基于BIM的建筑节能与绿色评价方案设计

基于BIM的建筑节能与绿色评价方案设计xxxxx()【摘要】建筑物是世界上能源消耗巨头之一，探索如何实现绿色建筑的落实与发展是可持续发展战略的最直接的有效途径之一。绿色建筑的理念包括建筑材料、建筑物朝向等标准，如何有效地进行建筑节能设计是当务之急。BIM技术在建筑设计方案中的运用为绿色建筑的落实提供了技术基础。本文研究郴州市青园住宅小区的20幢楼的日照节能分析，发展太阳能电池板的铺设能有效节省电费，达到节能减排的效果，有一定的经济效益与社会效益。【关键词】绿色建筑、BIM技术、节能、日照分析Abstract:buildingisoneoftheenergyconsumptiongiantsintheworld,exploringhowtorealizetheimplementationanddevelopmentofgreenbuildingisoneofthemostdirectandeffectivewaytothesustainabledevelopmentstrategy.Theconceptofgreenbuilding,includingbuildingmaterials,suchasthebuildingstandards,andhowtoeffectivelycarryoutenergy-savingdesignisapriority.TheapplicationofBIMtechnologyinarchitecturaldesignprovidesatechnicalbasisfortheimplementationofgreenbuilding.ThispaperstudiestheChenzhouCityGreenGardenresidentialdistrict20buildingenergy-savinganalysis,developmentofsolarpanelslayingcaneffectivelysavetheelectricity,toachievetheeffectofenergysavingandemissionreduction,havecertaineconomicandsocialbenefits.Keywords：greenbuilding,BIMtechnology,energysaving,sunshineanalysis1.引言二十一世纪是能源争夺角逐的时代，如何开发新能源、节约能源已成为世界的焦点问题。作为能源消耗巨头之一的建筑行业，从设计到施工、监测等项目开展过程中运用新技术进行节能减排，是国家及社会的耗能行业的共同企盼。因此，绿色建筑理念在行业中获得逐渐普及和认同，在利用天然条件（如地理位置、风向等）和人工手段建造良好的健康的居住环境的同时，尽最大可能减少或控制对自然环境的破坏。传统的评估系统分析方法一般是根据已有的生态建筑的设计案例及技术，由专业人士运用2D软件手工输入建筑设计相关数据，进行能量分析，才能检验设计效果是否节能、经济、绿色，工作量相当大、工作程序相当繁琐。数字化、信息化、智能化的高速发展，以BIM为核心的多种软件日渐完善，成为绿色建筑的能量评估的自动化、智能化分析。2.建筑节能分析BIM技术优势BIM技术与绿色建筑在我国都属于高速发展期，二者的结合将为建筑行业的节能分析（如能耗分析、采光分析等）带来极大的优势。真实有效的BIM数据及丰富的构建信息给各种各样的绿色建筑分析软件给予强大的数据支持，确保分析数据的准确性。目前包括Revit在内的大多数BIM相关软件皆具备将模型数据导出为各种分析软件所专用的glxML格式。BIM的参数化、构件库等特征使得建筑设计以及后续流程针对各种分析结果，有较为及时及高效率的反馈。根据建筑的设计方案建立相应的BIM模型，再通过对模型中数据导出为环境分析的格式，然后再导入专业建筑节能分析工具进行模拟化分析，最后根据所分析的结果来调整设计方案，在很大程度上达到建筑绿色设计和评估的目的。基于BIM的日照分析流程如图1-1所示：图1-1建筑日照BIM分析流程图3.设计方案3.1项目概况本文以郴州市某住宅小区为研究对象，共有20幢楼，呈扇状分布，研究楼幢在太阳光照射下阴影的变化、日照的窗照时间以及周围建筑物的遮挡关系等，从建筑物的光照时长以确定太阳能的吸收情况。项目研究基本思路：通过BIM建模得到3号楼的三维模型，模拟太阳轨迹对该建筑模型的阴影，得到建筑物日照窗的太阳辐射分析报告和图表，对模型的日照情况进行具体的量化分析，就建筑窗体的日照情况提出设计优化方案。在3号楼建筑外架设可吸收太阳能的装置设备，计算在实验周期内吸收太阳辐射能转化而成的电能，比较所产生的电能节能费用与太阳能辐射吸收装备的维护成本，并计算该设备收回成本的时间，从而进行可行性分析。项目的情况如下表所示：项目名称青园住宅小区1#-20#项目地址湖南省郴州市南岭大道西侧经纬度北纬25046’，东经113002’分析节气大寒日（1月20日）分析有效日照时段8：00—16：003.2单点分析通过选取单点分析，得到不同位置的日照情况，图3-1是所选择的日照分析点，将这些点的高度定为公寓一层窗台的标高，即1.35m，因该位置是被遮挡情况一般是最严重的，所以一层窗台是分析日照的重点。