基于BIM技术对某青教公寓的能耗分析

【摘要】近年来，由于全国各地建筑工程项目数量逐日递增，各项目规模也处于不断扩大的趋势，与此同时，环境污染以及能源短缺的问题在世界范围越发受到关注，为此，国家提出了可持续发展与绿色建筑的概念并得到了各地区的积极支持与响应。而在当前建筑行业，BIM技术无疑是对推进绿色建筑最有效的技术手段，利用BIM技术能够实现项目资源的合理化使用，减少能耗，节目项目成本。

本次毕业设计使用了本校青年教师公寓图纸进行了revit建模，然后通过使用Ecotect软件进行温度，风向，光照等数据的分析。

【关键词】BIM；绿色建筑；能耗分析

引言

建筑信息模型（Building Information Modeling）概念来自于20世纪70年代的X，之后Charles Eastman、Jerry Laiserin等都对其概念进行了定义，大致来说，BIM是基于三维数字技术的工程数据模型，该模型集成了有关建设项目的各种相关信息，它也是一种用于设计，施工和管理的数字技术。Autodesk在2002年推出了revit软件，并在全球范围内推广了BIM的概念。 如今BIM技术已逐渐为人们所接受并应用于实际工程中，它使建筑物信息更加完整和直观。

随着社会发展，建筑行业已然成为拉动我国经济增长的主要动力。在计算机技术的不断发展下，与建筑相关的软件也不断出现。CAD的出现标志着建筑业的第一次技术革命。上世纪80年代，我国开始将CAD应用于土木工程，经过几十年的发展与完善，CAD在我国已颇具规模，广泛应用于建筑的各个领域，也被绝大多数设计院与设计公司所接纳甚至熟练掌握。

如今BIM的出现，将传统的设计阶段2D制图和3D制图转向了具有全生命周期的3D建模，极有可能引领建筑业的第二次技术革命。我国在21世纪初引进了国外Autodesk公司的BIM及相关软件，但由于各方面因素的限制，BIM在我国的发展较为缓慢，与国外BIM技术发展相比，BIM在我国还处于试点阶段。只有较少的大型设计院才开始应用BIM，且BIM也仅仅应用在少数较大型工程上，项目实例少之又少。很多相关公司、部门不想负担其前期较高的设计成本，便将BIM拒之门外，许多相关文献的研究点也只停留在设计阶段。

最近几年随着中国城市化进程的推进，建筑市场的快速发展也暴露出一系列与质量，安全和其他工程相关的问题，并在一定程度上限制了建筑行业的发展。中国建筑业的发展一直是粗放式的发展，很容易出现建筑成本不断提高，劳动效率反而下降的情况，达不到可持续发展的。一些问题在实施相关的发展策略之后得到了解决，但关键的根本原因仍未得到解决，造成这种局面主要是由于中国的项目建设管理理念落后，缺少管理经验的累积，过于借鉴国外的管理模式，还没有找到符合中国国情的管理方法。其次是我国信息化建设相对落后，水平还较低，相关行业工作人员主要使用的是CAD技术，但是这种水平无法满足建筑行业当前的需求。

建筑业的迅速发展对中国的生态环境产生了一定的影响，目前我国主要推崇绿色、节能、环保的发展理念。在传统的项目管理模式下，没有科学合理的建筑物的结构设计，也没有先进的施工手段，因此容易导致资源浪费和高成本现象的出现。同时，建筑垃圾会对城市环境产生较大影响，所以说，传统的项目管理模式已经不再符合中国的发展理念。

一、工作过程描述

（一）选题

我们小组选择了以学校的青年教师公寓为研究对象，分别从不同的角度研究，我选择了从能耗分析角度着手。

　（二）软件工具的选择与介绍

BIM软件并非简单的软件，而是发展的重要平台。其能将原本的信息放到平台中开展集合、研究、综合，此外创建的模型为nD，并非平面内容。此软件能利用综合技术平台完成更高层次的维度研究，并能和众多有关技术联系起来。利用平台的创建来保证信息交互，让工程参加各方利用上述可视化平台承担自身的职责和义务，遵守有关要求和准则，进一步提高运营效率，强化合作效果，进而减少施工时间，减少费用，划分各自责任。

