BIM技术的建筑能耗模拟分析与传统建筑能耗分析对比研究

基于BIM技术的建筑能耗模拟分析与

传统建筑能耗分析对比研究学生姓名:指导教师:专业：学科门类:ComparativeResearchonBuilding

EnergyConsumptionAnalysisBasedon

BIMwithTraditionalBuildingEnergy

ConsumptionAnalysisofChinaAThesisSubmittedtoChongqingUniversity

inPartialFulfillmentoftheRequirementforthe

Master’sDegreeofManagementCollegeofConstructionManagementandRealEstateofChongqingUniversity,Chongqing,China能源是一个国家经济发展的支撑与动力，是人类赖以生存的资源。上世纪70年代石油危机后，如何节约及综合利用能源这一问题得到越来越多国家的高度关注。我国作为能源消耗大国，能源消耗总量增长迅速，其中建筑能耗在全国总能耗中的比重居第一位，己从上世纪70年代末的10%上升到近年的30%,建筑节能成为社会可持续发展的首要任务。建筑信息模型(BuildingInformationModeling,简称BIM)作为一种创新的工具与生产方式，通过建立数字化的BIM参数模型，将数字信息技术直接应用于建设项目全生命周期中，己经在西方发达国家得到广泛关注及应用。本研究旨在综合应用BIM技术，在设计阶段利用EcotectAnalysis软件建立能耗模拟信息模型，对重庆市住宅建筑进行能耗模拟分析。并与我国目前传统能耗分析的流程进行比较，主要对比能耗分析参与方、软件、分析流程、能耗分析数据结果等方面的差异，从而总结BIM技术如何应用于建设项目的建筑节能分析，与传统的能耗分析流程相比的优势与缺点。让建筑设计师正确认识Ecotect软件在建筑节能中的可行性与适用性，将BIM技术及软件进行推广，使BIM技术能在工程项目中得到更广泛的应用，使建筑师选择准确且适合设计的软件进行各项节能模拟，设计出更为高效的节能建筑方案。关键词：建筑信息模型，建筑能耗，Ecotect,能耗分析流程，对比研究ABSTRACTEnergyismotivationofanationalnormaleconomicdevelopmentandhumansurvival.Aftertheoilcrisisof1970s»alotofcountriesfocusonhowtosaveandcomprehensiveutilizationtheenergy.Asabigenergyconsumptioncountry,China'stotalenergyconsumptionisgrowingrapidly.Thebuildingenergyconsumptionranksfirstinthenationaltotalenergyconsumption,itHasrisenfrom10%inthelate1970sto30%inrecentyears.Buildingenergyefficiencyhasbecometheprimarytaskofsocialsustainabledevelopment.Asaninnovativetoolandproductionmethod.BuildingInformationModelingthatHereinafterreferredtoasB1M,makesthedigitalinformationtechnologydirectlyusedinthewholelifecycleofconstructionprojectsbyestablishadigitizedBIMparametersmodel.BIMhasattractedwidelyattentionsandappliedinthewesterndevelopedcountries.ThisstudyaimstousetheBIMtechnologySimulatesandanalysesenergyconsumptionofresidentialbuildingsinChongqingthroughestablishenergyconsumptionsimulationmodeloftheinformationatthedesignstageusingEcolectAnalysissoftware.AndcomparingwithtraditionalprocessofenergyconsumptionanalysisinChina.Themaincomparisonis:thedifferencesbetweensoftwares,parties,energyconsumptionanalysisprocessesandDataresults.ThensummarizehowBIMtechnologyappliedtoconstructionprojectanalysisofenergysaving,andwhatarethebreakthroughscomparedwiththetraditionalenergyconsumptionanalysis.LetthebuildingdesignersrecognizetheEcotectsoftware'sfeasibilityandapplicabilityinbuildingenergyefficiencyandpromotetheBIMtechnology，makeitgelsmoreextensiveapplicationintheengineeringproject.Makesurearchitectscanchooseaccurateandsuitableenergysimulationsoftware,designamoreefficientenergysavingconstructionscheme.Keywords:BuildingInformationModeling,buildingenergyconsumption,Ecotect,Energyconsumptionanalysisprocess,ComparisonResearchTOC\o"1-5"\h\z1绪， I1.2抓B的与意义 21.3trat 2戕砘Sil•相紐--—---- 2\o"CurrentDocument"1.3.2国外BIM技术应用于建筑节能的研宄 4\o"CurrentDocument"1.3.3国内BIM技术应用于建筑节能的研究 41.7触紐不足 8\o"CurrentDocument"2建筑节能与能耗模拟必要性分析 9庄哀蛇粍校拟的番念 10建筑轮耗傍m的必sft 11im筑順職_一一 12s內3筑is使发展«况- 15\o"CurrentDocument"3BIM技术及能耗模拟软件EcotectAnalysis is^•1的 18\o"CurrentDocument"3.2BIM与传统CAl）技术的区規 ^0BiI •••*BIM 22\o"CurrentDocument"BIM技术在我B发麵 25\o"CurrentDocument"3.5建筑物理环境性能分析软件EcotectAnalysis 27EcoieciAnalysis发R历H 27\o"CurrentDocument"3J.2EcotectAnalyst*的待点及功能 — 27

