BIM 技術在建筑節能設計中的實踐應用*

徐超峰 朱佳森

(同創工程設計有限公司 浙江 紹興 312000)

隨著社會的發展和人們對環境問題的關注日益增加,建筑節能設計成為建筑行業的一個重要方向。BIM 技術作為一種集成的數字化工具,為建筑設計和施工提供了更為精確和高效的方法。

筆者將探討BIM 技術在建筑節能設計中的實際應用,以期為促進建筑行業的可持續發展提供理論和實踐的支持。

1 工程概況

某市擬建住宅小區附近相鄰建筑有:左側為公租房,高度為31.9 m,東北方向為住宅區,樓房高度為52.2 m。擬建設5棟6層住宅樓,層高為3 m,為磚混結構,建筑體為一字型,為朝南方向,東西方向長度為34.8 m,南北方向寬度為12 m。

2 BIM 技術在建筑節能設計中的應用

2.1 前期規劃階段

在前期規劃進行建筑選址時要均衡“暖”與“涼”,BIM 技術將通過精確的地理信息系統(GIS)數據分析,模擬建筑選址在不同季節的光熱環境,以實現完整意義上的節能。利用BIM 技術的空間分析功能,確定建筑在不同朝向下的能源利用效果,確保建筑在各個季節均能達到最佳的節能性能。

2.2 方案規劃設計階段

通過BIM 技術,建筑布局可在設計初期實現高度靈活性,結合環境特征、氣象數據,BIM 模型可模擬不同布局對能源效能的影響,以找到最優解。BIM 技術提供了精確的三維模擬,使得建筑朝向的選擇能夠在設計階段就充分考慮到光照、通風等因素,以達到最佳的節能效果。通過BIM 技術,對建筑日照、采光狀況進行精細模,根據不同時間段的日照情況,優化窗戶位置和大小,實現最佳的采光效果,減少能源消耗。BIM 技術的體形分析工具可模擬建筑形狀對風場的影響,優化建筑外形以降低風阻,從而減少對能源的消耗。

2.3 深化設計階段

在深化設計中,BIM 技術可用于精確模擬建筑結構在不同環境條件下的性能,通過優化建筑結構,減少能源損耗,提高維護效率。BIM 技術在遮陽設計中的應用可通過對建筑在不同時間的遮陽效果進行模擬,提供最佳的遮陽方案,降低空調能耗,提高建筑整體的能效。

3 基于BIM 模型的節能設計及分析

3.1 建筑最佳朝向

確定建筑物最佳朝向為開展節能設計的前提條件,要結合建筑工程氣候條件、水文地質、周邊環境等多種因素進行考慮。

建筑朝向可通過Ecotect軟件中的氣象插件獲取溫度、濕度、風速等設計資料,采用gb XML 將擬建工程氣象數據導入至BIM 軟件中Revit Architecture進行數據交互,可以得到每個朝向面太陽輻射量最合理建筑朝向,可以為建筑規劃提供技術支持,也可以縮減設計時間成本。從圖1可以看出,黃色箭頭即為建筑物最佳朝向,紅色則為最差朝向,該區域建筑物最佳朝向為185°,再結合冬夏兩季風向和輻射熱、風致散熱等影響因素,并考慮相鄰建筑物朝向,確定建筑物為坐北朝向方向。

圖1 擬建建筑物最佳朝向坐標圖

3.2 日照遮擋與方案優化

建筑間距確定要結合現有筑物與擬建建筑間的日照遮擋關系、視野面積、用地規劃和建筑布局等多方面因素,合理的間距可確保建筑物得到合理的光照時間,降低樓宇空調負荷,可以達到建筑節能的效果。BIM 技術可以解決節能設計優化問題,日照遮擋和方案優化要結合初步設計平面布局圖(見圖2),要在不影響建筑日照采光的基礎上,確保建筑物可以得以良好視野,通過合理確定建筑間距來達到節能效果。

圖2 5棟住宅樓初步設計總平面布局圖

檔宇間遮擋關系為節能優化的前提條件,采用BIM 模型導出樓宇間的遮檔關系,計算時間按大寒日來確定日照高度,采用Sun2020高級分析來形成遮擋關系表。以5#擬建建筑DJ單體為例,原有1#住宅會被5#擬建建筑物遮擋,不改變兩個建筑物間距設置的基礎上,可采用BIM 技術對5#擬建建筑高度進行優化,不會對原來建筑日照標準帶來影響,查找原有建筑窗位圖,采用軟件進行日照分析并生成建筑南向等日照線,發現1#平安家園部分住信得過存在2 h等日照線以下的情況,對原有建筑舒適使用帶來影響,需要對建筑方案進行優化。

先生成擬建建筑前的立面等日照線,在2 h等日照線和3 h 等日照線臨近部位畫出矩形窗位,采用Sun2020軟件根據窗位為建筑插入窗戶,不考慮擬建建筑能否達到日照需求,采用方案優化命令來對擬建建筑進行優化,可以在不改變建筑高度和間距的條件下,對5#擬建建筑優化樓頂形狀(見圖3),也會對東西兩側原建筑帶來影響,原建筑可以獲取到更好的采光條件而獲取到足夠的輻射熱。

圖3 優化后的5#擬建建筑形狀圖

圖4 典型樓層房間照度值彩圖

圖5 冬季工況下風速云圖

圖6 冬季工況下風速云圖

3.3 深化階段節能設計評價

在采光評價方面,將三維信息模型導入DALI2020模擬軟件進行評價,可以得到住宅建筑空間照度值。

從上圖可以看出,建筑物室內空間約有不低于60%面積區域采光照度值在300Lux以上,持續時間不低于8h,可以滿足綠色節能建筑的要求。

根據項目所在區域冬夏兩季風速和風向資料(見表1),對風環境工況進行模擬。

表1 風環境模擬工況表

在冬季工況下,建筑物周圍沒有出現速度上限值為5m/s黑色等值線,表明不存在風速超限區,可以采用此建筑物設計布局。

在夏季工況下,分析建筑物區域內的風速矢量圖,并沒有發現旋渦,表明可以采用此建筑布局。

4 結語

綜合考慮前期規劃、方案設計和深化階段的應用,詳細闡述了BIM 技術在建筑節能設計中的多層面實踐。通過精準的地理信息分析,BIM 在前期規劃中確保了建筑選址的均衡“暖”與“涼”,實現了全面的節能目標。在方案設計中,BIM 技術賦予了建筑布局、朝向、日照、采光和體形設計更高的靈活性,為建筑節能性能提供了精確的科學依據。在深化設計階段,BIM 技術的維護結構設計和遮陽設計進一步加強了建筑在使用階段的節能效果,表明BIM 技術在建筑節能設計中展現出顯著的優勢和潛力。