图表 1BIM软件分类

（1）revitArchitecture

revit原为revitTechnology公司，后于2002年被欧特克公司（Autodesk） 收购合并，Autodesk的BIM软件是以revitArchitecture为核心，一般和revitStructure及revitMEP组合，开展结构研究和设计活动。Autodesk在世界上具有较大的影响力，下属公司所设计的工具具备强大的可执行力，都可以和revit融合，进而完成整合建筑模型信息的目标。BIM创建3D模型的时候需要花费大量的时间，使用SketchUP可以高效创建3D模型，被当作建筑项目的早期计划。在revit中全部模型内容被存放到单个模型内，修订或者改变认可部分，剩余模型有关部分会直接进行更新，双向关联性强。此外，参数式组件（被叫做族群）具备用户自主设计组件作用，比如门、窗等部分，此外不需要其他程序语言或者编码活动，revit也准备了较为方便的用户接口，工具内部提供简单教学内容进行解释，使用F1就可以直接炸找软件效果，减少功能查找时间。在建筑工程的设计时期，创建3D数字化建筑模型开始获得建设组织、设计组织及施工组织、监理组织的支持，给业主带来更加直接的建筑体态了解，同时，这个三维建筑模型还包括与建筑相关的大量参数信息，为后面的绿色建筑环境能量分析提供了依据。

（2）EcotectAnalysis

作为BIM软件的成员，Ecotect被广泛用于工程界的建筑环境模拟中，并被证明是一种非常有效的工具，可以以图形和数据的形式快速模拟并及时向用户提供相关信息。它为建筑师节省了大量宝贵的时间和精力，还为他们提供了可持续的建筑设计理念和方法。BIM绿色建筑工具Ecotect主要使用严谨的算法，与RADIANCE、POV、Ray、VRML、EnergyPlus、HTB2热分析工具都具有导入导出功能。其中最初设计理念是非常关键的部分，也是建筑行业节能发展的突出表现，特别是与SketchUP的组合应用全面表现出设计作品共向生态领域的扩展。

Ecotect可以处置建筑性能的多个部分，需要充足的信息进行刻画。为降低设计师的压力，其采用独有的累计数据输入方式。只用少数几个几何细节内容，设计模型 被优化与改善，精准度更高，加入需要具体统计的时候，需要进行科学选择，填写较多的核心内容。可以选择阳光照射、遮蔽和光照三部分。Ecotect的另外一个主要方面是新颖的3D界面的开发，原本的几何CAD系统事实上并不符合初期设计需求，由于其对输入需求提出较多标准，精准度需求更高，导致设计师必须开展精准计算，所以Ecotect开始使用建筑构件内的本质关系，减少原本相对繁琐的几何体创建环节，增加模型的编辑性。Ecotect准备大量实时性研究信息，例如修高地面材料，就能对比房间中声音反射和温度情况，屋内温度等发生的变动，利用增加窗户就能直接查看到其所造成的的屋内热效应、光环境等情况。另外此软件的操作也免于输出结果具备较高的图形化，非专业人员也能高效地了解和认知图形。

revitArchitecture和EcotectAnalysis的档案交换并不是完全兼容同步的。从revitArchitecture到EcotectAnalysis交换数据文件通常使用两种文件格式：gbXML格式或者DXF格式文件。

1.通过gbXML格式的数据交换

gbXML模式有助于在数据库，BIM创作和模拟工具之间进行数据传输。该协议通过将建筑物的几何形状与描述性数据相链接来定义BIM模型中的信息。 gbXML是基于XML（一种非专有协议）开发的，该协议允许自定义标记语言以在各个域内交换信息。 gbXML可以捕获表示形式而不是信息之间的关系。首先，为几何图形中的所有曲面分配两种表示形式，即平面几何图形和矩形几何图形。它们相互补充，目的是检查模型转换的准确性。对于包含与照明或能量数据有关的传感器信息的模型，gbXML包含一个仪表元素，该元素处理每个传感器的信息名称，描述和使用率。 gbXML以其简单性而闻名，因为可以使用XML表从gbXML文件中提取数据，尤其是传感器信息。但是，几何信息仅限于矩形。由于它是非专有协议，因此进一步的研究可能会修改gbXML，以识别和解释基于BIM的绿色建筑评估所特有的可持续信息。

通过gbXML格式进行revitArchitecture与EcotectAnalysis的数据交换时，必须对revitArchitecture模型先进行一定的前处理，主要步骤是：1、创建房间界限2、分割线3、结构简化4、房间种类和空间面积设定5、增设信访件6、各个部分冲突查验7、创建房间剖面视图和核查检查情况。

2.通过DXF格式的数据交换

通过DXF格式进行revitArchitecture与EcotectAnalysis间的数据交换时，revitArchitecture模型的处理主要是对模型的简化。其中，建筑物模型内部视图包括众多对象和充足信息。传送文件便于在相关工具内正常使用，revitArchitecture会输出单个或众多视图内可见图形数目，因此可以获得下述结论：1、提升输出时期物建的性能2、降低输出文件的规格3、提升文件在应用程序内的作用4、缩减档案在输出时期存在的问题。

