任 丛
北京鸿业同行科技有限公司 北京市 100000
摘要：建筑行业作为能源使用大户，在节能降耗方面潜力同样巨大，以可持续发展理念为支撑，绿色建筑得以迅速发展，受到了社会各界的广泛关注。借助BIM技术，可以实现对绿色建筑的节能设计，降低建筑能耗和污染，也可以延长建筑的生命周期，在推动建筑行业长远健康发展方面有着积极意义。
关键词：绿色建筑；节能设计；BIM技术；应用
1绿色建筑的概念与设计
绿色建筑是在建筑物的整个生命周期内，尽可能减少能耗，保护自然生态环境和降低污染，为人们提供更为健康、高效的居住空间。采用更为先进的绿色施工技术，充分利用阳光、风能等自然资源，施工材料可以就地取材，注重与建筑物周围生态环境的结合，大幅降低对能源的消耗，最大程度地节约资源与保护生态环境，并在建筑物的整个生命周期内做到健康、环保。
绿色建筑的设计应该充分了解施工区域的生态环境、气候特点等影响因素，在开展建筑设计前做好实地考察，根据绿色评价标准，深入学习所在区域建筑设计的优点，开展好绿色设计工作。需要尽量保持施工区域原始植被、水系和地貌，避免对建筑物附近的生态系统进行破坏，做好生态系统的修复，尽可能应用地热、光能等资源。绿色建筑的平面布局、形态设计，需要结合所在区域的日照条件和建筑物的通风状况，选用可再生、新型的节能施工材料。还需要充分考虑人体学舒适的要求，对建筑物内、外环境进行合适调整与设计，营造出有利于心身健康的氛围。
2 BIM技术的特点
2.1可视化
可视化是BIM技术的基础所在，主要是利用专业软件，可以将管理方案、管理措施等内容转化成相应的信息模型，通过模型管理，相关工作人员能够非常直观地了解设计方案的准确性和适用性，从而对施工方案进行适当调整优化。BIM技术本身有着极强的可视化特征，可以将建筑的三维立体效果进行展示，就效果图进行可视化处理，同时也能够推动设计和施工等时期的可视化，促进建筑构架水平的提高，将建筑的环境特征以及构成特征准确呈现出来。
2.2协调性
工程的施工建设是一个复杂的过程，涉及专业知识众多，要求管理人员必须做好施工设计辨别工作，以尽可能减少施工过程中可能遭遇的危险。BIM技术的应用，能够将管理措施完整展示出来，有助于管理人员更好地对施工影响区域内施工管理措施的具体运用情况进行分析，找出其中存在的不足，做好优化工作，以此来促进施工管理系统协调性的提高。
2.3模拟性
模拟性能够实现对工程施工过程的动态分析，及时发现施工环节存在的安全问题和安全隐患，为后续的安全管理工作提供可供参考的依据。BIM技术的模拟性并不局限在建筑设施三维模拟设计方面，也可以就一些并非真实存在的实物进行模拟，以BIM技术为支撑，可以实现对建筑设计中各类事物的有效模拟，也可以实施相应的模拟实验。如果能够准确模拟出建筑的施工流程，则设计人员可以结合具体施工模型，编制出合理的施工方案，在BIM技术的指导下实施各项活动。BIM技术的应用还能够就建筑施工单位的成本信息进行模拟，确保管理人员能够在第一时间对紧急事件和突发状况进行处理，制定出具备更强可实施性的设计方案。
2.4优化性
通过对BIM技术的合理使用，能够就建筑设计中存在的问题进行优化处理，之所以能够如此，主要是在BIM模型中，含有各种各样的几何数据信息，而这些数据信息都是以建筑设施的相关参数为基准，若数据信息的复杂性较高，则工作人员可能无法很好的掌握与之相关联的数据信息。借助BIM技术所具备的优化性，能够实现对各类工具使用的优化性处理，对原本复杂的施工项目进行简化，有效降低施工难度。
3建筑能源的消耗现状
在全球能源消耗中，45%的能源用于满足建筑制冷、制冷和照明的要求，5%用于建筑施工过程。降低建筑能耗可以减少全世界的能源消耗，有助于维持整个生态系统的巩固。我国节能工作与发达国家相比相对起步较晚，目前仍然存在能源浪费严重的问题例如，与气候条件相似的发达国家相比，我国建筑的采暖消耗量为4-5倍，屋顶为2.5-5.5倍，外窗为1.5-2.2倍，门窗的透气性为3-6倍，总能耗为3-4倍。统计数据显示，每年在数千万新建和改建的建筑物中消耗数十亿吨树木、砖石和矿物材料，导致过度砍伐森林和大规模开采物质资源，造成土地破坏、植被退化、物种损失和自然环境恶化。这些现象都给我们敲响了警钟，节能减排势在必行。
4BIM的价值及作用
4.1解决建设信息化的瓶颈问题
建立单一的工程数据源，推广现代CAD技术的应用，推进建筑全生命周期管理，实现工程性能、质量、安全、进度、成本在施工生命周期各阶段的一体化管理，对总成本进行分析、预测和控制，建设项目全生命周期的能源消耗和环境影响。
