建筑能耗模擬探究

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1傳統(tǒng)能耗模擬分析存在的缺陷

傳統(tǒng)的能耗模擬分析存在的缺陷主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：（1）只能在建筑設(shè)計(jì)方案生成后進(jìn)行能耗模擬分析；（2）模擬分析工具的選取有限；（3）最終模擬結(jié)果與現(xiàn)實(shí)情況之間存在較大的誤差。造成建筑能耗偏大的主要原因之一就是沒有在方案設(shè)計(jì)前進(jìn)行合理準(zhǔn)確的模擬分析，這一點(diǎn)從前文概述的空調(diào)的耗能問題可見一斑。建筑能耗模擬的設(shè)計(jì)具有優(yōu)越性，但這在傳統(tǒng)能耗模擬分析中難以體現(xiàn)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)能耗模擬的分析一般發(fā)生在施工前期，如若模擬結(jié)果顯示能源消耗巨大，那之前的設(shè)計(jì)方案就要進(jìn)行大幅的修改，另外二次施工的過程也是相當(dāng)繁復(fù)。并且傳統(tǒng)的能耗模擬分析沒有適用于設(shè)計(jì)方案階段的分析軟件，無法做到通過數(shù)字化信息進(jìn)行真實(shí)信息的模擬和對(duì)現(xiàn)實(shí)的建筑行為的預(yù)測。BIM技術(shù)的出現(xiàn)，不僅有效解決了上述傳統(tǒng)能耗分析的問題，還優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案和施工的效率。

2BIM技術(shù)的基本特征

BIM的全稱是BuildingInformationModeling,普遍把它翻譯為建筑信息模型或信息管理。簡單來說就是利用建筑工程中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息作為基礎(chǔ)，一項(xiàng)基于3D模式的運(yùn)行軟件，能夠輔助建筑設(shè)計(jì)，通過對(duì)數(shù)字信息的模擬結(jié)果演示出建筑工程本身的真實(shí)信息。達(dá)到信息數(shù)字化、遠(yuǎn)程監(jiān)工、數(shù)據(jù)全方位分析、建筑實(shí)施管理等目的。BIM技術(shù)在現(xiàn)階段，是很多大型建筑企業(yè)首選的工程設(shè)計(jì)工具。因?yàn)樗粌H僅能夠?qū)?shù)字化的信息進(jìn)行提取，還能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膽?yīng)用。在建筑工程的整個(gè)周期中，BIM技術(shù)可以將建筑物的信息模型與管理模型進(jìn)行匹配，并通過參數(shù)規(guī)則對(duì)信息進(jìn)行調(diào)整，這使得建筑信息模型可以在一定范圍內(nèi)預(yù)測在實(shí)際建筑過程中可能發(fā)生的建筑行為，從而提高設(shè)計(jì)階段的工作效率，降低施工階段的工作風(fēng)險(xiǎn)。BIM技術(shù)的基本特征主要包括以下幾點(diǎn)：

2.1可視化

可視化即“所見所得”。對(duì)整個(gè)建筑行業(yè)來說，建筑行為的發(fā)生與BIM技術(shù)的可視化有著直接聯(lián)系，它直接反應(yīng)了建筑設(shè)計(jì)初期所存在的基本問題。

2.2BIM技術(shù)的模擬性

與傳統(tǒng)建模設(shè)不同的是，BIM技術(shù)不僅能設(shè)計(jì)出建筑物的基礎(chǔ)模型，還能對(duì)施工現(xiàn)場可能發(fā)生的諸多意外情況進(jìn)行模擬操作。

2.3優(yōu)化性

建筑設(shè)計(jì)本身就是一個(gè)不斷改進(jìn)和優(yōu)化的過程，由BIM技術(shù)衍生出的各種優(yōu)化工具也能基本解決復(fù)雜項(xiàng)目的簡化，時(shí)運(yùn)行更加迅速。

2.4協(xié)調(diào)性

在建筑工作中，一旦建筑項(xiàng)目的一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就需要將建筑設(shè)計(jì)的相關(guān)參與人員召集起來，進(jìn)行協(xié)調(diào)溝通，找到問題源頭，并將已發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)降到最低，想辦法進(jìn)行補(bǔ)救。協(xié)調(diào)性作為BIM技術(shù)中的重要內(nèi)容，可以通過信息共享有效協(xié)調(diào)各參與方的設(shè)計(jì)方案，找到問題的最優(yōu)解。