（3）Green Building Studio

Green Building Studio(GBS)是一款基于Web的分析工具，能够分析出建筑的整体能耗、水资源使用情况和碳排放。用户在登录GBS网站并创建基本项目信息后，可以使用插件将revit等软件中建立的模型导出gbXML并上传到GBS的服务器上，计算结果能够立刻显示并可导出和比较。

GBS的主要功能包括：能耗和碳排放的计算结果、建筑物能耗的整体分析、碳排放量报告、水资源利用费用和评估、光伏能源生产潜力、EnergySTAR评分、LEED的自然照明评价、精确气的象模拟/详细气候分析、风能潜力、自然通风潜力和方案比较等等。

GBS采用了当前广泛使用的云计算技术，因此具有处理数据能力和效率都很强大。此外，其Web功能还使信息共享和多方利益相关者协作具有先天优势。同时，其功能强大的文件格式转换器可以成为BIM模型与专业能源模拟软件之间的桥梁

　（三）工作过程概述

本次毕业设计的工作首先是确定论文选题，查找相关的参考文献，构建论文整体的理论框架，并了解当下的节能趋势，从而为后续的实验打下基础。

第二步是学习上述三个软件的使用方法，通过观看教学视频掌握后续实验所需要的知识。

第三步是利用CAD图纸建立模型，AutodeskrevitArchitecture和ArchiCAD是为此研究确定的两个主要创作工具。两种工具都建立在参数化建模技术之上，该技术可让用户根据图形和非图形数据的组合创建设计（Nguyen等，2010）。可以基于实际的建筑元素（例如墙，柱，梁，地板和窗户）开发3DBIM模型，从中可以提取详细的材料明细表。

第四步是对项目进行能耗分析，通过对revit建立的模型进行房间分割，以gbXML格式导入到EcotectAnalysis和Green Building Studio软件中进行能耗分析。

二、实际案例

（一）工程概况

本设计报告研究工程对象为南京审计学院青年教师公共租赁住房，对其进行了能耗分析。

（1）项目位置：南京审计大学校园内，基地周围花草茂盛，环境优美。

（2）气候条件：南京属亚热带季风气候，雨量充沛，年降水1200毫米，四季分明，年平均温度15.4°C，年极端气温最高39.7°C，最低-13.1°C，年平均降水量1106毫米。春季风和日丽；梅雨时节，又阴雨绵绵；夏季炎热，秋天干燥凉爽；冬季寒冷、干燥。南京春秋短、冬夏长，冬夏温差显著。

