BIM 技术在建筑节能设计中的实践应用*

徐超峰 朱佳森

(同创工程设计有限公司 浙江 绍兴 312000)

随着社会的发展和人们对环境问题的关注日益增加,建筑节能设计成为建筑行业的一个重要方向。BIM 技术作为一种集成的数字化工具,为建筑设计和施工提供了更为精确和高效的方法。

笔者将探讨BIM 技术在建筑节能设计中的实际应用,以期为促进建筑行业的可持续发展提供理论和实践的支持。

1 工程概况

某市拟建住宅小区附近相邻建筑有:左侧为公租房,高度为31.9 m,东北方向为住宅区,楼房高度为52.2 m。拟建设5栋6层住宅楼,层高为3 m,为砖混结构,建筑体为一字型,为朝南方向,东西方向长度为34.8 m,南北方向宽度为12 m。

2 BIM 技术在建筑节能设计中的应用

2.1 前期规划阶段

在前期规划进行建筑选址时要均衡“暖”与“凉”,BIM 技术将通过精确的地理信息系统(GIS)数据分析,模拟建筑选址在不同季节的光热环境,以实现完整意义上的节能。利用BIM 技术的空间分析功能,确定建筑在不同朝向下的能源利用效果,确保建筑在各个季节均能达到最佳的节能性能。

2.2 方案规划设计阶段

通过BIM 技术,建筑布局可在设计初期实现高度灵活性,结合环境特征、气象数据,BIM 模型可模拟不同布局对能源效能的影响,以找到最优解。BIM 技术提供了精确的三维模拟,使得建筑朝向的选择能够在设计阶段就充分考虑到光照、通风等因素,以达到最佳的节能效果。通过BIM 技术,对建筑日照、采光状况进行精细模,根据不同时间段的日照情况,优化窗户位置和大小,实现最佳的采光效果,减少能源消耗。BIM 技术的体形分析工具可模拟建筑形状对风场的影响,优化建筑外形以降低风阻,从而减少对能源的消耗。

2.3 深化设计阶段

在深化设计中,BIM 技术可用于精确模拟建筑结构在不同环境条件下的性能,通过优化建筑结构,减少能源损耗,提高维护效率。BIM 技术在遮阳设计中的应用可通过对建筑在不同时间的遮阳效果进行模拟,提供最佳的遮阳方案,降低空调能耗,提高建筑整体的能效。

3 基于BIM 模型的节能设计及分析

3.1 建筑最佳朝向

确定建筑物最佳朝向为开展节能设计的前提条件,要结合建筑工程气候条件、水文地质、周边环境等多种因素进行考虑。

建筑朝向可通过Ecotect软件中的气象插件获取温度、湿度、风速等设计资料,采用gb XML 将拟建工程气象数据导入至BIM 软件中Revit Architecture进行数据交互,可以得到每个朝向面太阳辐射量最合理建筑朝向,可以为建筑规划提供技术支持,也可以缩减设计时间成本。从图1可以看出,黄色箭头即为建筑物最佳朝向,红色则为最差朝向,该区域建筑物最佳朝向为185°,再结合冬夏两季风向和辐射热、风致散热等影响因素,并考虑相邻建筑物朝向,确定建筑物为坐北朝向方向。

图1 拟建建筑物最佳朝向坐标图

3.2 日照遮挡与方案优化

建筑间距确定要结合现有筑物与拟建建筑间的日照遮挡关系、视野面积、用地规划和建筑布局等多方面因素,合理的间距可确保建筑物得到合理的光照时间,降低楼宇空调负荷,可以达到建筑节能的效果。BIM 技术可以解决节能设计优化问题,日照遮挡和方案优化要结合初步设计平面布局图(见图2),要在不影响建筑日照采光的基础上,确保建筑物可以得以良好视野,通过合理确定建筑间距来达到节能效果。

图2 5栋住宅楼初步设计总平面布局图

档宇间遮挡关系为节能优化的前提条件,采用BIM 模型导出楼宇间的遮档关系,计算时间按大寒日来确定日照高度,采用Sun2020高级分析来形成遮挡关系表。以5#拟建建筑DJ单体为例,原有1#住宅会被5#拟建建筑物遮挡,不改变两个建筑物间距设置的基础上,可采用BIM 技术对5#拟建建筑高度进行优化,不会对原来建筑日照标准带来影响,查找原有建筑窗位图,采用软件进行日照分析并生成建筑南向等日照线,发现1#平安家园部分住信得过存在2 h等日照线以下的情况,对原有建筑舒适使用带来影响,需要对建筑方案进行优化。

先生成拟建建筑前的立面等日照线,在2 h等日照线和3 h 等日照线临近部位画出矩形窗位,采用Sun2020软件根据窗位为建筑插入窗户,不考虑拟建建筑能否达到日照需求,采用方案优化命令来对拟建建筑进行优化,可以在不改变建筑高度和间距的条件下,对5#拟建建筑优化楼顶形状(见图3),也会对东西两侧原建筑带来影响,原建筑可以获取到更好的采光条件而获取到足够的辐射热。

图3 优化后的5#拟建建筑形状图

图4 典型楼层房间照度值彩图

图5 冬季工况下风速云图

图6 冬季工况下风速云图

3.3 深化阶段节能设计评价

在采光评价方面,将三维信息模型导入DALI2020模拟软件进行评价,可以得到住宅建筑空间照度值。

从上图可以看出,建筑物室内空间约有不低于60%面积区域采光照度值在300Lux以上,持续时间不低于8h,可以满足绿色节能建筑的要求。

根据项目所在区域冬夏两季风速和风向资料(见表1),对风环境工况进行模拟。

表1 风环境模拟工况表

在冬季工况下,建筑物周围没有出现速度上限值为5m/s黑色等值线,表明不存在风速超限区,可以采用此建筑物设计布局。

在夏季工况下,分析建筑物区域内的风速矢量图,并没有发现旋涡,表明可以采用此建筑布局。

4 结语

综合考虑前期规划、方案设计和深化阶段的应用,详细阐述了BIM 技术在建筑节能设计中的多层面实践。通过精准的地理信息分析,BIM 在前期规划中确保了建筑选址的均衡“暖”与“凉”,实现了全面的节能目标。在方案设计中,BIM 技术赋予了建筑布局、朝向、日照、采光和体形设计更高的灵活性,为建筑节能性能提供了精确的科学依据。在深化设计阶段,BIM 技术的维护结构设计和遮阳设计进一步加强了建筑在使用阶段的节能效果,表明BIM 技术在建筑节能设计中展现出显著的优势和潜力。