2.5BIM技術(shù)的可出圖性

可出圖性并不是建筑初期常見的一張圖紙，而是在可視化、模擬行、優(yōu)化行、協(xié)調(diào)性的基礎(chǔ)上，為業(yè)主提供綜合且系統(tǒng)的圖紙。BIM技術(shù)的基本特征，在建筑設(shè)計(jì)的不同方向發(fā)揮著不同的作用，它將一個(gè)建筑工程的諸多參與方通過同一個(gè)平臺(tái)進(jìn)行信息共享和模型設(shè)計(jì)，更加有利于建筑的初期開展和后續(xù)問題處理。

3BIM技術(shù)在建筑能耗模擬設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

BIM技術(shù)在建筑能耗模擬方面的應(yīng)用只是BIM技術(shù)在整個(gè)建筑周期中的一部分，對(duì)整個(gè)建筑項(xiàng)目來說，BIM建模包含了建筑所需要的全部信息，這樣專業(yè)設(shè)計(jì)人員在方案設(shè)計(jì)階段就能對(duì)建筑整體進(jìn)行更加全面的性能分析。例如：建筑負(fù)荷的選定、采光和通風(fēng)問題等。這在一定程度上，提高了節(jié)能設(shè)計(jì)的效率，將模擬結(jié)果靈活運(yùn)用在施工階段，發(fā)揮了BIM技術(shù)的優(yōu)勢，促進(jìn)了我國高效節(jié)能的發(fā)展。

3.1運(yùn)用在建構(gòu)設(shè)計(jì)方面

BIM技術(shù)在建筑能耗模擬設(shè)計(jì)中的運(yùn)用首先體現(xiàn)在建構(gòu)設(shè)計(jì)方面，其通過參數(shù)自動(dòng)化和模型集成化可以實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的基本建構(gòu)功能。基于BIM技術(shù)的參數(shù)自動(dòng)化主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）利用設(shè)計(jì)的參數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀取與存儲(chǔ)，并實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)，達(dá)到反饋的效果，使得后續(xù)工作的發(fā)展有具體的方向，有利于技術(shù)人員高效解決參數(shù)不匹配的問題。（2）在新形成的建構(gòu)模型中也能自動(dòng)轉(zhuǎn)換成與之匹配的參數(shù)，并可以與原有的設(shè)計(jì)體系完美整合，形成互補(bǔ)的參數(shù)原則，使得節(jié)能建模設(shè)計(jì)與實(shí)際施工之間形成緊密聯(lián)系。模型集成化：參數(shù)的自動(dòng)化在一定程度上影響了設(shè)計(jì)的內(nèi)部集成模型，因?yàn)樵谀芎哪M中，BIM技術(shù)可以根據(jù)不同的參數(shù)規(guī)則形成最優(yōu)的集成模型，使每個(gè)單元的信息更加準(zhǔn)確具體。再者，在建構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，BIM技術(shù)通過數(shù)字化信息的處理，可以對(duì)建構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行全面系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，這些數(shù)據(jù)都將作為參考，規(guī)避設(shè)計(jì)人員的簡單人為失誤，對(duì)內(nèi)部模型的集成形成有利條件。其對(duì)同類數(shù)據(jù)模型的分析和組合，也能在一定程度上，提高技術(shù)人員的工作效率。

3.2運(yùn)用于建筑結(jié)構(gòu)與場地分析

建筑節(jié)能模擬設(shè)計(jì)的可行性不僅僅取決于建筑工程項(xiàng)目本身，還與建筑工程所處的地段有著很大關(guān)聯(lián)。場地的地質(zhì)、水質(zhì)、居民和交通情況等都會(huì)給能耗模擬設(shè)計(jì)產(chǎn)生一定程度上的影響。而BIM技術(shù)可以做到與地域信息系統(tǒng)相結(jié)合，對(duì)建筑工程所選擇的場地進(jìn)行實(shí)際模擬，并會(huì)生成虛擬的環(huán)境，在此構(gòu)建符合工程量的模型。這樣不僅能夠全方位分析出建筑場地的優(yōu)勢和劣勢，幫助選擇最優(yōu)的建設(shè)地點(diǎn)，還能使建筑結(jié)構(gòu)與所處環(huán)境彼此適應(yīng)，從而使建筑的整體效果達(dá)到最佳，保證了設(shè)計(jì)的合理性與可操作性。

3.3運(yùn)用于建筑結(jié)構(gòu)性能分析

建筑的能耗模擬并不是把各個(gè)部分的能源消耗提取出來一一排列，而是將每個(gè)部分的信息等進(jìn)行有機(jī)組合，整合為一部分。建筑能耗模擬的目的無外是節(jié)能，BIM技術(shù)對(duì)建筑性能分析的運(yùn)用，既能達(dá)到節(jié)能，也能使建筑的最終整體效果合理美觀，且其穩(wěn)定性和抗震性等都符合建筑的對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的性能分析，需要投入大量的人力、物力，花費(fèi)時(shí)間去演算各種公式，才能得出分析結(jié)果，且分析結(jié)果與實(shí)際結(jié)果存在一定誤差，會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)性能的良好帶來一定影響。反觀基于BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)模擬，只需將構(gòu)建出的模型信息利用性能分析軟件進(jìn)行導(dǎo)入和演示，便可迅速精準(zhǔn)地獲得分析結(jié)果，技術(shù)人員也可根據(jù)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)性能的改善和升級(jí)，進(jìn)而減少能耗模擬的工作量。