（3）建筑面积：9885.52平方米

（4）建筑高度：17.40m

（5）建筑结构形式：剪力墙体系

（6）建筑朝向：南偏东30°

（7）建筑节能面积：3642.9㎡

（8）体型系数：0.3

（9）工程项目节能水平：按节能50％计算

图表 2青教公寓北立面

（10）建筑围护结构

1．围护结构构造

外墙类型（自外至内）1：水泥砂浆（20mm）+ 页岩模数多孔砖（200mm）+ SGF粉刷石膏预拌砂浆（30mm）

屋面类型（自上而下）1：细石混凝土（50mm）+水泥砂浆（20mm）+复合玻化珠保温板（90mm）+水泥砂浆（20mm）+钢筋混凝土（120mm）

热桥梁、热桥楼板类型1：水泥砂浆（20mm）+钢筋混凝土（250mm）+ SGF粉刷石膏预拌砂浆（30mm）

热桥柱、热桥过梁类型1：水泥砂浆（20mm）+钢筋混凝土（250mm）+ SGF粉刷石膏预拌砂浆（30mm）

分户楼板1：水泥砂浆（20mm）+钢筋混凝土（100mm）+ SGF粉刷石膏预拌砂浆（30mm）+水泥砂浆（20mm）

外窗类型1：断热多腔密封铝合金6透明+12A+6透明，传热系数3.2 W/m2.K

2：断热多腔密封铝合金6中透光LOW-E +12A+6透明，自身遮阳系数0.50，传热系数2.4 W/m2.K

外门类型1：阳台门：成品断热密封铝合金门，传热系数2.40 W/m2.K

2：分户门：防盗保温门，传热系数2.40 W/m2.K

2．建筑热工节能计算汇总表

主要热工性能参数：

外墙全楼加权平均传热系数（图表3）

屋顶传热阻值判定 （图表4）

楼梯间分户隔墙传热阻值判定（图表5）

分户楼板墙传热阻值判定（图表6）

　（二）工作环节

1.技术路线

本次毕业设计的研究内容为：基于BIM技术的某公寓的能耗分析与节能优化。在理论阶段，首先需要研究BIM技术与BIM能耗管理的现状，再对BIM技术与建筑能耗管理体系有一定的定义理解。在分析阶段，首先，Autodeskrevit是主流的BIM建模软件，有一系列的能耗分析软件进行辅助，通过导出gbXML、DXF等文件格式，可以进行后续的分基于BIM技术的某公寓的能耗分析与节能优化析，因此通过revit进行工程的建筑信息模型的建立。由于Autodesk公司有相应的能耗分析软件，数据对接相对方便友好，所以选择EcotectAnalysis和Green Building Studio进行能耗分析，利用EcotectAnalysis软件对建筑模型进行光照分析，太阳辐射及太阳能使用率分析，热环境分析等，最后使用Green Building Studio进行建筑的

整体能耗分析，最终提出优化方案。

2.revit建模

首先将总平面图的CAD图纸导入Autodeskrevit软件中对项目进行定位，再、根据图纸创建标高，将±0.00的标高设为F1，将F2的标高设为2.80m，也可以用复制的方法设置其他标高，然后在视图-创建-平面视图-楼层平面选择相应的标高。因为室内外有0.6m的高度差，在-0.60m设置基础层。然后切换到一层平面图，在一层平面图中绘制相应的轴网，第二部导入图纸，根据图纸进行柱子的绘制，再根据图纸新建墙体构件，墙体的材料与标高等需要设置好，在属性的限制条件中设置底部限制条件、底部偏移、顶部约束、顶部偏移，所以墙高不光可以设置一层，还可设置多层，或与楼层标高不同的高度。布置墙体要注意方向，逆时针为正确的方向，顺时针布置时还要改变方向，如果不能辨别墙体对外方向是否正确，可以在三维视图中观察。第三步在一楼墙体设置完成后，可以设置门窗，安装软件南京审计大学毕业设计时带的门窗族非常少，不够建模的需求，可以载入族，根据选项中的路径，载入类似门窗族，编辑类型，更改门窗高宽，材料，防火等级等。选定门窗后，只有鼠标在墙上时才能安装，在其他地方，门窗不能安装。安装窗时，容易被忽略的是默认底高度距离标高为900㎜，根据CAD图纸更改底高度，门也一样。第四步进行楼板的绘制，楼板边缘可以拾取墙，比用线操作方便。若无更改，一楼楼板的顶部标高为F1±0.00，类型、属性设置和墙体一样，其他构件的类型属性也和墙体一样，值得一提的是楼板的标高指的都是楼板上表面标高。这样一号楼的主体结构就绘制完成了。第五步是屋顶，通过迹线屋顶设置偏移绘制出屋顶，第六步是楼梯在F1和F2的楼梯用的是按草图，因为楼梯两段的台阶数不同，不能自动生成平台，F3及以上楼层按构件绘制楼梯，能自动生成平台。在布置楼梯时，要注意的有标高、宽度、所需踢面数、实际踏板深度、方向，很琐碎。在布置楼梯时另一个需要注意的就是栏杆扶手，一般在靠墙的地方是没有栏杆的，在楼梯平台靠窗那边是有栏杆的，要注意栏杆的设置。第七步是雨棚，导入雨棚的族按图纸进行绘制，最后得到项目的基本住宅楼的分布情况。

图表 7宿舍楼三维视图

在revit软件中运用体量命令建模可以加快建模的速度，虽然只是粗略的住宅楼在平面上的位置分布，但是也能直观地体现出建筑物分布的合理性以及运用防伪滚动按钮，可以直观地体现出住宅在东南西北不同面的阴影分布情况。

通过在revit中运用日光路径的设置到项目所在地并确定好项目分析的时间段，同时打开阴影追踪的命令按钮，即可得到项目在各个阶段内每栋住宅的采光的粗略分析结果。这一功能的又是最容易在项目的设计阶段体现出来，在项目的设计阶段，运用BIM技术在revit软件中建立出项目的大致的整体模型，利用创建的完整模型对工程开展全部日照、风条件、声条件的模拟研究，且在设计时期进行调节，确定建筑物的科学格局，使其调整到合理的分布位置。在项目整体的住宅楼及楼层的分部确定好后就是对每栋住宅楼的自然采光及室内通风的模拟分析以保证公寓的建筑分布及户型符合国家绿色建筑对住宅的指标要求。

3.EcotectAnalysis建筑能耗信息模型

将利用revit建立的模型以gbXML格式导出，然后使用记事本打开，另存为时将文件编码由Unicode改为ANSI，再将文件导入EcotectAnalysis进行能耗分析。

