基于BIM 技術的節能環保型現代建筑設計

徐 菁 董志國

（蘇州科技大學 建筑與城市規劃學院，蘇州 江蘇 215011）

BIM技術（Building Information Mdeling，建筑信息模型） 以計算機輔助技術（包括計算機輔助設計、計算機輔助制造等） 為支持，通過收集數據信息，實現數據輸入、多維建模。將BIM 技術應用于建筑領域，可以幫助設計師全面了解目標建筑的結構特點，優化建筑設計方案，為建筑施工提供保障。BIM 技術具有協調性、可視化、合理性等優勢，利于設計師優化設計圖紙，提高建筑設計結構的合理性和安全性，節約空間、能源和材料，保障目標建筑的質量[1]。當前，建筑行業正處于轉型發展階段，需要在傳統建筑中融入先進的信息技術、節能環保的建筑理念和規范的生產方式，減少建筑施工對生態環境的影響、節約建筑材料，縮短工程建設周期，提高建筑工程的質量。BIM 技術與節能環保建筑融合發展，可以為建筑行業注入新的活力，為現代建筑提供更加廣闊的發展空間。

一、節能環保型現代建筑設計概述

一些傳統建筑的能耗較高、對環境影響較大。實現建筑節地、節能、節材、節水是促進建筑行業轉型發展、調整產業結構、轉變經濟社會發展方式的重要舉措，也是構建節約環保型社會的重要方法。因此，在現代建筑設計中，設計師需要在有限的建筑空間內進行節能環保設計，將技術、經濟、藝術相結合，提升現代建筑的安全性和功能性，降低建筑施工對生態環境的影響，減少原材料的消耗，為人們提供舒適、環保的生活空間。

（一） 節能環保型現代建筑設計概念

節能、環保、可持續已經成為現代經濟社會發展的主題。節能環保型建筑是建筑設計與生態發展理念的融合，在滿足人們生活需求的基礎上，進一步節約資源，提升資源的綜合利用率，減少建筑工程對生態環境的影響。節能環保型建筑設計的重要內容是節約能源，這對于可持續發展具有重要意義。設計師進行建筑設計時應當遵循節能環保的理念與原則，選擇綠色建筑材料，采用節能建筑結構，以降低建筑工程能耗和建材污染?！毒G色建筑評價標準》指出，建筑物全生命周期內能夠減少對生態環境的污染、節約資源，并與周邊環境和諧共生的就是綠色建筑[2]。當前，社會公眾的節能環保意識不斷加強，對生活環境要求舒適和健康，低碳、綠色、節能成為現代建筑設計的重要理念之一。2022 年，我國住房和城鄉建設部發布的《“十四五”建筑節能與綠色建筑發展規劃》指出，到2025 年，城鎮新建筑將實現全面綠色建筑，穩步提升建筑能源綜合利用率，逐步優化現代建筑能源利用結構，有效控制建筑碳排放和能源消耗量，大體形成節能、環保、循環的建筑模式，使2030 年前城鄉建設領域實現碳達峰目標。目前，節能環保型建筑呈現高速發展狀態，其設計質量和建筑總量還有較大的發展空間，社會公眾對綠色節能、環保型建筑的需求不斷增加。開發商、設計師等應當共同努力，選擇節能環保的設計方案和建筑材料，促進建筑行業可持續發展。

