基于BIM 的綠色建筑外墻節能保溫施工技術*

李金爽

(中鐵十二局集團建筑安裝工程有限公司 太原 030000)

外墻作為建筑的外界隔離,不僅承擔著應對外部環境的作用,同時也是能量交換的重要通道。因此,在保溫技術的應用中,如何在不影響建筑美觀和功能的前提下,降低能源的消耗,成為了亟待解決的問題。而基于BIM 的施工技術,為實現外墻節能保溫提供了全新的途徑。通過BIM 平臺,建筑師、工程師和施工人員可以在設計、施工和運營階段實現更高水平的信息共享與協同工作,從而確保外墻保溫施工的高效性和精準性。

1 工程概況

筆者以某棚改住宅項目的三期14樓13層為例,該項目位于城市的市中心地段,作為棚改住宅的重要一環,承載著改善居民居住環境的使命。項目總高度為39.8 m,共有13層,屬于二類建筑。外墻的表面積達到14.4萬m2,這意味著外墻的節能性將直接影響整個建筑的能源利用效率。為了滿足節能環保的要求,降低熱量流失,提高能源利用率,管理人員決定采用外保溫設計方案,將外墻保溫作為關鍵策略之一。

2 建筑模型的集成設計

在棚改住宅項目實施的過程中,建筑模型的集成設計發揮了重要作用。通過BIM 平臺,不僅可以將建筑設計、結構和外墻保溫層設計集成為一個整體,還能夠實現不同專業之間的協同工作,確保最佳的節能保溫效果。集成設計首先包括建筑設計的準確呈現,包括平面布局、立面圖和建筑構件信息等。其次,結構設計也需要整合,包括結構布局、荷載分析和梁柱尺寸等。最關鍵的是外墻保溫層的設計,需要考慮保溫材料的性能、保溫層厚度等因素。

通過建筑模型的集成設計,不同專業之間的信息可以得到有效的傳遞和共享,避免了傳統施工中信息孤島的問題。設計人員可以在統一的數字模型中查看并協調各專業的設計,從而避免了設計沖突和誤差。此外,BIM 技術還可以進行熱性能分析,模擬不同保溫材料的性能,從而選擇最適合項目需求的保溫材料,以實現外墻節能保溫的目標。

3 熱橋分析與優化

在棚改住宅項目設計中,熱橋問題是影響建筑節能性能的關鍵因素。熱橋是指建筑外墻中的部分區域,其導熱性能較高,容易加快熱量的傳導,從而導致熱量流失和能源浪費。為了克服這一問題,項目采用了基于BIM 的熱橋分析與優化技術,以提高外墻節能保溫效果。

熱橋分析的第一步是利用BIM 模型對建筑外墻進行熱橋識別。通過在模型中標注可能存在的熱橋區域,如梁柱節點、窗框、樓板連接處等,可以明確需要關注的區域。接著,利用熱傳導計算方法,分析這些區域的熱橋效應,計算熱橋對整體建筑熱性能的影響程度,這可以通過模擬軟件進行計算,得出熱橋產生的熱量流失量。

在完成熱橋分析后,需要進行優化設計,以減少熱橋效應。通過調整建筑結構、改變材料、增加保溫層厚度等方式,可以降低熱橋區域的導熱性能,從而減少熱量傳導。優化設計需要考慮不同因素的綜合影響,如結構的穩定性、建筑外觀的美觀性等。在這過程中,BIM 模型可以起到協助設計和預測效果的作用,比如模擬不同優化方案的熱性能。例如,可以計算不同熱橋區域的導熱損失,分析其對整體建筑能耗的影響。此外,可以在BIM 模型中標注出優化后的設計方案,比較其熱性能改善的效果。具體數據如表1所示。

