基于bim技術的建筑設計環(huán)境分析方法研究

基于bim技術的建筑設計環(huán)境分析方法研究

隨著能源和建筑環(huán)境的問題越來越嚴重，綠色建筑能耗的建筑工具設計方法的研究引起了學術界的關注。雖然節(jié)能與生態(tài)技術和建筑能耗模擬技術的發(fā)展，但建筑節(jié)能的效果并不理想。（1）在當前的建筑節(jié)能設計概念中，人們往往注重新技術的節(jié)能，而不是設計節(jié)能。（2）對建筑節(jié)能的理解不深，設備能耗的注意，忽視了施工、設備生產和運輸過程中的間接能耗。（3）建筑節(jié)能技術與設計方法不能緊密相連，新能源技術不能很好地應用于設計。近年來，該項目的建模技術在建筑節(jié)能設計中取得了很大進展。例如，kim和其他人使用基于bi技術的建筑維護結構總體形象計算。salman在可持續(xù)設計中研究了云技術在評估中的應用。中國科學家曾東生也提出了將建筑設計與建筑環(huán)境相結合的設計方法。邱相武、趙志安等人研究了基于云技術的建筑節(jié)能設計軟件的開發(fā)研究。BIM模型允許多學科信息的疊加在一個模型中,為設計過程中的建筑環(huán)境分析創(chuàng)造了更加準確、高效的分析方法.文章依據(jù)BIM技術,探索了建筑節(jié)能設計的三維可視化理念和方法.1建筑環(huán)境分析流程建筑節(jié)能分析涉及多個學科和階段,BIM模型為建筑多專業(yè)、跨階段協(xié)同工作提供了平臺,BIM集成了建筑各個專業(yè)設計信息,實現(xiàn)了超前建筑環(huán)境分析,有助于建筑師優(yōu)化建筑設計.BIM軟件能夠將模型數(shù)據(jù)導出,形成專用格式如GBXML格式,為建筑環(huán)境分析計算、綠色建筑評估提供數(shù)據(jù)支持.根據(jù)建筑設計方案建立BIM模型,通過對模型中數(shù)據(jù),導出環(huán)境分析的格式,然后再導入一些專業(yè)建筑節(jié)能分析工具進行模擬分析,最后根據(jù)分析結果調整設計方案,可以達到建筑綠色設計與評估的目的,基于BIM的建筑環(huán)境分析流程如圖1所示.2建筑環(huán)境設計的關鍵方法2.1建筑空間環(huán)境分析在建筑環(huán)境分析中,常用軟件包括Ecotect,TRNSYS,DeST,EBCS,Tsun,Radiance,IES等軟件,本文應用Ecotect軟件,在建筑環(huán)境分析中,基本可以實施如下功能分析:建筑三維建模及瀏覽,GPS地理數(shù)據(jù)處理,日軌分析,舒適度與焓濕圖顯示,風環(huán)境分析,太陽逐時數(shù)據(jù)分析,建筑室內光環(huán)境分析.結合各個專業(yè)分析軟件,在BIM模型中可以對建筑規(guī)劃進行特殊環(huán)境分析、路面路徑優(yōu)化分析、以及人員疏散和安防預測.Ecotect軟件與SketchUp、3dsMax、AutoCAD、RevitArchitecture之間具有很好的兼容性,3DS、DXF、XML格式的文件可以直接導入,其自帶的建模工具,可以快速建立直觀、可視的三維模型.所建模型可以輸出到渲染器Radiance中進行效果渲染,還可以導出VRML三維動畫模擬.建筑熱環(huán)境分析是建筑規(guī)劃設計的關鍵,應用BIM環(huán)境分析方法,可對建筑室內外熱環(huán)境、建筑能耗、溫度分布、建筑熱工設計分區(qū)等指標進行計算模擬分析.2.2在pc設計中把整個外墻建模并進行模型轉換BIM建模需結合理論分析及二次開發(fā)同時進行.在建模時當某層為標準層/典型層時,相似的樓層可以直接引用典型樓層,無須重復建模,當建筑中有避難層/設備層時(無須對內部進行模擬),只需要對該層的外墻進行建模.