BIM技术助力于建筑节能化发展.pdf

上海节能SHANGHAIENERGYSAVING建筑节能专栏BUILDINGENERGYSAVINGCOLUMNBIM技术助力于建筑节能化发展李光辉李晓杰龙正熠邓潘文南华大学土木工程学院摘要：BIM技术促进了建筑巨大的变革，也极大地促进了建筑节能化发展。首先介绍了建筑节能概念、BIM概念及其优势，然后综述了BIM技术在建筑设计、施工、后期改造等阶段的节能化应用，并对其进行总结归纳，以期促进BIM在建筑节能的进一步深化应用。关键词：BIM技术；建筑节能化；建筑全生命周期DOl:10.13770/ki.issn2095-705x.2023.09.006BIM Technology Assists Development of Building EnergyEfficiencyLI Guanghui,LI Xiaojie,LONG Zhengyi,DENG TaowenSchool of Civil Engineering,South China UniversityAbstract:BIM technology has promoted significant changes in architecture and greatly promoted the devel-opment of building energy efficiency.This paper first introduces the concept of building energy conservation,the concept of BIM and its advantages,and then comprehensively describes the energy-saving application ofBIM technology in the stages of building design,construction and later transformation,and summarizes it,in or-der to promote the further deepening application of BIM in building energy conservation.Key words:BIM technology;Building Energy Saving;Full Life Cycle of Building收稿日期：2 0 2 2-0 9-1 3第一作者：李光辉(1 9 9 7-1 0-),男，研究生，主要研究方向为建筑节能2023年第0 9 期1269SHANGHAIENERGY SAVING上海节能SHANGHAIENERGYSAVING0引言近年来，全球气候升温，极端天气频发，图1 1 统计的1 9 9 0-2 0 2 0 年我国地表年平均气温距平，显示1 9 5 1-2 0 2 0 年中国地表年平均气温呈显著上升趋势，升温速率为0.2 6/1 0 年。近2 0 年是2 0世纪初以来的最暖时期，1 9 0 1 年以来的1 0 个最暖1.51.00.50./昭0.0-0.5-1.0-1.5-2.01900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020此外，随着建筑结构、功能、形式的多样化发展，建筑节能对原本就复杂的建筑过程中的核算要求更加严格，然而建筑技术也发生了革命性的变化，BIM技术助力于建筑节能化发展，使得建筑节能化发展有了更多的可能性。BIM应用现已贯穿建筑的设计、施工到运行维护、后续改造直至拆除的全生命周期，实现了更直观的从建筑全生命周期角度考量建筑的价值，有效整合建筑过程中的资源，实现了建筑过程中的各个参与方真正意义上的协同，促进了建筑节能化发展。1BIM技术及建筑节能1.1BIM技术概述及其优势BIM(Building Information Modeling)建筑信息模型，是指在营建设施（包括建筑物、桥梁、道路、隧道等)的生命周期中，创建与维护营建设施产品数字信息及其工程应用的技术。BIM技术具建筑节能专栏1270BUILDINGENERGYSAVINGCOLUMNNo.092023年份中，除1 9 9 8 年，其余9 个均出现在2 1 世纪。减少温室气体的排放、应对环境危机已刻不容缓，我国更是制定了力争在2 0 30 年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标。