4.2施工管理
实现项目交付一体化IPD管理；实现动态、集成、可视化的4D施工管理；将建筑物、施工现场的三维模型与施工进度相结合，结合施工资源和场地布置信息，建立4D施工信息模型。在建设项目施工阶段，实现了对工程进度、人力资源、设备、成本、场地布置等的动态集成管理，实现了施工过程的可视化。实现项目所有参与者的协同工作：项目所有参与者的信息共享，基于网络的文件、图纸和文件的提交、审核、批准和使用。通过网络协作，项目各方协商协调，实现对施工质量、安全、成本、进度的管理和监控。
5基于BIM技术的绿色节能技术在建筑工程中的应用
5.1设计前期阶段的应用
（1）场地气候环境分析。绿色建筑设计人员需要先进行场地气候分析，然后再选用最为合理的设计技术，BIM软件中带有的WeatherTool，可把气象数据信息转变成可视化的图像，把气象数据转变为焓湿图，可以更为直接地了解都有哪些热舒适区，掌握多种被动式设计技术对热舒适的影响程度。太阳辐射情况也可以通过该分析工具进行模拟，了解地场每个朝向的全年太阳辐射情况，结合全年过热、过冷期获取到的辐射热量确定建筑物的最佳朝向。
（2）场地设计。开展场地设计的目的是使绿色建筑与生态环境形成整体，使场地发挥出最高的效益，更好地节约与保护土地。场地设计内容：①利用BIM技术可以对场地进行建模，以此作为基础开展场地分析。BIM技术建模先要建立起高程模型，模型数据多采用地图矢量化、人工测绘和航测等手段，随着地理信息的普及，一些免费的DEM地形数据也得到大量应用，可应用Revit等软件建立地形模型。如果不能获取DEM数据，应该自行对地形数据进行采用，可以利用无人机进行扫描与测量，获取到更为全面的影像，再结合全站仪等确定坐标控制点，将上述地形数据信息导入BIM软件。②场地分析。很多场地都不是十分地平整，需要开展高程与坡度的分析。通过建立起的BIM场地模型，可以确定地势较为平坦、光照充足、排水良好的场地，并开展前期的规划工作，为后续的绿色建筑设计打下基础。
（3）道路布设。对复杂地形进行道路设计时，在满足横断面设计要求的同时，还需要达到防火与安全疏散的要求，做好场地标高的衔接。应用BIM软件可以根据设计标高自动形成横断面、道路曲面等，设计人员可以更快地进行设计分析，并对不同的设计方案进行分析与探讨。
5.2建筑型体设计
随着人们对建筑物审美观念的不断提升，要求设计出来的绿色建筑物兼具实用与美观，还需要建筑物成为一种标识。
体型复杂的建筑物需要保证形体的合理性、内部空间的实用性，满足建筑节能的需要。BIM技术具备的参数化、可视化设计功能可以满足概念建筑物的建模需要。参数化设计可以对建筑形体进行快速描述来完成建模，在对某参数进行修改时，BIM软件可以自动保持所有不变参数，使建筑物信息变得更为协调，提高设计效率。可视化设计功能可以对建筑设计效果进行很好的把握，还可以对局部进行观察，为设计工作带来很大便利。
5.3总平面布局
通过前期的场地分析与周围环境调研，开展好绿色建筑的总平面布局：①朝向。地理环境、场地条件和气候特点等都会对建筑物朝向形成一定的影响，热辐射、日照条件和通风情况是决定建筑朝向的关键因素。利用BIM技术可以用日轨图确定建筑物朝向与日照两者间的关系，从建筑物朝向、太阳照射区域、太阳角度改变区间，进行日照方面的设计，可以满足绿色节能的设计要求。建筑物的通风需要根据朝向确定不同季节的主导风向，可以对穿堂风进行应用。热辐射需要结合冬、夏两季的具体辐射情况，分析辐射的年平均值。朝向应该保证在夏季获取到尽量短的日照时间，冬季得到更长的日照时间，满足建筑物自然通风的条件。②间距。Ecotect是进行建筑物日照间距分析比较常用的工具，通过模型对日照进行模拟，可以更为形象地确定每个时间段中的阴影，合理确定建筑间距，更好地利用土地资源。通风条件也是确定建筑间距的因素，对通风影响最大的是前面建筑物的阻挡情况，建筑物形体的差异，会使建筑背风侧形成漩涡，从而影响通风间距。可以沿着气流方向设置间距，或通过通风入射角提高建筑物通风效果。
5.4通过BIM技术加强对材料的运用管理