本研究是选点是1#至20#的顺序，共选出30个点，并得到这些点在大寒日所接受的日照时长和日照时间段，以此来确定重点分析的楼层。图3-1单点分析图3.3等照时线与日照阴影轮廓分析标准的建筑日照阴影线范围指满足日照要求最小时数的阴影线交集与建筑物北向轮廓线围合而成的范围图3-2日照分析图图3-2展示的是在大寒日一天之内的建筑阴影轮廓及等照时线图。图中不同的颜色所代表不同日照时长，计算标高为1.350m，有效时间带为上午8时至下午16时。颜色代表如图3-3所示：图3-3颜色区块所代表日照时长图3.4多点分析做了以上的单点分析及等照时线与日照阴影轮廓分析后，则要进行的是对研究区域进行整体的多点分析，用不同的颜色标明不同的时长日照区域。通过图3-4可知1#、2#、3#、4#及17#、18#相互楼幢间隔过近对彼此日照时间有一定影响，其他楼幢日照时长都比较合理。4.节能计算通过对BIM模型进行点面日照分析可以得出报告中的数据，数据说明了当天该住宅小区各个立面所能接收太阳的时间，根据这些时间估算这些墙体一天内吸收的太阳能。假如使用一些节能材料将太阳能转化为电能或者热能，可以达到节约能源的目的。本文将考虑太阳能电池将太阳能转化成电能，建立数学模型来进行分析。太阳能电池根据其所用材料的类别可分为硅太阳能电池、聚合物多层修饰电极型的、多元化合物薄膜、纳米晶材料、有机太阳能电池，塑料太阳能电池，目前发展最成熟、运用最普遍的是硅太阳能电池。而硅太阳能电池又分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池这三种类型。本文以多晶硅薄膜太阳能电池为实验假设设备，对青园住宅小区的太阳能转化为电能进行分析。本文所做的数据模型分析是基于理想状态的情况，所以在计算能量之前需做一定的假设条件：假设选择240W的多晶硅太阳能电池板，转换效率是18%，电池板尺寸是1650x991x40mm，横截面面积为1650x991m㎡=1.635㎡,价格为每瓦3元，每块即720元；假设青园住宅小区外立面和屋顶光照大于5小时的部位铺设太阳能电池板，因北立面收到太阳照射的时间较短，不考虑在北面按照太阳能电池板；假设每一块太阳能电池材料吸收太阳能转化为电能的效率相同并保持稳定；假设该模型每个立面的墙体结构稳定，质量都没有问题；模型每个立面的日照时间是取平均值用以估算得出的结果。假设全部成立，则可以进行模型搭建，而模型搭建依托符号来分解，本文的公式符号说明如下：Q代表太阳能电池所产生的电能，S代表每个太阳能电池的横截面面积，Ai表示每个有效的面积，ni表示每层每个面铺设的太阳能电池板的数量，Ti表示每个太阳能电池板的日照时长，C表示太阳能电池板的成本，P代表所能节省的电费。BA定义为如果A/B为整数时取该值，若不为整数时则取该整数部分+1作为结果。那么接下来可以进行模型分析，将上述电池板均匀铺设在墙体上，那么每层每个面可以铺设的电池数为SAiin，备注：i指的是每一个有效面积，i=1,2,…，32。根据BIM模型分析出的日照时长为Ti及有效面积为Ai，以每个太阳能电池的属性来建立模型，得出整个住宅小区转化后的电能公式为wTSAinwTiniQii321321ni，其中，i指的是每一个有效面积，i=1,2,…，32。由以上数据代入数学模型中可求出太阳能电池板吸收太阳能转化为的电能是Q=240x18%x3600xTini=640600285.8KJ由计算得出结果，说明了太阳能电池可以节约六千多万焦的电能，节省传统能源消耗，达到了节能减排的目的，达到了绿色建筑的标准之一。5.结语本文通过Revit和青园住宅小区20幢楼对BIM模型进行建立，模拟日照研究并分析，得出日照分析报告。根据立面等日照线对建筑物吸收的太阳能分析计算，算出太阳能电池板吸收太阳能转化成电池而节省的电费，发现在建筑立面使用太阳能电池能起到节约能源、保护环境的作用，为建筑节能的绿色评价与BIM应用提供了全新设计模式，用实际案例验证了BIM为绿色建筑的发展作出的显著贡献。基于绿色建筑理念，笔者通过本文研究提出以下建议：（1）在光照时间较长的区域种植喜阳植物，而光照时间较短的区域则种植喜阴植物，充分利用天然条件和植物的生理特点，减少园艺植物不必要的浪费。（2）在日照时间较长的夏季，考虑在建筑立面做好隔热设备，而日照时间较短的冬季，做好保温防寒的措施。参考文献[1]仇保兴.复杂科学与城市的生态化、人性化改造[J]，城市规划学刊，2010，(1):5-13[2]吴彤.自组织方法论研究[M]，清华大学出版社，2001;11[3]H.Haken.InformationandSelf-Organization:AMacroscopicApproachtoComplexSystems.Springer-Verlag,1998,37[4]丘浔.均衡公平与效率—中国快速城镇化进程中的房地产市场调控模式[M]，北京：中国建筑工业出版社，2012