而双碳”目标实现的主要着力点在于减少建筑业的碳排放 2 ,建筑节能化发展对缓解天气环境恶化、减少建筑碳排放具有重要意义。气温距平1901-2020年线性变化趋势低频滤波值-11951-2020年线性变化趋势M年份图1 1 9 0 1-2 0 2 0 年中国地表年平均气温距平有协同性、可视化、模拟性、优化性、节约成本等优势。协同性是指BIM已集成建模、造价分析、能耗分析等一套完整的软件，可实现一模多用，使建筑各专业、各阶段的交流更简洁有效，也使得整个建筑过程中的资源更有效分配（如图2)。可视性是指BIM可以建立各阶段的三维模型，且模型可通过染得到更实际的观感（如图3、图4)。模拟性、优化性、节约成本是在通过预演建筑的设计、施工、节能改造等各个阶段、各个环节并实现节能降耗的过程中体现的。BIM现已不再局限于3D实体模型，4D-进度、5 D-造价、6 D-碳排、7 D-运维等也已在国内逐渐推广、应用，且还在不断地向nD发展。1.2建筑节能概述建筑节能是指在建筑材料生产、房屋建筑和构筑物施工及使用过程（即设计、施工、运维）中，满足上海节能BIM技术助力于建筑节能化发展建筑节能专栏SHANGHAIENERGYSAVING运营管理软件(ArchiBU造价管理S)软件（鲁班软件、广联达软件）模型综合碰撞检查（鲁班、AutodeskNavisWork深化设计软件(Xsteel)模型检查软件(SloibriModelCkeck)RG日口门走择黑性BIM方案设计软件(Affinity)BIM核心建模软件(Revit系列、Bentley系列)结构分析可视化软软件件（3DS(PKPM)Max、ETABS)Artlantis)图2 BIM集成软件图Autodesk Revit 2019-rac_basic_sample_project,nvt三雄期：(3 D)量A天花械三开扶手技道xA001-Title-ShetBUILDINGENERGYSAVINGCOLUMN发布和审核软件(FTPSites)与BIM接口的几何造型软件(hinoSketchup)可持续分析软件(Echotect、绿建斯维尔机电分析软件（鸿业、Designmaster)风广口(3D)工作平围三维视盟(0 D)配形100零件可见性可见他/熊形建饼接舰程数认分析显示日元路店口剪区减可见口项目:特纯rac.basic.smple.P-xo视惠(all)第绿#平面（FoorPlan)三准酒(30 View)Approachfrom YardKkitchenLieg RoomSection PerspectiveSolar Analhsis.(3D)2m(Bulding Elvation)mm(Building Section)mWallSetionl洋塑视型(Detal)(Rendering)明烟表/微量（al)Howdo1单击可进行选操：按Tab键井单击可屋国主图3REVIT模型图同等需要或达到相同目的条件下，尽可能降低能耗。在建筑的全生命周期内，建筑节能的体现主要集中在设计、施工阶段及后续可能的建筑改造。设计阶段的建筑节能主要通过应用空心砌块、相变材料透气混凝土等节能材料及太阳能烟卤、热泵、种植屋面等被动式节能技术来实现。施工阶段的建筑节能主要是通过优化施工技术、加强资源消耗管理、合理安排施工顺序 3 等来实现。既有建筑改造的建筑节能主要是对建筑能耗高的部分替换应用节能技术、节能材料，以降低建筑能耗。传统建筑技术无法对节能材料、节能技术的应用效果进行量化分析，而BIM技术可以对多个节能2023年第0 9 期1271SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能SHANGHAIENERGYSAVINGNo.092023图4Enscape染图设计方案从节能性、经济性等进行综合评估节能效果，最终得到最优设计、施工、改造方案，BIM技术极大地促进了建筑节能化发展。2BIM技术在建筑节能的应用2.1BIM在设计阶段中的节能应用在设计阶段，可利用BIM进行多方案参数化建模，通过BIM集成软件对不同专业的设计内容进行碰撞检查，避免绘图上的冲突，BIM在设计阶段最重要的应用是可以对设计方案的结构、能耗、造价等进行分析，综合分析方案的可行性。周琦等 4 将BIM在绿色建筑设计中的应用分为采光分析，室内外风模拟，日照、朝向分析，热工分析，太阳辐射分布分析等五个方面，逐点说明BIM可以实现建筑节能的模拟、计算，有效降低成本,提高效率。