图表 8 Ecotect中的模型

借助BIM技术，EcotectAnalysis物理环境性能分析，我们可以

（1）全面的热工性能分析，包括日照与遮挡分析、光环境分析、自然通风分析、热环境分析、声环境分析、可视度分析等等。

（2）三维可视化能够与开发商之间交流方便。

（3）能够及时通过分析模型发现问题，减少工程项目损失。

（4）设计者能够对任意区域进行特定分析。某个区域的能源效率取决于很多因素，包括区域大小、建筑材料等，可以对区域的墙体、楼地板进行材料指定，通过材料的选择，通过模拟分析，使模型更加的细化，项目更加的节能。

4.Green Building Studio能耗模拟

将revit导出的gbXML文件导入Green Building Studio后，设置地理位置和能源价格等数据后，网站将会传到云端进行模型的年度能耗总成本、年度用电费用、年度燃气使用量等信息。

三、设计分析报告

　（一）研究背景及现状

1.研究背景

随着中国建筑业的不断发展，人们对城市智能化和绿色化的要求越来越高，有效地促进了BIM技术的广泛运用。在中国的建筑行业中，绿色建筑是未来发展与现代化建筑的核心。BIM技术下的绿色建筑评价使用相关软件来构建三维模型，用于建筑信息的交互和传输，通过数据交换接口对绿色建筑进行模拟分析，充分体现了在绿色建筑评价应用BIM技术的价值。在将来，BIM技术与绿色建筑评价的完整链接还需要加强，并引入建筑信息化新技术和方法，使其变的更加完善和先进，不再局限于模拟分析绿色建筑工程项目主要能耗指标。中国应在后续研究中加强对绿色建筑中其他能源的模拟分析，并进行项目实例验证，继续推动绿色建筑评估的进步和发展。

在过去的十年中，对环境的关注，对建筑物的需求增加以及更高质量的室内环境之间的相互作用影响了建筑物的设计和建造方式。为响应这一趋势，全球已制定并实施了绿色建筑评估计划（GBAS）。建立GBAS，例如LEED，BREEAM，BEAM Plus和CASBEE，作为从概念设计到建筑物的运营，翻新和拆除的综合性可持续性衡量标准。因此，GBAS的好处不仅限于认证，GBAS的标准还可以为建筑从业人员提供对建筑物性能的合理预测（Maltese等，2017）。但是，绿色建筑从业者在建筑设计阶段要满足这些标准时就面临着重大挑战（Zuo＆Zhao，2014），当时评估通常不够准确，前后不一致，并且在时间和成本方面对资源的要求很高。

为了促进绿色建筑设计，建筑信息模型（BIM）成为一种技术和过程，可在建筑物的整个生命周期中进行3D建模和信息管理。众所周知，BIM是一种数据丰富，智能且面向对象的参数化建筑建模工具，可以将各种类别的信息输入3D模型并进行管理以满足用户的需求。近年来，BIM的创新发展提供了支持绿色建筑实践的机会，被归类为绿色BIM。绿色BIM的核心定义是“基于模型的过程，用于生成和管理协调一致的建筑数据，从而有助于实现既定的可持续发展目标”。通过此定义，绿色BIM有助于进行各种性能分析和评估，例如声学分析，碳排放，建筑和拆除废物管理，照明分析，运营能源使用和用水。由于BIM包含用于各种分析的多学科数据，因此表明可持续性指标可以叠加在3D模型上以支持GBAS中的信用评估。然后，可以在BIM工具中存储和管理GBAS评级数据，从而可以在项目的早期设计阶段利用实际项目数据做出有用的设计决策。

2.研究现状

在BIM关于建筑物评估和能源分析的研究中，Alwan et al.（2015年）将BIM技术应用于建筑环境评估。研究发现，应用BIM技术可以快速有效地执行LEED评估。 Jrade and Jalaei（2015）专注于BIM和LEED的结合。 Jrade and Jalaei（2014）提出了一种将BIM，UD和可持续性相结合的方法，并希望为加拿大的可持续建筑提供参考。Samuel et al.（2017年）分析了在多米尼加共和国实施BIM的项目。研究发现，BIM工具可以有效地进行建筑能耗分析并为设计师提供帮助。 Motawa and Carter（2013）基于BIM模型，评估了绿色建筑节能和减排以满足行业需求的好处。 Jiang and Lei（2014）在赫尔辛基音乐中心项目中使用BIM技术进行了能源仿真设计。Gong et al.（2019）试图通过一种度量系统解决量化度量问题，该度量系统旨在通过使用多个标准分析来度量BIM对建筑能源管理（特别是对现有房屋的能源管理）的影响。