表1 不同熱橋區域的數據比較

4 材料選擇與仿真

在某棚改住宅項目的三期14樓13層施工中,為了實現優質的外墻保溫效果,相關人員在材料選擇和仿真方面進行了深入的研究和應用。

4.1 材料選擇

外墻保溫材料的選擇直接影響著保溫效果和施工質量。在棚改住宅項目中,通過BIM 平臺進行材料選擇時,首先考慮了材料的導熱系數、吸濕性、耐久性等因素。具體而言,項目針對多種保溫材料進行了比較,如聚苯板、巖棉板和聚氨酯板等,分析它們在不同氣候條件下的性能表現。根據模擬結果和實驗數據,最終選定了具有較低導熱系數和良好吸濕性的巖棉板作為外墻保溫材料(見表2)。

表2 不同保溫材料的性能對比

4.2 材料仿真

通過BIM 技術,可以對選定的巖棉板材料進行材料性能仿真。利用建筑模擬軟件,可以模擬材料在不同溫度、濕度和壓力下的性能變化。項目團隊通過在BIM 模型中輸入巖棉板的材料參數,如導熱系數、吸濕性等,進行材料性能仿真分析,這有助于預測巖棉板在實際使用中的保溫效果和耐久性,以指導實際施工中的材料應用。

5 預制保溫板安裝

在某棚改住宅項目的三期14樓13層外墻節能保溫施工中,預制保溫板的安裝是一個關鍵步驟,旨在確保外墻保溫系統的高效性和可靠性。

首先,在項目開始之前,施工團隊會根據BIM 模型對預制保溫板進行詳細的規劃。每塊板材的尺寸、材質、位置和連接方式都會在BIM 平臺上進行精確的定位和設定,這有助于避免施工過程中的誤差,確保每塊保溫板的安裝位置準確無誤。

其次,預制保溫板的安裝是一個分階段進行的過程。通常情況下,先會從外墻的某一起始位置開始安裝。施工人員根據BIM 模型上的指引,將第一塊預制保溫板固定在墻體上。在安裝過程中,需要確保板材的垂直度、水平度和平整度,以及板材之間連接緊密。

隨后,施工人員會根據預制保溫板的預排計劃,逐層進行板材的安裝。BIM 模型上標注的連接方式和位置會指導施工人員將每塊板材精確地固定在墻體上。在這過程中,要特別注意保溫板之間的縫隙,確保沒有空隙影響保溫效果。對于特殊部位,如窗、門、角部等,需要進行特殊處理。BIM 技術提供了詳細的連接方案,確保這些部位的保溫性能與整體保持一致,避免冷熱橋效應。在整個預制保溫板安裝過程中,質量檢驗是至關重要的環節。通過BIM 模型,可以對每塊板材的位置、連接和固定進行驗證。如果發現問題,可及時進行調整和修復,確保施工質量達到設計要求。

最后,在完成預制保溫板的安裝后,需要進行階段性的驗收。BIM 模型可用于審查已完成的工作,確保符合設計和質量標準,這樣的嚴格控制和監測,保證了預制保溫板在外墻節能保溫施工中的有效應用。

6 幕墻系統集成

在某棚改住宅項目的三期14樓13層施工中,幕墻系統的集成設計和應用是關鍵環節,它不僅影響著建筑外觀和美感,還影響著外墻保溫效果和能源利用效率。

在綠色建筑中,幕墻系統具有重要作用,不僅要滿足建筑外觀的要求,還要與外墻保溫系統無縫集成,確保整體的節能性能。在BIM 模型中,首先將幕墻的設計和外墻保溫設計進行集成,確保二者之間的協調和一致性。同時,幕墻的材料和結構也會在BIM 平臺上進行精確建模,以便在施工前進行全面的仿真和分析。

在實際施工中,BIM 模型將為幕墻系統的安裝提供準確的指導。施工人員可以通過BIM 模型,了解每塊幕墻板的尺寸、位置、連接方式等信息,從而確保幕墻的準確安裝。例如,在幕墻板的設計和制造階段,BIM 模型可以生成詳細的制造圖紙,以便工廠制作出符合規范的幕墻板。同時,BIM 模型還能在幕墻施工過程中提供實時的協同和協調。不同專業團隊可以在BIM 平臺上共同查看幕墻的設計和施工進度,及時發現并解決可能的沖突和問題,這有助于提高施工的效率和質量。