4運(yùn)用BIM技術(shù)所存在的問題

4.1缺乏標(biāo)準(zhǔn)體系

在建筑能耗模擬中運(yùn)用BIM技術(shù)的手段目前還處于探索階段，各個(gè)國家及地區(qū)還沒有與之對(duì)應(yīng)的具體行業(yè)規(guī)范，設(shè)計(jì)項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)體系和執(zhí)行政策還處于調(diào)研或協(xié)商的環(huán)節(jié)。BIM技術(shù)的信息化和集成管理化，急需行業(yè)建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的體系，以降低風(fēng)險(xiǎn)。

4.2BIM成本相對(duì)較高

利用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑能耗模擬需要高昂的資金運(yùn)轉(zhuǎn)，而且對(duì)技術(shù)人員的專業(yè)性要求和設(shè)備的硬性需求較高，因而還需要把一定的資金投入到人員培訓(xùn)和設(shè)備購買上，并且要對(duì)設(shè)計(jì)軟件不斷優(yōu)化更新。值得一提的是BIM的存檔問題造成許多企業(yè)的困擾，要想根本解決這個(gè)問題，就要更新相關(guān)硬件的配置。BIM技術(shù)在現(xiàn)階段來說，需要投入的成本較高，一些發(fā)展中或剛起步的企業(yè)很難直接引入。

4.3軟件更新迅速帶來的技術(shù)問題

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建筑能耗模擬問題的不斷攻克，BIM技術(shù)或?qū)⒂瓉韼p峰期，而科技的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的更迭，對(duì)于設(shè)計(jì)軟件本身而言，肯定會(huì)存在一定缺陷。軟件開發(fā)與實(shí)際不適用，模擬結(jié)果的誤差，以及在技術(shù)經(jīng)驗(yàn)上的要求等。目前BIM技術(shù)的運(yùn)用跟不上日益增長的市場需求，要突破這些技術(shù)問題，仍需不斷嘗試和探索。

4.4市場競爭愈演愈烈

整個(gè)建筑行業(yè)，因BIM技術(shù)的推廣逐漸變得透明，其降低生產(chǎn)成本和減少浪費(fèi)的優(yōu)勢，從另一個(gè)角度來看，也影響了相關(guān)企業(yè)的利潤，甚至?xí)绊懻麄€(gè)行業(yè)的利益。沒有引入BIM技術(shù)或?qū)IM技術(shù)運(yùn)用還停留在表面的企業(yè)，在激烈的市場競爭中將被淘汰。BIM技術(shù)或?qū)⒆鳛槠髽I(yè)發(fā)展的必要條件，成為參與市場競爭的一條鐵則。

5結(jié)束語

BIM技術(shù)是以信息參數(shù)為基礎(chǔ)建構(gòu)的設(shè)計(jì)體系，具有較完善的共享機(jī)制和較強(qiáng)的協(xié)調(diào)性，為建筑工程設(shè)計(jì)和階段性施工提供信息模型，使施工的各個(gè)參與方內(nèi)部一致，進(jìn)而降低建筑的生產(chǎn)成本，是建筑設(shè)計(jì)乃至整個(gè)建筑業(yè)未來的主要發(fā)展方向之一。綜上所述，建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之所以越發(fā)重要，是因?yàn)楝F(xiàn)階段我國的建筑數(shù)量不斷增多，其所帶來的能源消耗巨大，因此進(jìn)行科學(xué)的能耗模擬設(shè)計(jì)，不僅能節(jié)能和減少浪費(fèi)，還能夠保障國家和人民的利益及人身安全。盡管現(xiàn)階段的BIM的技術(shù)運(yùn)用仍有許多問題有待解決，但立足于長遠(yuǎn)發(fā)展的角度來看BIM技術(shù)的發(fā)展將超過電腦對(duì)建筑行業(yè)的影響，其逐漸完善的標(biāo)準(zhǔn)體系將為建筑設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，為建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)用和相關(guān)技術(shù)的推廣貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)

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[2]曾旭東，譚潔.基于參數(shù)化智能技術(shù)的建筑信息模型[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2006,26(6):107-110.

作者：周昊 毛明慧  劉釩 單位：吉林建筑科技學(xué)院