基于bim技术的建筑设计环境分析方法研究

基于bim技术的建筑设计环境分析方法研究

随着能源和建筑环境的问题越来越严重，绿色建筑能耗的建筑工具设计方法的研究引起了学术界的关注。虽然节能与生态技术和建筑能耗模拟技术的发展，但建筑节能的效果并不理想。（1）在当前的建筑节能设计概念中，人们往往注重新技术的节能，而不是设计节能。（2）对建筑节能的理解不深，设备能耗的注意，忽视了施工、设备生产和运输过程中的间接能耗。（3）建筑节能技术与设计方法不能紧密相连，新能源技术不能很好地应用于设计。近年来，该项目的建模技术在建筑节能设计中取得了很大进展。例如，kim和其他人使用基于bi技术的建筑维护结构总体形象计算。salman在可持续设计中研究了云技术在评估中的应用。中国科学家曾东生也提出了将建筑设计与建筑环境相结合的设计方法。邱相武、赵志安等人研究了基于云技术的建筑节能设计软件的开发研究。BIM模型允许多学科信息的叠加在一个模型中,为设计过程中的建筑环境分析创造了更加准确、高效的分析方法.文章依据BIM技术,探索了建筑节能设计的三维可视化理念和方法.1建筑环境分析流程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建筑环境设计的关键方法2.1建筑空间环境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、3dsMax、AutoCAD、RevitArchitecture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在pc设计中把整个外墙建模并进行模型转换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RevitArchitecture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RevitArchitecture文件作为参考.从RevitArchitecture到EcotectAnalysis的数据交换,可通过gbXML文件或者DXF文件格式进行.3建筑节能材料的设计案例分析3.1bim技术应用以三峡制药有限公司氨基酸产业基地项目为例,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3807m2,建筑高度为23.5m,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构建生物三维模型本文使用Revit软件创建建筑信息模型.如图2为建立的建筑BIM模型,如图3所示为导出的Gbxml格式分析模型.3.3建筑最佳竖向分析根据宜昌地区的气候数据,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4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5所示为宜昌地区的建筑最佳朝向分析,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923.4kw/m2,过热时间段总的辐射量为290.4kw/m2.(1)建筑物的阴影投影分析(2)太阳辐射.太阳辐射.植物景通过将BIM模型导入EcotectAnalysis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.如图6所示为建筑在冬至日的阴影范围.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.如图7分析所示,日照时间的长短以颜色区别如右上角标尺所示,单位为小时.图中蓝色区域的日照时间最短,而黄色区域的日照时间最长.图8为建筑南立面窗户的辐射量分析,通过将建筑各立面的太阳辐射量与规范对比,来判断建筑的节能是否符合节能标准,达到合理利用太阳能的目的.3.4建筑空调系统能耗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.如图9所示为1月1日的建筑所有可见区域的逐时得热量,图10为建筑空调系统逐月能耗分析,由该分析结果可以知道,建筑在一年中的每月的能量消耗量,由该图看出该建筑中在1、2、11、12月的制冷所耗的能源最多,在7、8月份空调制冷时的耗电量较大,这也符合夏热冬冷地区的特点,与实际情况吻合.4