魏天云

（福建船政交通職業(yè)學院 道路工程系，福建 福州350007）

目前，我國每年新增建筑面積達到20億m2以上，超過全球建筑面積的一半，成為全球建筑大國[1]。在建筑規(guī)劃設計、施工過程中，以及建筑產品拆除和廢棄物利用的各個環(huán)節(jié)當中，還存在嚴重的資源與能源浪費現象。在設計與施工階段，主要參考目前已有的技術資料和設計方案，未能根據實際情況綜合考慮建筑工程節(jié)能設計，經常發(fā)生結構設計不合理以及設計計算錯誤等方面的問題，需要及時進行返工處理，造成人力與資源的浪費，這是傳統(tǒng)設計的弊端所在，主要受設計理念以及技術水平的限制。以往對建筑產品的能耗分析，不是在建筑方案設計階段，而是在施工的整個過程，到了施工的最后階段進行能耗分析也沒意義，這是由于建筑設計方案受各種因素的制約無法變更，從而造成資源與能源的浪費。因此，必須完善傳統(tǒng)的建筑設計方案與理念，同時將現代科技與建筑設計方案有機聯系起來，倡導新型綠色建筑節(jié)能設計方案，從而實現降低建筑能耗的目的。

建筑信息模型(BIM)為建筑節(jié)能設計的協(xié)作管理提供了強大的信息支持，可以有效地降低設計與施工過程中的時間與成本，減少或避免當前建筑設計中存在的資源能源浪費，已在世界各國的建筑領域發(fā)揮了重要作用，由于自身的優(yōu)勢，越來越多的設計施工單位采用BIM技術，成為綠色節(jié)能建筑設計發(fā)展的新方向。

1 我國建筑節(jié)能設計現狀和問題

目前，我國的建筑面積每年在不斷增加，但大多數屬于高能耗建筑，而綠色生態(tài)建筑可持續(xù)發(fā)展成為衡量建筑節(jié)能設計的重要指標，我國在這方面的應用實踐還有相當距離。要進行建筑節(jié)能設計定量分析，首先要了解影響建筑物節(jié)能設計的關鍵因素，如建筑的方位、體型及圍護結構形式，然后將建筑設計中的大量數據通過人工的方式輸入到專業(yè)軟件中，由于建筑設計師缺乏軟件操作以及能耗分析的知識和經驗，難以充分地利用軟件對建筑能耗進行分析，造成建筑能量分析必須到施工階段進行，但此時的分析結果反饋到設計方案，會由于種種限制因素無法變更，建筑節(jié)能設計也難以實現。由以上分析可以看出，建筑設計師缺乏能量分析的專業(yè)背景將直接影響建筑節(jié)能設計的應用和推廣，造成建筑設計與能耗定量分析的脫節(jié)，這是影響我國建筑節(jié)能設計水平提高的關鍵制約因素。

2 BIM技術對建筑節(jié)能設計技術的影響

2.1 BIM技術對建筑節(jié)能設計方法的影響

主要體現在兩個方面，一是建筑設計從傳統(tǒng)的平面設計發(fā)展成空間設計，原先的平面設計主要是基于點、線、面等幾何元素的空間集合，現代的建筑設計有效利用信息科學技術和數字化技術，改變了建筑師傳統(tǒng)的設計理念，使建筑的空間概念不斷延伸，范圍也不斷擴大，由原先的靜態(tài)設計轉為立體的動態(tài)設計[2]。另外，BIM技術將建筑工程項目從設計、施工、運維等過程重新有機整合起來，使建筑方案設計由粗放型設計轉變成集成設計。因為現代建筑的功能不斷增加，復雜程度也隨著增加，傳統(tǒng)的圖紙信息傳遞已經不能滿足現代建筑設計的需要，通過引入BIM技術，可以有效地應對這些問題。BIM技術將各方面信息集成到一個數據庫作為共享平臺，有利于信息的修改和及時更新，同時模型的修改與完善也非常方便，從而可以通過模擬將一些問題提前發(fā)現并采取合理措施。

2.2 BIM對建筑節(jié)能設計思維的影響

利用BIM技術的模擬功能，可以預先對建筑設計方案的科學性、合理性以及系統(tǒng)性作出評估。設計施工單位以及用戶可以利用BIM技術的可視化技術，虛擬現場施工，掌握施工進度以及工程造價，確保建筑設計方案達到最優(yōu)。建筑設計師可以根據BIM技術提供的大量建筑數字化信息，改變設計理念，創(chuàng)新設計方式。