（二） 節能環保型現代建筑設計原則

傳統建筑行業的能源消耗較高，應采取積極措施，節約資源，減少對周邊生態環境的影響。當今，社會公眾的環保意識不斷提升，節能環保型現代建筑成為未來建筑領域發展的主要趨勢。節能環保型現代建筑設計需要遵循以下三項原則。一是以人為本原則。節能環保型現代建筑設計和施工應當堅持以人為本原則，在建筑設計中融入自然和藝術元素，使得建筑結構和元素能夠接近自然，促進人與自然和諧共生，構建良好的生態環境[3]?，F代建筑設計，以人為本是前提和基礎。設計師需要結合自己所學知識和經驗，設計出與周邊環境相適宜的、符合人類生活需求的建筑結構。建筑設計過程中，設計師既要考慮業主對建筑功能、審美的需求，也要考慮周邊環境對建筑物的影響，提高建筑設計作品的綜合利用價值。二是新能源優先原則。許多傳統能源為一次性能源，為了緩解能源消耗的壓力，人們不斷研究可替代能源、具有環保特性的新能源。隨著科學技術的發展，新能源已經成為當前能源的重要組成部分。節能環保型現代建筑的設計和施工需要注重對新能源的使用，比如生物能、太陽能、風能、水能等，以減少建筑物的能耗。例如，太陽能可應用于建筑物墻壁、屋頂、玻璃等方面的設計，可被轉化為電能，為用戶提供電力，保障建筑物內家電等安全可靠運行。三是可持續設計原則?，F代建筑設計要注重對建筑保溫、隔熱、防曬效果的設計，選擇隔熱功能優異、可循環使用的綠色建筑材料，減少建筑工程中產生的資源浪費現象，減少有害氣體、粉塵、噪聲、輻射等對環境的污染，使建筑物符合綠色建筑標準。當今社會，科技已經融入人們生活的方方面面，將技術與建筑設計相融合，可以提升人們生活的安全性、舒適性和便捷性。因此，在預算合理、符合規劃方案的前提下，設計師可以將現代科技應用于建筑設計及其內部結構，推動建筑行業高質量發展。

（三） 節能環保型現代建筑設計中存在的問題

當前，一些節能環保型現代建筑設計還處于探索階段，部分設計師更注重建筑的功能性和經濟性，缺少將節能環保納入設計之中[4]。一是節能環保型現代建筑工程建設體制有待完善。綠色建筑和節能環保設計理念進入建筑設計領域的時間較短，一些建筑工程建設存在不規范、不標準的問題，影響了綠色建筑的普及。目前，部分城市已經開始實施節能環保型建筑試點工作，設計公司、開發商和施工團隊只有持節能環保的理念，才能彰顯出節能環保型現代建筑的價值。二是對于現代建筑節能、環保要求的評價體系不夠健全。目前，一些國家已經構建了較為完善的綠色建筑評價標準和體系，例如，日本建筑物綜合環境性能評價體系（Comprehensive Assessment System for Building Environmental Efficiency，簡稱CASBEE）、英國綠色建筑評估體系（Building Research Establishment Environmental Assessment Method， 簡稱BREEAM） 等。2005 年，我國頒布了《綠色建筑技術導則》。隨著新型材料和技術的發展，我國于2019 年對綠色建筑評價標準進行了修訂，制定了《綠色建筑評價標準》，該標準對現代建筑節能環保進行定量分析，較為全面地評價建筑的生態環境性能、經濟性能等，為建筑評價人員提供了參考，進而幫助設計師優化設計方案。然而，對于管理和指標量化方面，建筑評價體系還存在不足，節能環保設計需要進一步細化到實體建筑中。三是專業協同性需要進一步提升。整個建筑周期涉及許多不同的專業，比如結構設計、建筑設計和機電設計等，節能環保型現代建筑設計需要從不同的角度分析設計環節。當前，各專業領域之間的協同性不足，影響了信息溝通的有效性，導致一些建筑設計不夠完善[5]。四是有的建筑設計與建筑施工結合不夠。對于建筑領域而言，實際施工和建筑設計所需的知識和經驗存在偏差。部分設計師對具體的施工方式了解不足，缺少現場施工經驗，進行建筑設計時對實際施工難度考慮不夠全面。此外，建筑工程施工人員專業水平、施工經驗和綜合能力不盡相同，一些缺少系統培訓的施工人員對現代建筑發展需求了解不多，影響了節能環保型建筑的發展。

二、BIM 技術在節能環保型現代建筑設計中的應用優勢

將BIM 技術應用于節能環保型現代建筑設計，具有協調性、可視化、模擬性、合理性等特征，能夠增強建筑設計和施工相關專業的協同性，提升各專業技術人員交流的有效性，幫助設計師優化建筑設計方案，將節能環保理念落實到建筑設計、施工、后期運維的全過程，實現建筑物與周邊環境的和諧共生，促進建筑行業的可持續發展。