此外,幕墻系統的密封性和保溫性能也在BIM 模型中得到了保障。通過模擬不同氣候條件下的熱傳導和滲漏情況,可以預測幕墻在不同環境下的性能表現,這有助于選擇合適的密封材料和設計細節,提高外墻保溫系統的性能。

7 智能監測系統

在某棚改住宅項目的三期14樓13層施工中,智能監測系統的應用起到了關鍵作用,它能夠實時監測外墻的溫度、濕度和能耗等參數,確保外墻保溫系統的性能和效果。

為了實現對外墻保溫系統性能的實時監測,項目引入了智能傳感器和監測系統,這些傳感器被集成到BIM 模型中,與建筑信息緊密關聯起來。在外墻保溫施工完成后,傳感器將安裝在不同位置,包括幕墻板、保溫層和內部結構等關鍵部位,這些傳感器可以實時地監測外墻的溫度、濕度、能耗等數據,形成一套完整的智能監測系統。

通過BIM 模型,監測系統可以提供詳細的數據報告,反映外墻保溫系統的性能情況。例如,監測數據可以顯示外墻的溫度分布,幫助識別可能的冷熱點,從而調整保溫材料的布局和密封設計。同時,監測數據還可以分析外墻的濕度情況,避免濕氣滲透導致保溫材料性能下降。

此外,智能監測系統還可以與建筑的能源管理系統集成,實現對能耗的監測和分析。通過實時監測外墻的溫度變化,可以了解外墻保溫對能耗的影響。在不同季節和氣候條件下,可以比較外墻保溫前后的能耗情況,評估保溫效果的實際效果(見表3)。

表3 智能監測系統應用情況

8 施工過程模擬

在某棚改住宅項目的三期14樓13層施工中,施工過程模擬可以通過數字化建模和虛擬仿真,為施工過程提供可視化的預測和規劃工具。

首先,項目團隊建立了完整的BIM 模型,包括建筑的各個方面如結構、幕墻、保溫層等。模型中包含了材料、尺寸、構造等詳細信息,為施工過程模擬提供了基礎數據。在施工規劃階段,團隊使用BIM 模型制定了詳細的施工計劃。例如,在預制保溫板安裝階段,團隊確定了不同步驟的時間安排、資源需求等。隨后,利用虛擬仿真軟件,團隊進行了施工過程模擬。對于預制保溫板安裝,模擬了板材的粘貼過程,包括膠粘劑的涂抹、板材的定位和安裝等。通過軟件中的三維模型,團隊可以觀察不同步驟的變化和交互作用。在模擬過程中,團隊進行了多次的分析和優化。團隊通過模擬數據,預測了可能的問題,如板材安裝時的角度偏差、膠粘劑涂抹的均勻性等?；谶@些預測,團隊調整了施工方法和參數,以優化施工效果。

項目團隊利用模擬軟件生成了可視化的展示,通過動畫、圖表等形式展示了整個預制保溫板安裝過程,這為項目團隊提供了直觀的視覺參考,幫助相關人員更好地理解施工步驟和可能的挑戰。綜合數據和模擬結果,團隊可以得出結論,指導實際施工過程。

9 結語

綜上所述,基于BIM 的綠色建筑外墻節能保溫施工技術在實際應用中展現出了巨大的潛力和優勢,通過將各專業領域的信息整合于一體,實現了全過程的數字化管理,為節能環保提供了有力支持。隨著科技不斷發展,BIM 技術在綠色建筑領域的應用將會不斷深化和完善,為實現更加可持續的建筑環境做出更大貢獻。在未來,基于BIM 的綠色建筑外墻節能保溫施工技術將成為建筑行業可持續發展的重要推動力量,為人類創造更加宜居的生活空間。