2.3 BIM對建筑方案創(chuàng)作的影響

在BIM產生之前，傳統(tǒng)的建筑設計方案主要是手工繪圖，隨著計算機技術的發(fā)展，出現了計算機CAD繪圖，改變了傳統(tǒng)的繪圖方式，極大地提高了繪圖效率。數字化信息化時代的來臨，BIM技術應運而生，其三維建筑設計理念的優(yōu)越性不斷得到認可，逐漸取代了傳統(tǒng)的二維設計，建筑師可以將更多精力集中到建筑設計本身，使傳統(tǒng)的空間排列組合轉化為非線性參數化設計。

3 BIM技術對建筑節(jié)能設計的價值

BIM技術在建筑節(jié)能設計中具有非常高的應用價值，主要體現在以下三個方面[3]：一是進行碰撞檢查。當一些建筑工程方案較為復雜，建筑師和工程師進行節(jié)能設計時，很難從二維藍圖中發(fā)現沖突問題，等到實際施工階段，發(fā)生碰撞問題而不符合要求，需要進行返工處理，重新進行建筑節(jié)能設計，造成材料損耗，影響機械臺班，出現窩工現象。若能應用BIM技術進行節(jié)能方面的設計，可以利用BIM技術的碰撞模擬功能，提前發(fā)現建筑方案中的碰撞問題，及時采取合理的應對措施，優(yōu)化建筑設計方案，避免由于碰撞造成的損失。二是進行精確施工和計劃。傳統(tǒng)制作項目施工計劃時，主要采用手工進行預算，不可避免地存在計算準確性低，難以對相關的資源作出合理規(guī)劃，造成資源與能源的極大損失。若采用BIM技術進行建筑節(jié)能設計時，則可精確地制定計劃和控制施工進度與成本，最大限度的節(jié)約資源。通過模擬虛擬施工過程，準確地分析出設備的運行狀態(tài)和資源的利用情況，從而減少資源的浪費。三是協(xié)同提升效率。有些情況由于建筑工程項目非常復雜，臨時組建建筑項目團隊，極大地影響建設工期，造成損失。而采用BIM技術，不但可以共享大量的建筑資源信息，獲得準確的有用數據，而且利用BIM技術直接進行建筑節(jié)能設計與計算，可避免設計人員的重復建模，提高設計效率，同時，BIM技術提供完整的項目設計內容、施工計劃組織等信息，保證項目各階段運行協(xié)調，縮短項目從設計、施工到竣工的時間。

4 應用模糊評價法評價BIM技術的優(yōu)勢

建筑節(jié)能設計未實施BIM技術之前，項目設計階段多方參與，溝通與協(xié)調之間存在很大問題，前期規(guī)劃設計與后期施工出現偏差，施工過程主要通過安排大量的技術人員到現場監(jiān)控施工過程，對于現場信息的收集與反饋通常采用手抄的方式記錄施工過程并采用人工的方式傳遞相關信息，因此，現場信息的收集與傳遞速度慢，而且需要大量的人力與物力，造成施工過程的監(jiān)控成本提高。為了合理評估BIM技術在建筑節(jié)能設計中的應用效果，將信息共享性、集成設計性以及工程師評語作為主要衡量指標，采用模糊數學分析法，將信息共享性、集成設計性以及工程師評語等指標邊界不清、不易定量的因素定量化，對建筑節(jié)能設計應用BIM技術情況進行綜合評價分析，從而確定應用BIM技術的重要性。選擇建筑節(jié)能設計應用BIM技術之前和應用BIM技術之后兩種情況做為研究對象，應用模糊綜合評價法進行分析[4-5]。

（1）確定建筑節(jié)能設計應用BIM情況的評價因素集：以信息共享性、集成設計性以及工程師評語為3個主要的考慮因素，即U={信息共享性、集成設計性、工程師評語}。

（2）確定因素的評價矩陣：按照建筑節(jié)能設計應用BIM情況評價因素集，通過4位專家對其應用情況進行評價。

（3）確定評價集：將建筑節(jié)能設計過程的評價等級劃分為優(yōu)、良、中、差4個等級。

實施BIM之前的評價矩陣為：

實施BIM之后的評價矩陣為：

（4）確定評價因素間的權重：按照信息共享性、集成設計性以及工程師評語3個方面的因素在建筑節(jié)能設計過程中的重要程度，采用不同權重：

A={信息共享性，集成設計性，工程師評語}={0.35，0.35，0.3}

（5）模糊綜合評價分析：針對以上分析的兩種情況，按照B=AR，表1是建筑節(jié)能設計實施BIM技術前后最終模糊綜合評價結果。

表1 建筑節(jié)能設計實施BIM前后模糊綜合評價結果Table 1 Building energy efficiency design fuzzy comprehensive evaluation results before and after the implementation of BIM