（一） 增強現代建筑設計方案直觀性

信息化時代，大數據技術可以將各類建筑數據整合到BIM 數據庫中。BIM 技術將虛擬信息、三維技術、數字化技術結合在一起，設計師只需要將建筑信息輸入BIM 系統，圍繞設計方案即可構建三維建筑設計模型，將建筑設計以直觀的方式展現。設計師可以根據三維建筑模型分析目標建筑結構，了解建筑中的節能環保設計，初步制定節能環保型建筑設計方案。此外，設計師可以利用軟件實時調整設計方案的細微之處，根據BIM數據庫中儲存的信息分析建筑設計方案的可行性。BIM 技術在建筑行業中的應用，將建筑設計平面圖以三維立體的形象直觀展示出來，能夠幫助設計師和其他設計參與者更直觀地了解建筑物，從而解決設計存在的不足，提升節能環保型建筑設計的質量和效率，為綠色建筑快速發展奠定基礎[6]。

（二） 將節能綠色落實到建筑全過程

建筑的內部結構、設備、功能及周邊環境等是影響建筑能耗的重要因素。因此，從建筑設計到建筑垃圾處理的整個過程，都需要遵循節能環保的理念，并將其落實到具體工作中。將BIM 技術應用于節能環保型現代建筑，能夠在節能環保理念的指引下開展包括建筑項目選址、設計、施工、運維等環節，優化建筑設計方案，簡化建筑項目流程，將節能綠色落實到建筑全過程。其一，利用BIM 技術可以對建筑項目選址及周邊環境改造進行全面分析，包括經濟要求、施工條件、建筑場地規模和建筑物需要具備的功能等。根據BIM技術提供的數據信息，開發商、設計師等可以選擇合適的建設場所，提升土地的利用率。其二，建筑設計初期，利用BIM 技術可以初步分析建筑能量消耗，比如建筑材料屬性特征、建筑結構合理性、建筑外圍構造、建筑平面規劃等，基于能耗分析制定建筑設計方案，提升建筑設計的適應性、合理性和可行性[7]。其三，建筑施工需要大量機械設備，利用BIM 技術可以分析出建筑施工個各個環節需要使用的機械設備，模擬出施工過程中對建筑材料、水、電等資源的消耗量，優化設計方案，使施工過程達到節能環保標準。在BIM技術的輔助下，項目組可以綜合分析建筑能耗和材料的環保性，將節能環保落實到建筑項目的全過程。

（三） 提升現代建筑專業設計協調性

在傳統建筑設計模式下，有的設計師主要憑借自身經驗和空間感進行建筑設計，工作壓力較大，與其他專業技術人員或部門的溝通需要加強。借助BIM 技術進行節能環保型現代建筑設計，不僅可以幫助建筑項目組全面掌握建筑設計信息，而且可以利用三維建筑模型反映建筑信息，將項目相關部門各自負責的信息進行匯總，凸顯出建筑的整體特點。利用BIM 技術對每個部分進行詳細設計和檢查，能夠有效控制各個環節，提高資源的綜合利用率，保障建筑設計符合綠色建筑設計標準。在設計初期，BIM 技術的輔助可以提升設計部門和施工部門交流的有效性，緊密銜接建筑項目各環節，提升建筑工程的協調性和質量。設計過程中，在BIM 技術的輔助下模擬各個施工環節，分析其中存在的問題，能夠減少設計與施工的誤差，提升節能環保型建筑的質量，保障建筑設計和施工企業的經濟效益，促進綠色建筑高質量發展。

（四） 確保建筑設計全面性和及時性

建筑項目全周期使用BIM 技術，不僅可以存儲整個建筑項目準確、詳細的設計和建造數據，而且可以提升施工的精確性。通常情況下，建筑項目部門會將各自負責的環節數據信息錄入BIM系統，項目組可以直接利用這些數據構建建筑模型，查看建筑設計或施工進度，分析建筑結構、材料等各方面的節能性。BIM 系統展示出的建筑模型集成了各個環節的特征，可以準確地展示目標建筑物的各項功能，便于設計師、施工團隊、用戶等更全面地了解和掌握建筑項目內容及具體施工情況[8]。此外，BIM 技術支持下設計的建筑模型可以根據實時上傳的數據進行調整和更新，為后期建筑物運行和維護提供數據支持，減少設計變更造成的施工成本問題，規避建筑工程中的施工風險，從而創造更高的生態效益和經濟效益。