王文韬等 5 首先综述了BIM的发展现状，尔后结合具体实例介绍了Ecotect Analysis软件在设计阶段对建筑的风环境、室内光热环境、最佳朝向等进行模拟分析，并针对模拟结果进一步优化节能设计方案。武琳等 6 介绍了BIM技术在装配式建筑的节能应用，装配式建筑墙体接缝处理是其降低建筑能耗的重要途径，且多层装配式住宅存在体型复杂、户型单一、工业化体系不完全等问题，BIM技术可助力于装配式建筑标准化设计，提高工作质量、工作效建筑节能专栏1272BUILDINGENERGYSAVINGCOLUMN率，从而降低造价。2.2BIM在施工阶段的节能应用BIM技术在施工阶段的节能化应用主要体现在场地、成本、进度、质量管理及信息交流等方面，使各专业在施工阶段可实现信息共享，协同工作，还可避免在施工过程中出现时间或空间上的冲突，实现施工进度精细化管控。崔现沅 7 介绍了BIM在施工管理中的应用，其中建筑节能有所体现的有工程设计优化、施工模拟、物料跟踪、成本分析、工程进度、质量等方面，可实现节地、节材、节时等。张涛等 8 以某大型装配式三甲医院为工程实例，应用BIM技术，对现场临建布置、场地道路、材料堆放、加工区、机械设备布置等进行科学合理规划，对施工耗材进行动态化管理，即用即供，既满足了施工需要，又减少了占地。BIM技术应用于施工中实现了节地、节材、节能、环境友好、经济等目标。2.3BIM在既有建筑改造中的节能应用老旧建筑在我国占比较大，且普遍存在能耗高、居住舒适性差等问题，急需对其进行改造，而如何实现老旧建筑在其“半生命周期”内合理改造是其主要的问题，BIM技术就很好地解决了这一问题。彭靖 9 、于波 1 0 认为对老旧住宅节能改造主要集中在外墙、外窗、屋面、楼梯间、单元门，及结合可BIM技术助力于建筑节能化发展再生能源的利用等方面，利用BIM对老旧住宅建筑进行建模，导入到节能分析软件，对其声光环境、日照分析、建筑通风、能耗计算、暖通负荷、住宅热环境等进行综合分析，制定改造方案，再次模拟，对比效果，不断优化设计方案。张学顺等 1 1 以某小区为例,对其进行BIM建模模拟能耗，发现屋顶、外墙、可开启面积、外窗气密性及综合权衡均不满足节能标准要求，对其制定了3套改造方案，对比不同方案的节能效果及投资回收期，综合对比得出最优改造方案。马乐原等 1 2 也得出了相似的结论，通过对鲁中地区典型农宅的综合能耗模拟，发现合院式布局农宅是最佳的布局形式，在既有建筑节能改造中，围护结构是其节能改造的关键，而围护结构的节能改造集中于对屋顶和外窗的改造。Sy-Jye Guo 等 1 3 以某建筑为例,首先对现有大楼进行建模模拟能耗并验证模拟的准确性，然后上海节能SHANGHAIENERGYSAVING对其设计了多种改造方案进行模拟分析，不断优化改造方案，但Sy-JyeGuo发现当考虑成本因素时，最节能的设计方案并非成本最低，认为节能效益必须与经济性相结合来综合考虑。另外,BIM与其他技术结合更具优势。BIM与虚拟现实技术结合可以获得真实三维环境感觉，与GIS软件集成可以更好地规划城市内部绿化及外部与自然环境的融合。然而,BIM与建筑节能化发展也各存在一定的不足，如BIM基础建模过程烦琐、复杂，绿色建材评价标准及绿色体系不完善，绿色建材市场发展不成熟，还需进一步完善。3结论1)BIM技术在建筑的设计、改造阶段的节能体现可归结为如图5 所示。2)BIM技术在建筑施工阶段的节能体现可归结为如图6 所示。建筑节能专栏BUILDINGENERGYSAVINGCOLUMN声环境不同的节能材料、多个BIM模型节能技术负荷光环境节能模拟排能耗图5 BIM技术在建筑设计、改造阶段的节能体现热环境风环境多方案优化设计经济性分析节能模拟综合节能性、经济性，对比改造或设计优化效果最优设计方案指导工程施工信息交流对各方施工图纸进行碰撞检查，避免图纸不符延误工期，节时进度管理施H过中程明确施工进度，保证工期，节时场地管理合理规划场地，节地成本管理系统记录施工费用，节材质量管理确保施工工程量及材料利用率，减少后期质量问题，节材、经济图6 BIM技术在建筑施工阶段的节能体现2023年第0 9 期1273SHANGHAIENERGYSAVING上海节能SHANGHAIENERGYSAVINGNo.0920237崔现沅.建筑信息模型(BIM技术在建筑工程施工管理中的应用 J.参考文献1中国气象局气候变化中心.中国气候变化蓝皮书（2 0 2 1 M.北京：科学出版社,2 0 2 1.2张凯,陆玉梅,陆海曙.双碳目标背景下我国绿色建筑高质量发展对策研究 J.