由表1可知，建筑節(jié)能設計實施BIM技術之后的評價良好以上的達到77.5%，說明其占有絕對優(yōu)勢，這是因為建筑節(jié)能設計采用BIM技術之后，通過將BIM的API接口與建筑節(jié)能設計、分析軟件進行動態(tài)鏈接，使建筑節(jié)能項目的前期策劃、材料設備、施工管理、運行維護等數據有機地集成在一起，實現了數據的統(tǒng)一性、完整性和一致性，有效地解決了建筑節(jié)能設計過程中的信息共享性差的問題，采用BIM技術可以對建筑節(jié)能設計進行柔性管理，因此建筑節(jié)能設計過程中必須大力推廣BIM技術的應用。

5 BIM技術在建筑節(jié)能設計中的應用

BIM技術在建筑節(jié)能設計中的應用，主要是將計算機技術、信息化技術以及數字化技術與建筑設計完美結合，有助于建筑設計師做出合理的分析與判斷，深入的研究建筑節(jié)能設計環(huán)節(jié)，設計出符合節(jié)能要求的各類建筑，盡可能地降低能源的消耗，節(jié)約資源，做到綠色建筑節(jié)能設計。

5.1 建立建筑模型

應用BIM技術，建筑設計師在節(jié)能設計環(huán)節(jié)可以設計節(jié)能建筑模型，通過BIM技術的可視化功能可以直觀地觀察方案設計的細節(jié)，以便及時對方案作出調整和優(yōu)化。節(jié)能建筑模型的創(chuàng)建方法主要有三種，第一種是采用交互智能轉換法創(chuàng)建節(jié)能建筑模型，第二種是根據建筑工程師提供的建筑模型信息來創(chuàng)建節(jié)能建筑模型，第三種是采用智能交互法創(chuàng)建節(jié)能建筑模型[6]。這些節(jié)能建筑模型均是基于正確使用BIM技術的基礎上實現的，為節(jié)能建筑的設計提供了強有力的技術支撐。

5.2 建筑節(jié)能設計數據計算

應用BIM技術進行節(jié)能建筑模型設計，建筑設計師可以從中獲得大量的建筑信息資源，即只要將建筑模型導入到相關分析軟件，通過簡單操作就可獲取相應的數據分析結果[7]。這種簡單便捷的獲取信息數據的手段，可以讓建筑設計工程師騰出更多的時間和精力用于節(jié)能建筑設計的環(huán)節(jié)中。目前，BIM技術與GBS技術結合起來應用于建筑節(jié)能設計，利用建筑信息生成熱模型，通過相關的分析軟件，簡化建筑能量分析過程，縮短設計時間，并結合當地的法律法規(guī)設定建筑類型。

6 結論

科學合理的建筑節(jié)能設計可以有效地節(jié)約能源，避免過大的能源消耗。我國已將建筑節(jié)能設計作為建筑設計的一個重要內容。通過BIM技術，將建筑工程的全部信息轉化為虛擬的數字化建筑模型，借助相關的能量分析軟件，可以快速獲得能量分析結果，實現從建筑設計到工程竣工的全方位檢測分析，從而及時調整設計方案，優(yōu)化建筑節(jié)能設計，提升建筑節(jié)能設計的效率。

[1]周文倩,田文濤,宋鵬飛,等.BIM技術在建筑節(jié)能領域的應用[J].河南科技,2015（3）:80-82.

[2]高鵬.探析建筑節(jié)能設計中BIM技術的應用[J].江西建材,2016（6）:66-67.

[3]馬曉云.BIM技術在建筑節(jié)能設計中的應用管窺[J].節(jié)能環(huán)保,2015（5）:263.

[4]魏天云.應用模糊綜合評價法優(yōu)選住宅供水方式[J].安陽工學院學報,2017,16(2):39-41,53.

[5]劉曉東,田林,高子鈺.BIM對建筑工程施工技術影響研究[J].哈爾濱理工大學學報,2015,20(3):117-120.

[6]劉亞南.BIM技術應用于建筑節(jié)能設計的探討[J].建筑節(jié)能,2015（3）:39-40.

[7]潘毅群.實用建筑能耗模擬手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2013：9.