三、BIM 技術在節能環保型現代建筑設計中的應用

在現代信息技術的支持下，BIM 技術貫穿了整個建筑項目生命周期，減少了建筑項目對周邊生態環境的污染，減少能源和資源的浪費，促進建筑行業向綠色、節能、可持續方向發展。2019 年頒布的《綠色建筑評價標準》 針對建筑物節能、節地、節材、節水、施工管理、室內環境、運營管理等方面進行了嚴格規定，將BIM 技術應用于建筑設計中，可以使建筑更加符合相關標準，推動現代建筑行業轉型升級[9]。

（一） 優化現代建筑設計方案

節能環保型現代建筑融合了建筑、人、經濟三方面的要素，利用BIM 技術可以預判建筑工程各階段潛在的問題，及時調整和優化設計方案，降低后期返工的概率，節約能源與材料，踐行綠色建筑相關理念和標準。具體而言，在前期設計階段，BIM 技術可供設計師進行建筑內部采光分析、聲音環境模擬、聲學設計、通風模擬等，綜合判斷建筑設計的合理性。一是幫助用戶了解建筑物的采光條件，無論是傳統建筑，還是現代建筑，對于自然采光都有較高的要求。特別是大型公共建筑物，需要采用天窗設計滿足建筑物采光問題。BIM 技術中的ECOTECT 軟件可以計算出建筑物室內照度和自然采光系數，并經過計算確定窗戶的位置和大小，確保室內自然光充足，降低燈光照明設備的使用頻率，進而提升建筑物環保性能。二是噪聲是綠色建筑評價標準之一，建筑項目設計時需要預測周邊環境噪聲，及時采取有效措施降低周邊環境噪聲，使得室內外聲音均符合國家標準。BIM 技術中的CadnaA 軟件可以針對建筑物室內外環境聲音進行模擬分析，將其控制在標準范圍內，實現建筑物與周邊環境的和諧共生。三是良好的通風環境可以避免建筑內部潮濕，特別是對于處于潮濕區域的建筑，設計時需要利用PHOENTICS 軟件模擬和分析室外風環境，同時考慮節能問題，做到建筑內部能夠自然通風，帶給用戶舒適的居住體驗。

（二） 實現建筑過程節能節材

利用BIM 技術可以模擬建筑物能源消耗，針對能耗數據，優化建筑物保溫隔熱設計，以綠色建筑標準為參考，控制建筑物能耗。例如，以新的建筑物節能標準為依據，在符合預算的前提下提升建筑物熱工性能；在建筑物內安全節能照明設施；選擇具有節能性能的空調系統；做好建筑場所綠化，使得植物能夠享受到充足的水分和光照，使得建筑物能夠與周邊環境融為一體。同時，土地利用率也是建筑節能過程的重要因素，在建筑設計過程，要利用BIM 技術反復模擬計算，確保建筑物內部和外部空間的合理性，在維持室內空間舒適性和功能性的基礎上，提升規劃土地的利用率[10]。例如，采用BIM 技術可以分析道路寬度、樓間距、消防功能等，優化建筑物及其周邊設施的空間布局，達到節能的目的。此外， 《綠色建筑評價標準》中對現代建筑使用材料有明確的規定，設計師進行建筑設計時，需要以其為標準，以BIM 技術為輔助，精確計算各類綠色建筑材料的占比，判斷建筑設計整體是否達標，實現現代建筑全過程節能節材。