有一些研究讨论了BIM的成本管理，Ma et al.（2013年）建立了一个基于国际金融公司的建筑产品信息模型来进行成本估算。在这项研究中，他们实质上为基于BIM软件的中国建筑工程造价估算奠定了基础。Smith（2016）讨论了BIM领域中各种现有软件，技术和工具的实施和有效利用方面的成本管理专业人员。在Alashwal et al.的研究中探讨了模拟技术在成本估算和控制中的应用，并评估了其对项目成本绩效的影响。

对设计进行详细的成本效益分析对于帮助所有者找到有价值的信息以指导他们进行决策非常重要。Goodacre et al.（2002年）评估了英国存量建筑中提高供暖和热水能效的潜在规模。Lu et al.（2014年）采用一种替代方法，通过探索现实生活中AEC过程的时间-工作量分布曲线来衡量BIM成本效益。Liu et al.（2014年）以中国的万科城项目为例，对绿色建筑的EETA进行了成本效益分析。

在国内，在借鉴国外BIM的应用案例，我国自主研发了PKPM软件，但作为建筑方案阶段的能耗分析工具有较大的缺陷，影响其准确度，在模型建立阶段对异形建筑的绘制存在问题，在能耗管理过程存在信息不对称、构建相互独立等问题。赵毅立提出下一代建筑节能设计系统的构思，并成功建立了BIM数据管理平台原型系统。梁波研究了建筑设计初期的能耗管理问题，并在项目设计方案初级能耗分析中利用了BIM的优势，通过案例研究演示了BIM技术在建筑节能方面的作用。张伟伟通过比较Ecotect和Designbuilder软件在建筑能耗模拟过程和结果的差异，分析了Ecotect能耗模拟分析软件在建设项目规划阶段的适用性。

　（二）毕业设计分析成果

1.Ecotect节能研究

（1）气象数据分析

要使用Ecotect，必须输入本地的气象数据，Ecotect最常用的是WEA格式气象数据文件，它可以通过Weather Tool工具将不同来源的气象数据转换而成。每个城市都有好几种类型的气象数据，包括iwec、cswd、ctyw、swera。

IWEC来自X国家气象数据中心，能够通过计算得到部分辐射及云量的数据。

CSWD来自清华大学和中国气象局的数据中心，是国内气象数据的实测。

CTYW同样来自X国家气象数据中心，是机械工业出版社的一套数据。

SWERA来自联合国环境发展署，是由空间卫星测量获得的数据。

进行建筑能耗模拟时主要使用到前三个数据，最后一个主要用于太阳能和风能方面的分析。

图表 9气象数据

图表 10逐周平均气温

图表 11逐月风

图表 12主导风计算

南京地区属于亚热带季风气候区域，夏季盛行东南风，冬季盛行西北风，合理的自然通风能够对建筑物能耗产生积极影响以及提高人类生活质量和舒适度，可以促进室内空气流动产生散热的作用，改善空气质量并减少室内有害气体的含量。并且，还能减少夏季与冬季的空调使用量，做到更加环保节能。

（2）热环境分析

在某种意义上，对建筑物热环境的分析在于解决各种内部和外部干扰下的内部热环境参数。 外部干扰主要是指各种外部气候因素，包括室外温度，湿度和太阳辐射强度等。外部干扰主要作用于建筑物围护结构，并通过各种方式影响室内热环境，传播热量。 内部干扰主要涉及室内设备，人员和其他影响因素，这些因素能够直接影响室内的热环境。

图表 13热区域

（3）太阳辐射与最佳朝向分析

建筑施工中的玻璃幕墙相关功能作用便是可以有效隔断阳光辐射,而绿色建筑在进行节能设计中的主要目标便是控制建筑能耗,降低温室气体排放,同时还应该维持建筑物良好的隔热保温效能。为此绿色建筑中除了设计阶段之外,还应该了解建筑物承受太阳照射的现象和太阳的辐射恶化问题,实现预期操作目标。在进行模拟分析过程中,应该结合建筑实际状况构建三维数字模型。利用ECOTECT软件对各个时段中的建筑物阳光照射状况进行详细分析,实现精准化分析目标,随后把采集到的各种详细信息当成建筑朝向的设计依据。

图表 16最佳朝向图

建筑物最佳朝向的确定对建筑物能耗的模拟分析具有积极影响，建筑物接受太阳辐射量来自不同方向，其中存在一个方向是建筑物利用太阳能最充分的即为最佳朝向，Weathertool能根据所在地区各角度的全年太阳辐射分布情况，权衡计算得出建筑的最佳朝向，即在过冷的冬季得到较多的太阳辐射，而在过热的夏季得到较少的太阳辐射。根据上图可知，全年平均太阳辐射量最多的朝向为南偏东20°左右。经分析得出南京浦口区最佳朝向为南偏东7.5°，最差朝向为东偏北7.5°。

