住环境的使命。项目总高度为39.8 m,共有13层,属于二类建筑。外墙的表面积达到14.4万m2,这意味着外墙的节能性将直接影响整个建筑的能源利用效率。为了满足节能环保的要求,降低热量流失,提高能源利用率,管理人员决定采用外保温设计方案,将外墙保温作为关键策略之一。

2 建筑模型的集成设计

在棚改住宅项目实施的过程中,建筑模型的集成设计发挥了重要作用。通过BIM 平台,不仅可以将建筑设计、结构和外墙保温层设计集成为一个整体,还能够实现不同专业之间的协同工作,确保最佳的节能保温效果。集成设计首先包括建筑设计的准确呈现,包括平面布局、立面图和建筑构件信息等。其次,结构设计也需要整合,包括结构布局、荷载分析和梁柱尺寸等。最关键的是外墙保温层的设计,需要考虑保温材料的性能、保温层厚度等因素。

通过建筑模型的集成设计,不同专业之间的信息可以得到有效的传递和共享,避免了传统施工中信息孤岛的问题。设计人员可以在统一的数字模型中查看并协调各专业的设计,从而避免了设计冲突和误差。此外,BIM 技术还可以进行热性能分析,模拟不同保温材料的性能,从而选择最适合项目需求的保温材料,以实现外墙节能保温的目标。

3 热桥分析与优化

在棚改住宅项目设计中,热桥问题是影响建筑节能性能的关键因素。热桥是指建筑外墙中的部分区域,其导热性能较高,容易加快热量的传导,从而导致热量流失和能源浪费。为了克服这一问题,项目采用了基于BIM 的热桥分析与优化技术,以提高外墙节能保温效果。

热桥分析的第一步是利用BIM 模型对建筑外墙进行热桥识别。通过在模型中标注可能存在的热桥区域,如梁柱节点、窗框、楼板连接处等,可以明确需要关注的区域。接着,利用热传导计算方法,分析这些区域的热桥效应,计算热桥对整体建筑热性能的影响程度,这可以通过模拟软件进行计算,得出热桥产生的热量流失量。

在完成热桥分析后,需要进行优化设计,以减少热桥效应。通过调整建筑结构、改变材料、增加保温层厚度等方式,可以降低热桥区域的导热性能,从而减少热量传导。优化设计需要考虑不同因素的综合影响,如结构的稳定性、建筑外观的美观性等。在这过程中,BIM 模型可以起到协助设计和预测效果的作用,比如模拟不同优化方案的热性能。例如,可以计算不同热桥区域的导热损失,分析其对整体建筑能耗的影响。此外,可以在BIM 模型中标注出优化后的设计方案,比较其热性能改善的效果。具体数据如表1所示。

表1 不同热桥区域的数据比较

4 材料选择与仿真

在某棚改住宅项目的三期14楼13层施工中,为了实现优质的外墙保温效果,相关人员在材料选择和仿真方面进行了深入的研究和应用。

4.1 材料选择

外墙保温材料的选择直接影响着保温效果和施工质量。在棚改住宅项目中,通过BIM 平台进行材料选择时,首先考虑了材料的导热系数、吸湿性、耐久性等因素。具体而言,项目针对多种保温材料进行了比较,如聚苯板、岩棉板和聚氨酯板等,分析它们在不同气候条件下的性能表现。根据模拟结果和实验数据,最终选定了具有较低导热系数和良好吸湿性的岩棉板作为外墙保温材料(见表2)。

表2 不同保温材料的性能对比

4.2 材料仿真

通过BIM 技术,可以对选定的岩棉板材料进行材料性能仿真。利用建筑模拟软件,可以模拟材料在不同温度、湿度和压力下的性能变化。项目团队通过在BIM 模型中输入岩棉板的材料参数,如导热系数、吸湿性等,进行材料性能仿真分析,这有助于预测岩棉板在实际使用中的保温效果和耐久性,以指导实际施工中的材料应用。

5 预制保温板安装

在某棚改住宅项目的三期14楼13层外墙节能保温施工中,预制保温板的安装是一个关键步骤,旨在确保外墙保温系统的高效性和可靠性。

首先,在项目开始之前,施工团队会根据BIM 模型对预制保温板进行详细的规划。每块板材的尺寸、材质、位置和连接方式都会在BIM 平台上进行精确的定位和设定,这有助于避免施工过程中的误差,确保每块保温板的安装位置准确无误。

其次,预制保温板的安装是一个分阶段进行的过程。通常情况下,先会从外墙的某一起始位置开始安装。施工人员根据BIM 模型上的指引,将第一块预制保温板固定在墙体上。在安装过程中,需要确保板材的垂直度、水平度和平整度,以及板材之间连接紧密。

随后,施工人员会根据预制保温板的预排计划,逐层进行板材的安装。BIM 模型上标注的连接方式和位置会指导施工人员将每块板材精确地固定在墙体上。在这过程中,要特别注意保温板之间的缝隙,确保没有空隙影响保温效果。对于特殊部位,如窗、门、角部等,需要进行特殊处理。BIM 技术提供了详细的连接方案,确保这些部位的保温性能与整体保持一致,避免冷热桥效应。在整个预制保温板安装过程中,质量检验是至关重要的环节。通过BIM 模型,可以对每块板材的位置、连接和固定进行验证。如果发现问题,可及时进行调整和修复,确保施工质量达到设计要求。