首先要控制好工程材料，这是工程项目最基础、最重要的因素。如果工程材料的质量得不到保证、选用不恰当，那么工程项目施工质量肯定得不到保障。在实际工程中，由于工程原材料的种类有很多规格，而且需求量大且杂，这就要求施工企业制定科学合理的管理系统，对原材料的采购、选用做详细的说明。BIM技术参与材料的选择环节，通过对材料的规格型号、颜色、材质、造型等进行模拟安装、施工，形象、直观地显示所用材料的使用效果。然后要上传系统，严格监管材料的采购渠道，确保原材料质量过关。同时要严格控制原材料的使用，购货单位要对材料功用、性能需求进行详细说明，然后确认供货单位提供材料与需求是否相符，从而降低材料选用、采购环节的成本，最后进行合理分配。
5.5基于BIM加强室外风环境的模拟
使用AutodeskSimulationCFD软件对流体动力学进行计算机仿真分析，计算各种方案的风压差，然后有效地评估各种自然通风方案的利用效果，以选择最佳方案。为了模拟建筑物的室外风环境，可以将其与BIM软件结合使用，以在设计阶段优化建筑物，以满足节能设计的要求。通过调整建筑规划图的布局、景观绿化的布局以及改善居住区的风量分布，有效提高人们的生活质量，避免不必要的安全事故。
5.6基于BIM加强室内自然通风的模拟
根据BIM模型中的数据，可以构建多区域网络分析模型，设置评估自然通风条件的标准，并据此设计相关计划。通过调整通风孔的位置、建筑物布局等，可以改善室内流场的分布，改善房间内的气流，从而获得更好的通风效果，提高房间的舒适度。这使ProjectVasari软件可以用于分析建筑物中的室内和室外通风模拟，从而使非专业人士可以将该软件用于绿色节能设计。
5.7基于BIM加强室内的采光模拟
可以根据BIM的基本数据进行建筑物内部照明的计算和分析，并根据分析结果选择最佳方案或优化方案。建筑物中每个房间的三维照度的计算和分析可以基于照明设备的特定信息。根据照明设计的相关规范和能耗计算结果可以对设计系统进行仿真、优化和选择，并可以分析房间的照明效果，调整布局和建筑物外部的可见光透射率，以达到提高室内照明效果的目的。
5.8基于BIM加强与GBS技术（GreenBuildingStudio）的结合应用
GBS是基于Web的分析工具，用于分析建筑物的整体能耗和碳排放量。GBS使用云计算技术，因此提供了强大的数据处理功能。该软件可以使用来自建筑信息模型解决方案的高质量信息来降低建筑节能设计的成本，并提高能源分析的准确性。
5.9 BIM在进度计划中的应用
BIM技术在进度管理中应用是通过三维模型设计软件有效建立工程项目过程中每个环节的模型，在模型构建过程中充分考虑到项目人力、物力的需求以及项目设计指标，将施工进度作为管理的主要参考，充分利用进度管理的方法来对施工工期进行有效的优化和管理，从而得到最终优化的工期和进度计划。进度计划主要是根据施工项目的时间参数和资源配置的情况来决定的。因此为了更好地制订进度计划，需要考虑到以下两方面的因素，一是各方对里程碑时间点的要求；二是工程量信息。传统工程量的计算主要是由人工完成，但是这项工作十分烦琐，而且人为计算的结果也不是十分精确。但是利用BIM软件平台，可以有效地简化工程量的计算，而且在计算精度方面更具优势。通过BIM平台将各项参数进行整理分析，可以有效指导施工项目的正常开展，能通过系统制定最优的人员、材料、机械用量。
6 BIM技术未来发展前景分析
现阶段涌现出许多大型复杂的建设项目，BIM技术也可用于实现节能分析和通风分析。BIM技术的未来还体现在以下几个方面：
6.1 BIM的创新应用
BIM技术可以与三维激光扫描技术相结合，对建筑进行扫描，将激光产生的点整合到平面上，导入到建筑模型中；此外，BIM技术在古建筑和其他文化遗产的应用中可以发挥巨大的作用，并能准确还原历史文化遗产，这有利于历史文化遗产的保护，对遗产的改造具有重要意义。
6.2 BIM与绿色建筑
BIM技术可以为实现绿色建筑的可持续发展目标提供一系列的管理和分析工具。绿色建筑在促进绿色建筑的发展和创新方面具有巨大的潜力，是建筑业的大势所趋。为绿色建筑设计过程中建筑能耗和建筑材料的计算与评价提供了分析依据。它能有效地实现土地和材料的合理利用，降低噪声、光能、风能等的污染程度。同时，通过对生态环境指标的分析与评价，提出了一整套降低能耗、合理有效利用自然能源的方案。
结语
BIM技术的应用为现代节能建筑结构设计提供了支撑。在传统建筑设计中，凭经验设计的建筑资源浪费现象较为严重，依托BIM技术的数据仿真等优势，可以对建筑结构设计的光性能、热性能、风性能等进行仿真，以此作为节能建筑结构设计的依据，对现代节能建筑结构设计的推广应用有着积极影响。
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