2.GreenBuildingStudio能耗计算

将青年教师公寓以gbXML格式导入GBS网页端，定位于南京地区。基于模型携带的大量建筑信息，GBS会快速计算建筑能耗，以大量报表的形式导出数据，具体数据见图表17所示。

图表17 GreenBuildingStudio能耗分析结果

（1）基本运行能耗分析

由图表18可知建筑的全年能耗花费为20230元，全生命周期花费为275395元，全年的能耗数据中，能源的使用密度为761MJ/m²/year，电能为139920KWh，燃料用量为953154MJ，年度高峰需求为89.9KW，在全生命周期中，电能为4197585kw，燃料用量为28594632MJ。

图表18基本运行能耗分析

（2）能源使用占比分析

基于BIM技术的某公寓的能耗分析与节能优化

图表19建筑能耗概算图

由图表19可见年度能源使用最多的在于空调和照明系统，通过分析各项能源的具体使用构成，可以发现降温使用的能源较多，因此采用绿色环保的降温措施有很大的节能潜力。

（3）优化方案

通过Ecotect分析能耗后，可以发现青年教师公寓的建筑节能存在以下问题：

（1）建筑热工设计。目前宿舍设计时，节能问题考虑欠缺，设计师主要还是考虑建

筑物的造型和立面效果，对建筑物的窗墙比、形体系数、光照等因素考虑不全面。如果

能更好的控制窗户面积，采用隔热性更好的双层、反射、吸热玻璃并改善遮阳设施，对

基于BIM技术的某公寓的能耗分析与节能优化

建筑物节能会有积极影响。

（2）围护结构保温性能问题。当下设计师在选择建筑材料时，主要考虑造价的因素，

因此选择在满足建筑结构的要求下最普遍的材料，而这样就需要消耗更多的能耗来维持

室内环境，造成资源浪费。

（3）空调系统节能问题。目前，进行空调设备型号选取时，空调设计负荷多采用静

态方法计算，以最大空调负荷、安全系数进行设备型号选取，造成效率较低，所以必须

通过动态方法计算结合实际运行情况合理选取空调设备，节约能源减少初投资。

（4）照明系统节能问题。大力推广高效照明的节能灯，提高房间内照度同时节约电

能。

四、结论与展望

　　（一）结论

BIM技术在绿色建筑设计中的应用研究

1.符合绿色建筑全生命周期的目标

建筑物的生命周期与建筑物的能耗有着直接的关系，影响建筑物能耗的因素是多方面的，主要有建筑密度、内部设备、单元形态、热源、外界环境和建筑使用的模式等。基于此，在设计到选址再到后期的废物处理，都要贯穿绿色建筑。BIM技术在应用过程中可以对设计流程进行整合，主要有选址、场地、工程设计、施工、维护和管理等。首先，在选址和改造过程中，要考虑场地的规模，还要考虑建筑条件和功能以及经济性的要求。应用BIM技术对场地的开发和利用率进行区分，从而提升土地的利用率。其次，在设计阶段通过BIM技术的分析，可以对建筑能量、建筑材料的性能、建筑的整体形状、平面布置和外围进行模拟，从而在整体上考虑设计的合理性，优化方案设计。再次，设计机械设备的过程中可以利用BIM模型，模拟机械设备的使用情况，从而计算出机械设备使用过程中对水、电和材料的使用量，这样可以在实际的施工过程中尽量节约水、电和各种资源和能源。最后，在整个设计过程中都可以通过BIM技术对建筑的能耗进行分析，提高绿色建筑的设计水平。

2.设计各专业的协同性

传统建筑设计过程中往往会忽视专业的协调和沟通，因此会在设计中发生一些不必要的冲突。BIM模型可以将设计的拓扑信息、物理信息和几何信息进行模拟。其中拓扑信息可以反映出各组件之间的关联；几何信息可以反映出建筑的三维空间；物理信息可以反映出建筑物个组件的物理性质。通过BIM模型可以反映出一个建筑物的所有信息，利用BIM技术进行绿色建筑设计可以在专业中进行设计活动，建筑师团队可以由决策转变为召集；在开始设计的过程中，可以充分发挥设计师的专业。利用BIM技术可以模拟建筑的功能，还可以通过计算机进行计算、进行虚拟建造和数据及性能的分析，从而对这些信息进行有效的利用。在设计过程中，采用建筑模型进行设计，通过各个专业之间的沟通交流进行有效的协调。此外，BIM技术还可以模拟工程的实施动态，从而可以及时地发现和解决施工过程中存在的问题，提高施工的效率，保证施工质量。