建筑经济,2 0 2 2,43(3):1 4-2 0.DOI:10.14181/ki.1002-851x.202203014.3廖亚凡.论降低施工阶段能耗对建筑节能的重要性 J.城市建筑,2020,17(2):49-50+59.DOI:10.19892/ki.csjz.2020.02.016.4周琦,宋永朋.BIM技术在绿色建筑节能设计中的应用 J.智能建筑与智慧城市,2 0 2 2(4):1 42-1 44.DO1:10.13655/ki.ibci.2022.04.042.5王文韬,赵吉坤.基于BIM技术的绿色建筑节能优化研究 J.建筑节能(中英文),2 0 2 2,5 0(7):41-49.6武琳,李忠秋.基于BIM技术的装配式建筑标准化设计与节能降耗路径研究J砖瓦,2 0 2 2(8):5 0-5 2.DOI:10.16001/ki.1001-6945.2022.08.011.工程建设与设计,2 0 2 1(2 4):1 0 0-1 0 2+1 1 1.DOI:10.13616/ki.gcj-sysj.2021.12.231.8张涛,李鸿杰,陈超环.BIM在施工场地管理中的应用研究 J.建筑技术开发,2 0 2 1,48(4):9 8-1 0 0.9彭靖.基于BIM技术的老旧住宅建筑节能改造研究 J.产业创新研究,2 0 2 2(2):8 3-8 5.10于波.基于BIM技术的既有居住建筑节能改造方案设计分析 J.住宅与房地产,2 0 2 1(5):8 6-8 7.11张学顺,方廷勇,徐俊,等.基于BIM技术的既有居住建筑节能改造方案设计 J.工程与建设,2 0 1 6,30(3):37 9-38 1+39 0.12马乐原,陈悦华.BIM在鲁中地区传统农宅节能改造中的运用 J.华侨大学学报(自然科学版),2 0 1 9,40(4):5 0 3-5 0 9.13 Guo Sy-Jye,Wei Taibing.Cost-effective energy saving measuresbased on BIM technology J.Energy and Buildings,2016,127:433-441.HYDROGENENERGYANDENERGYSTORAGEH氢能与储能总投资5 1 亿元8 个氢能项目签约长三角9月1 4日，以“氢创未来”为主题的2 0 2 3中国（嘉兴)氢能产业大会暨2 0 2 3氢能专精特新创业大赛在浙江嘉兴港区长三角（嘉兴）氢能产业园举行。中国工程院院士、国家电网公司顾问、国家能源集团电力领域首席科学家黄其励，中国氢能联盟战略指导委员会委员、中国工程院院士顾大钊，中国氢能联盟战略指导委员会委员、中国工程院院士衣宝廉，国家能源集团副总工程师、化工产业管理部主任、化工公司党委书记、董事长闫国春，中国氢能联盟秘书长、国家能源集团国华能源投资有限公司党委副书记、总经理刘玮，浙江省应急管理厅副厅长李公杭，新华网股份有限公司副总裁张芮宁，中国特种设备检测研究院副院长李军，浙江省金融控股有限公司党委副书记、董事翁文斌，国家能源集团国华投资（氢能公司）党委委员、副总经理、总会计师刘瑞生，中国船舶集团投资有限公司首席投资总监吴荣斌，嘉兴市人民政府副市长倪沪平等出席大会。倪沪平在致辞中指出，近年来，嘉兴围绕打造先进制造业集群目标，坚持高站位规划、高水平投入、高标准推进，持续深化氢能产业链、创新链、应用链，初步建成具有嘉兴特色的氢能产业体系。截至目前，建成加氢站9 座，累计加氢量9 6 万kg，加氢站数量居全省首位。全市燃料电池汽车示范推广41 1 辆，累计运行里程近2 5 0 0 万km。同时，不断完善政策体系，为氢能产业快速发展提供了有力支撑。嘉兴也将锚定打造长三角氢能高端装备集聚地、氢能技术创新策源地、氢能拓展应用先行地的发展愿景，全力建设长三角氢能产业示范区和浙江省“环杭州湾”氢走廊重要节点城市。吴佳在致辞中表示，嘉兴港区立足化工新材料园区工业副产氢资源丰富的产业基础，深入推进氢能产业发展各项工作，通过贯通氢能“产业链”，深耕氢能“创新链”，拓宽氢能“应用链”，着力打造长三角氢能先进制造业基地。同时，本次大会共有8 个氢能项目现场签约，合计总投资5 1.1 亿元，包括年产30 套碱性电解槽电解水制氢系统研发与生产基地项目、优沐二期新增年产1 2 0 0 0 个玻璃纤维四型压力气瓶项目、氢投技术固体氢动力系统产业化项目等。建筑节能专栏1274BUILDINGENERGYSAVINGCOLUMN（来源：氢云链）