（三） 提高現代建筑施工效率

現階段，利用BIM 技術構建建筑項目的三維立體模型，可以在建筑設計與施工期間對建筑物結構與機電開展碰撞檢測，及時發現問題，對建筑物機電系統和結構進行優化和修正，避免施工結束后進行返工，以節約工程成本、縮短工期，提高現代建筑施工效率。建筑項目相關方登錄BIM系統后可以直觀地看到建筑物的三維模型，不同部門可以根據模型開展有效溝通，優化建筑項目設計，確保工程進度和質量，監督施工現場的安全文明情況，協助實現高水平建筑項目。一是BIM技術能夠模擬出場地平面，對建筑施工場地進行合理規劃，比如辦公區域、出入口、機械設備放置區域、建筑材料堆放區域等，同時確保建筑周邊路基可靠性和路面的平穩性。二是BIM 技術可進行施工模擬，比如對于較為復雜的施工節點，可以利用BIM 技術進行模擬施工，將施工方法和過程直觀展示出來，便于施工人員觀察和學習，提升建筑施工的準確性和施工效率。三是利用Navisworks 軟件可以模擬場地布置，對比當前施工階段場地，動態調整場地，并在項目開始施工前，模擬施工過程，確認優化方案，用于指導建筑施工隊，進而降低管理和返工成本，為建筑物質量提供保障。

（四） 協助建筑后期運維管理

對于建筑工程而言，其不僅要保證前期設計、中期施工的質量，還需要對建筑物進行后期管理和維護，使得建筑物個性設計和空間能夠得到合理應用，為用戶提供舒適、便捷、安全的工作或生活空間。利用BIM 技術進行的建筑后期運維管理，包括能源、設備、安保、租戶、設備等方面的管理，能夠降低建筑物運維成本[11]。一是BIM平臺中儲存的三維建筑模型可以進行車庫定位，以此快速了解車庫使用情況和管轄區內道路車流問題，了解車輛信息，對比車牌號，減少占用車位情況的出現。二是物業人員可以通過BIM 中的建筑物模型全面掌握建筑物隱蔽工程，并對其進行實時監測，倘若出現管網老化、破壞問題，及時排查和維修。三是BIM 運維管理系統能夠進行能耗管理，結合IOT 技術，在建筑物內電表、水表、燃氣表等安裝智能檢測設備，這些設備會將能耗信息實時傳輸到BIM 平臺，平臺通過數據分析檢測建筑物能耗，同時及時處理能耗異?，F象，減少安全隱患。

四、結語

BIM 技術建立在計算機應用基礎之上，通過信息技術對建筑工程施工中的數據庫進行建立和創設，實現建筑工程數據的同步管理，有助于建筑工程施工管理人員做出正確決策，進而實現建筑工程施工管理目標，降低建筑工程施工成本，實現對建筑工程施工的全程監管，合理控制工程施工進度，提高工程施工效率。

在具體的應用中，BIM 技術的應用可以實現良好的視覺效果，根據建筑工程施工圖紙可以逼真地展現出施工現場的布置情況，合理制定建筑工程施工方案，并對多種建筑工程施工方案進行對比，選出優化的施工方案。BIM 建模的應用可以實現建筑工程施工的精細化管理，提高資源的利用率，降低能耗。

隨著城市人口的增加和城市化進程的推進，建筑產業逐漸壯大，成為推動城市經濟發展的重要支撐。然而，能源消耗和環境壓力也會加大。為應對這些挑戰，人們對建筑物要求功能多樣化和舒適性的基礎上，更加注重節能環保特征。BIM技術通過數字化建模，實現了建筑項目各個部門的協同工作，BIM 技術在建筑領域的引入，為建筑設計和施工帶來了革命性的變化，對于建筑行業向現代、綠色、節能、環保、技術發展方向邁進具有重要意義。BIM 技術提升了建筑項目的整體效率和質量，減少了資源的消耗和環境的污染，推動了建筑行業的技術升級和創新，促進了建筑行業的可持續發展，為建筑領域的發展和國民經濟整體水平的提升提供了重要的技術支撐。未來，隨著BIM 技術的不斷發展和普及，其將成為建筑行業發展的重點，推動建筑行業轉型升級，促進建筑數字化、智能化發展，為未來的建筑創新和可持續發展提供有力支持。