3.分析室内环境

影响室内环境的主要因素有空气质量、水质、声音环境、光环境和室内温度、湿度。因此，要对这些因素进行有效的分析。在控制空气质量防止空气污染中，需要采用国家规定的绿色材料来进行室内装修；水质量要从室内饮水、生活热水、游泳池水、空调系统用水和植物景观水体等方面的水质来进行控制，要对这些水体进行严格的检查，使之符合国家对于水质量的相关规定。室内环境中的声环境要考虑到房间与房间之间的隔音效果，使之达到国家规定的标准值之上；光环境在控制过程中采光度大寒日不少于2小时，冬至日不少1小时，采光范围可以达到建筑物的60%以上；室内的温度和湿度的控制要保证自然通风及复合通风，让房间中的温度和湿度可以在舒适性的范围内。采用BIM技术可以在三维空间中对其进行模拟和分析，从而通过有效的调整，使得整个建筑可以符合这些标准。

4.节能分析全面且及时

利用BIM软件在设计中可以保证设计更加详细，设计出来的结果更加可靠，可以呈现出建筑的更多细节。在设计中可以将建筑的所有信息导入软件中，从而对这些信息和数据进行模拟。在设计过程中，设计师可以通过软件对设计信息进行调整，随时评估建筑的物理性能和环境性能，从而达到节能环保的目的。BIM技术可以通过模拟将这些数据信息呈现出来，从而表现出建筑的物理性质和功能。在BIM模型中建筑物的信息是一致的，设计师、业主、工程师等都可以看到设计好的建筑性能和外形。此外，BIM模型可以从不同的方面分析建筑的能源损耗，通过阶段性分析可以对能耗进行模拟。在模型建立之后，设计师可以通过BIM软件对建筑物进行分析，分析在各个阶段的耗能情况，对整个能量消耗也能有效的模拟。这样在实际施工过程中可以尽量减少不必要的能源消耗，达到节能环保的目的。

（二）展望

从目前BIM技术在建筑领域的应用来看，其发展前景十分广阔，为了BIM技术能够参与建筑生命周期的各个阶段，需要不断地优化与突破。例如，可以经由移动客户端设备获得互联网数据。随着信息技术的飞速发展，各种移动设备已经在人们的生活中无处不在。人们可以使用BIM技术随时随地获取所需的数据，相关的设计人员可以使用该技术传输重要的数据信息，然后访问用户的移动设备，从而实现对其进行现场设计的目标。还可以使用现代数字现实捕获技术，通过激光对建筑物进行数字化处理，以获取更多早期数据和相关信息。此外，BIM技术可以应用于绿色建筑，通过扫描它们，可以为客户显示更多3D立体效果的BIM模型，从而为客户提供更多视觉和视觉建筑设计模型，做出有效的选择。同时，BIM技术还可以用于协作项目中，它不仅可以有效地整合双方的建议，从而提供更中立和最佳的解决方案，还可以使每个用户亲自参与该项目的设计，有效地结合双方的各自数据。这些都是BIM技术的美好前景。

参考文献：

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[10]BIM技术在绿色建筑环境性能评价中的应用研究[J]. 万超. 安徽建筑大学 2018

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[12]Modeling of environmental influence in structural health assessment for reinforced concrete buildings[J] . Ka-Veng Yuen,Sin-Chi Kuok. Earthquake Engineering and Engineering Vibration . 2010 (2)

致谢

白驹过隙，不知不觉竟已到了毕业的时节，当初拿着录取通知书进入梦想已久的大学的场景却仿佛仍历历在目。今年突如其来的新型冠状病毒让我们猝不及防，不仅打乱了学校的秩序，也影响了每个师生生活的方方面面。尽管如此，每个师生都在短时间内调整了自己，众志成城，遵从学校规定，努力让这美好的校园生活画上美满的句号。

在此，我要感谢我的指导老师xxx院长。院长为人温和，认真负责，对我毕业设计指导颇多，帮助我完成了这一任务。

我要感谢我的同学，在我遇到困难时毫不吝啬地帮助我，一起合作，齐心协力完成项目。

我要感谢我的父母，对于我的学业给予了物质的支持和精神上的鼓励，让我能够尽情享受校园生活。

衷心的感谢各位专家在百忙之中抽出宝贵的时间对本文进行评阅，谢谢你们！

基于BIM技术对某青教公寓的能耗分析

价格 ¥9.90 发布时间 2023年4月29日

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