【摘 要】文章阐述了建筑设计发展趋势，分析了建筑设计中传统的环境分析方法存在的问题，研究了基于BIM技术建筑设计环境分析方法及流程。将BIM技术与建筑设计环境分析相结合，提出了建筑设计过程中建筑环境性能BIM分析与评估方法，实现了建筑节能可视化设计方法，最后结合工程实例，通过建立建筑的BIM模型，对建筑日照，阴影遮挡，节能等设计指标进行了模拟分析，验证了建筑节能分析与设计的BIM技术的高效性。
【关键词】建筑环境；节能分析；參数化设计；BIM技术
前 言：随着能源与建筑环境问题日益严峻，建筑绿色节能设计方法研究已经引起学术界极大关注。尽管节能与生态技术、建筑能耗模拟技术有所发展，但是建筑节能效果并不理想，其中建筑节能设计方法主要存在如下问题：（1）目前建筑节能设计概念中，人们往往更注重节能新技术，而非设计节能。（2）对建筑节能理解不深，关注设备能耗，忽略施工、设备生产及运输过程中间接能耗。（3）建筑节能技术与设计方法不能紧密结合，新节能技术不能很好的在设计中应用。近年来BIM 技术在建筑节能设计方面取得了很大的发展，本文就依据 BIM 技术，探索了建筑节能设计的理念和方法。
1 建筑节能分析 BIM 技术优势
建筑节能分析涉及多个学科和阶段，BIM 模型为建筑多专业、跨阶段协同工作提供了平台，BIM 集成了建筑各个专业设计信息，实现了超前建筑环境分析，有助于建筑师优化建筑设计。BIM软件能够将模型数据导出，形成专用格式如GBXML 格式，为建筑环境分析计算、绿色建筑评估提供数据支持。根据建筑设计方案建立 BIM模型，通过对模型中数据，导出环境分析的格式，然后再导入一些专业建筑节能分析工具进行模拟分析，最后根据分析结果调整设计方案，可以达到建筑绿色设计与评估的目的，基于 BIM 的建筑环境分析流程如图 1 所示。
2 建筑环境设计 BIM 关键技术方法
2.1 BIM 常用软件功能分析
在建筑环境分析中，常用软件包括 Ecotect，TRNSYS，DeST，EBCS，Tsun，Radiance，IES等软件，本文应用 Ecotect 软件，在建筑环境分析中，基本可以实施如下功能分析：建筑三维建模及浏览，GPS 地理数据处理，日轨分析，舒适度与焓湿图显示，风环境分析，太阳逐时数据分析，建筑室内光环境分析。结合各个专业分析软件，在 BIM 模型中可以对建筑规划进行特殊环境分析、路面路径优化分析、以及人员疏散和安防预测。Ecotect 软件与 SketchUp、3ds Max、AutoCAD、Revit Architecture 之间具有很好的兼容性，3DS、DXF、XML 格式的文件可以直接导入，其自带的建模工具，可以快速建立直观、可视的三维模型。所建模型可以输出到渲染器 Radiance 中进行效果渲染，还可以导出 VRML 三维动画模拟。
建筑热环境分析是建筑规划设计的关键，应用 BIM 环境分析方法，可对建筑室内外热环境、建筑能耗、温度分布、建筑热工设计分区等指标进行计算模拟分析。
2.2 BIM 建模与模型转换
BIM 建模需结合理论分析及二次开发同时进行。在建模时当某层为标准层/典型层时，相似的楼层可以直接引用典型楼层，无须重复建模，当建筑中有避难层/设备层时（无须对内部进行模拟），只需要对该层的外墙进行建模。在完成项目内各层建模之后，需要将各个楼层文件合并一个整体 Ecotect 文件中。
模型转换过程，数据转换不完全是双向的，需要进行辅助处理。如 Revit Architecture 的模型可以进入 EcotectAnalysis 中模拟分析，反之可能受阻，只能采用人机交互、或通过 DXF 格式文件导入 Revit Architecture 文件作为参考。从 RevitArchitecture 到 Ecotect Analysis 的数据交换，可通过 gbXML 文件或者 DXF 文件格式进行。
3 建筑节能 BIM 设计案例分析
3.1 工程概况
以某公司基地项目为例，研究基于 BIM 技术的建筑节能分析方法。该项目的建筑面积为 3 805m2，建筑高度为23.5 m，建筑层数 3 层（局部 5 层），结构形式为钢筋混凝土框架结构。通过应用 BIM 技术在解决制药厂房在设计过程中的信息管理，利用 BIM 模型对建筑的环境极其能耗状况进行分析。
3.2建筑节能模拟分析
根据气候数据，设置最冷和最热月份后，模拟太阳不同角度的逐月直射太阳辐射量。如图 3 所示，图中的黄色粗线表示的平均辐射量，蓝色和红色区域分别表示过冷和过热的时间段，图中左上角还显示出在全年总的辐射量和过冷和过热时间段的辐射量。通过模拟过冷和过热时间的辐射量来计算确定的建筑最佳朝向如图4所示为建筑最佳朝向分析，最佳朝向为偏北 160°方向，并且在该方向过冷时间段总的辐射量为 923.4 kw/m2，过热时间段总的辐射量为 290.4 kw/m2。
（1）建筑的遮挡投影分析通过将 BIM 模型导入 Ecotect Analysis 软件后，根据项目所在地的气候数据和太阳运行轨迹，在三维视图中分析建筑全年的阴影情况。
（2）建筑太阳辐射分析太阳辐射不仅可以从透明的维护结构传入室内；还可以通过墙体、屋顶等非透明的维护结构将热量传入室内。利用 EcotectAnalysis 的太阳辐射分析功能模拟分析了建筑的外墙以及窗户等受到的太阳辐射照度情况，从而为建筑师在设计时提供依据。
3.3 建筑能耗模拟分析
建筑能耗是指维护建筑正常运行时所需要的能量，包括了建筑的日常照明、空调系统、热水系统等其它设备运行时的能耗。它受到建筑本身性能及其内部因素以及外界条件等多个因素的影响。因此本文使用 EcotectAnalysis 软件对该建筑空调系统的能耗进行模拟分析。
根据建筑的辐射情况、常规的在室率以及不同房间的电器功率，对该栋建筑的逐时温度分布，以及他的空调系统能耗分析。
4 结束语
经过理论分析和计算机模拟，研究了 BIM 作为信息技术在建筑领域的应用，其对建筑节能设计的效率是显著的，BIM 模型用于建筑的环境分析与评估中，可以克服传统方法的一些缺点，帮助工程人员快速提取建筑信息，准确分析计算，结果可视化表达，有助于工程人员快速优化建筑的环境性能。
参考文献：
[1]曾旭东， 赵昂. 基于BIM技术的建筑节能设计应用研究[J]. 重庆建筑大学学报， 2006， 12（02）： 33-35.
[2]柏幕进业. Autodesk Ecotect Analysis 应用教程[M]. 电子工业出版社， 2014年.
[3]薛志峰。超低能耗建筑技术及应用[M]。北京：中国建筑工业出版社，2013 .
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