最后,在完成预制保温板的安装后,需要进行阶段性的验收。BIM 模型可用于审查已完成的工作,确保符合设计和质量标准,这样的严格控制和监测,保证了预制保温板在外墙节能保温施工中的有效应用。

6 幕墙系统集成

在某棚改住宅项目的三期14楼13层施工中,幕墙系统的集成设计和应用是关键环节,它不仅影响着建筑外观和美感,还影响着外墙保温效果和能源利用效率。

在绿色建筑中,幕墙系统具有重要作用,不仅要满足建筑外观的要求,还要与外墙保温系统无缝集成,确保整体的节能性能。在BIM 模型中,首先将幕墙的设计和外墙保温设计进行集成,确保二者之间的协调和一致性。同时,幕墙的材料和结构也会在BIM 平台上进行精确建模,以便在施工前进行全面的仿真和分析。

在实际施工中,BIM 模型将为幕墙系统的安装提供准确的指导。施工人员可以通过BIM 模型,了解每块幕墙板的尺寸、位置、连接方式等信息,从而确保幕墙的准确安装。例如,在幕墙板的设计和制造阶段,BIM 模型可以生成详细的制造图纸,以便工厂制作出符合规范的幕墙板。同时,BIM 模型还能在幕墙施工过程中提供实时的协同和协调。不同专业团队可以在BIM 平台上共同查看幕墙的设计和施工进度,及时发现并解决可能的冲突和问题,这有助于提高施工的效率和质量。

此外,幕墙系统的密封性和保温性能也在BIM 模型中得到了保障。通过模拟不同气候条件下的热传导和渗漏情况,可以预测幕墙在不同环境下的性能表现,这有助于选择合适的密封材料和设计细节,提高外墙保温系统的性能。

7 智能监测系统

在某棚改住宅项目的三期14楼13层施工中,智能监测系统的应用起到了关键作用,它能够实时监测外墙的温度、湿度和能耗等参数,确保外墙保温系统的性能和效果。

为了实现对外墙保温系统性能的实时监测,项目引入了智能传感器和监测系统,这些传感器被集成到BIM 模型中,与建筑信息紧密关联起来。在外墙保温施工完成后,传感器将安装在不同位置,包括幕墙板、保温层和内部结构等关键部位,这些传感器可以实时地监测外墙的温度、湿度、能耗等数据,形成一套完整的智能监测系统。

通过BIM 模型,监测系统可以提供详细的数据报告,反映外墙保温系统的性能情况。例如,监测数据可以显示外墙的温度分布,帮助识别可能的冷热点,从而调整保温材料的布局和密封设计。同时,监测数据还可以分析外墙的湿度情况,避免湿气渗透导致保温材料性能下降。

此外,智能监测系统还可以与建筑的能源管理系统集成,实现对能耗的监测和分析。通过实时监测外墙的温度变化,可以了解外墙保温对能耗的影响。在不同季节和气候条件下,可以比较外墙保温前后的能耗情况,评估保温效果的实际效果(见表3)。

表3 智能监测系统应用情况

8 施工过程模拟

在某棚改住宅项目的三期14楼13层施工中,施工过程模拟可以通过数字化建模和虚拟仿真,为施工过程提供可视化的预测和规划工具。

首先,项目团队建立了完整的BIM 模型,包括建筑的各个方面如结构、幕墙、保温层等。模型中包含了材料、尺寸、构造等详细信息,为施工过程模拟提供了基础数据。在施工规划阶段,团队使用BIM 模型制定了详细的施工计划。例如,在预制保温板安装阶段,团队确定了不同步骤的时间安排、资源需求等。随后,利用虚拟仿真软件,团队进行了施工过程模拟。对于预制保温板安装,模拟了板材的粘贴过程,包括胶粘剂的涂抹、板材的定位和安装等。通过软件中的三维模型,团队可以观察不同步骤的变化和交互作用。在模拟过程中,团队进行了多次的分析和优化。团队通过模拟数据,预测了可能的问题,如板材安装时的角度偏差、胶粘剂涂抹的均匀性等。基于这些预测,团队调整了施工方法和参数,以优化施工效果。

项目团队利用模拟软件生成了可视化的展示,通过动画、图表等形式展示了整个预制保温板安装过程,这为项目团队提供了直观的视觉参考,帮助相关人员更好地理解施工步骤和可能的挑战。综合数据和模拟结果,团队可以得出结论,指导实际施工过程。

9 结语

综上所述,基于BIM 的绿色建筑外墙节能保温施工技术在实际应用中展现出了巨大的潜力和优势,通过将各专业领域的信息整合于一体,实现了全过程的数字化管理,为节能环保提供了有力支持。随着科技不断发展,BIM 技术在绿色建筑领域的应用将会不断深化和完善,为实现更加可持续的建筑环境做出更大贡献。在未来,基于BIM 的绿色建筑外墙节能保温施工技术将成为建筑行业可持续发展的重要推动力量,为人类创造更加宜居的生活空间。