在完成項目內各層建模之后,需要將各個樓層文件合并一個整體Ecotect文件中.模型轉換過程,數(shù)據(jù)轉換不完全是雙向的,需要進行輔助處理.如RevitArchitecture的模型可以進入EcotectAnalysis中模擬分析,反之可能受阻,只能采用人機交互、或通過DXF格式文件導入RevitArchitecture文件作為參考.從RevitArchitecture到EcotectAnalysis的數(shù)據(jù)交換,可通過gbXML文件或者DXF文件格式進行.3建筑節(jié)能材料的設計案例分析3.1bim技術應用以三峽制藥有限公司氨基酸產業(yè)基地項目為例,研究基于BIM技術的建筑節(jié)能分析方法.該項目的建筑面積為3807m2,建筑高度為23.5m,建筑層數(shù)3層(局部5層),結構形式為鋼筋混凝土框架結構.通過應用BIM技術在解決制藥廠房在設計過程中的信息管理,利用BIM模型對建筑的環(huán)境極其能耗狀況進行分析.3.2構建生物三維模型本文使用Revit軟件創(chuàng)建建筑信息模型.如圖2為建立的建筑BIM模型,如圖3所示為導出的Gbxml格式分析模型.3.3建筑最佳豎向分析根據(jù)宜昌地區(qū)的氣候數(shù)據(jù),設置最冷和最熱月份后,模擬太陽不同角度的逐月直射太陽輻射量.如圖4所示,圖中的黃色粗線表示的平均輻射量,藍色和紅色區(qū)域分別表示過冷和過熱的時間段,圖中左上角還顯示出在全年總的輻射量和過冷和過熱時間段的輻射量.通過模擬過冷和過熱時間的輻射量來計算確定的建筑最佳朝向如圖5所示為宜昌地區(qū)的建筑最佳朝向分析,最佳朝向為偏北160°方向,并且在該方向過冷時間段總的輻射量為923.4kw/m2,過熱時間段總的輻射量為290.4kw/m2.(1)建筑物的陰影投影分析(2)太陽輻射.太陽輻射.植物景通過將BIM模型導入EcotectAnalysis軟件后,根據(jù)項目所在地的氣候數(shù)據(jù)和太陽運行軌跡,在三維視圖中分析建筑全年的陰影情況.如圖6所示為建筑在冬至日的陰影范圍.太陽輻射不僅可以從透明的維護結構傳入室內;還可以通過墻體、屋頂?shù)确峭该鞯木S護結構將熱量傳入室內.利用EcotectAnalysis的太陽輻射分析功能模擬分析了建筑的外墻以及窗戶等受到的太陽輻射照度情況,從而為建筑師在設計時提供依據(jù).如圖7分析所示,日照時間的長短以顏色區(qū)別如右上角標尺所示,單位為小時.圖中藍色區(qū)域的日照時間最短,而黃色區(qū)域的日照時間最長.圖8為建筑南立面窗戶的輻射量分析,通過將建筑各立面的太陽輻射量與規(guī)范對比,來判斷建筑的節(jié)能是否符合節(jié)能標準,達到合理利用太陽能的目的.3.4建筑空調系統(tǒng)能耗分析建筑能耗是指維護建筑正常運行時所需要的能量,包括了建筑的日常照明、空調系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)等其它設備運行時的能耗.它受到建筑本身性能及其內部因素以及外界條件等多個因素的影響.因此本文使用EcotectAnalysis軟件對該建筑空調系統(tǒng)的能耗進行模擬分析.根據(jù)建筑的輻射情況、常規(guī)的在室率以及不同房間的電器功率,對該棟建筑的逐時溫度分布,以及他的空調系統(tǒng)能耗分析.如圖9所示為1月1日的建筑所有可見區(qū)域的逐時得熱量,圖10為建筑空調系統(tǒng)逐月能耗分析,由該分析結果可以知道,建筑在一年中的每月的能量消耗量,由該圖看出該建筑中在1、2、11、12月的制冷所耗的能源最多,在7、8月份空調制冷時的耗電量較大,這也符合夏熱冬冷地區(qū)的特點,與實際情況吻合.4