4传统居住建筑建筑能耗分析 314.1传统能耗分析软件 3233D0E.2软件 33DeST软件 Designbuilder软件 33PKPM软件 34354.2传统能耗分析具体流程 354.3传统能耗模拟分析存在的问题 4.3.1分析工具的选取困难 4.3.1分析工具的选取困难 374.3.2模拟结果的准确性有待提高 384.3.3结合规范的专业建筑节能评估软件缺乏 384.3.4能耗模拟软件和经济性分析结合不够 385Ecotect能耗分析与传统能耗模拟分析对比 39EcotectAnalysis能耗模拟分析 395.1.1EcotectAnalysis建筑能耗模拟分析信息模型 395.1.2BIM技术能耗模拟分析流程 5.1.2BIM技术能耗模拟分析流程 41Ecotect能耗分析与传统能耗模拟分析的差异 43参与方 43分析软件 43能耗分析流程 43分析结果表达 445.2.5模型后续利用性 445.2.6能耗分析目的 44Ecotect能耗分析的优势与缺点 456基于BIM技术的重庆居住建筑能耗分析实例 476.1工程实例介绍 476.23D建筑信息模型的建立 476.2.1模型的创建与信息输入 48Revit数据转换 486.3建筑能耗模拟分析结果的输出与解读 516.4结果分析与解读 537结论与展望 557.255567.25757致 谢 参考文献 ••••••••61录 ••••••••61#每月能耗图6.10三种构造情况下每月能耗对比Fig6.10Monthlyenergyconsumptioncontrastofthreesituations从图6.10所示可以看出，设计构造I与节能标准限值相差不大；但是如果将外窗的传热系数减小到标准值，全年总能耗就比设计构造小了很多。而设计构造1在冬季的能耗都要大于标准构造II，在夏季能耗要小于II。假设构造III全年都低于标准限值，满足节能设计要求。建议工程设计方案改变外窗的类型，使得建筑的能耗满足节能标准的要求。7结论与展望7.1结论城市化进程的加快，使得能源需求量继续增大，建筑节能成为未来的发展趋势。随着B1M技术在国内的发展以及推广，BIM被越来越多的用于建筑项目的整个全生命周期中，而BIM技术在建筑设计阶段的功能尤为显著。Ecotect软件以其功能的全面性、操作的便利性、可视化设计且与方案设计软件Sketchup.CAD、Revit等软件有很好的衔接等众多优点，被越来越多的建筑设计人员开始利用ECOTECT辅助建筑方案设计。本研究通过对国内外相关研究及文献资料的研读，对目前国内外建筑节能发展的状况以及传统居住建筑能耗软件的优缺点、BIM技术在国内外的发展应用做了总结。通过对传统能耗模拟分析的流程与用BIM技术建模进行能耗分析进行对比，分析其中的差异。有助于使用者认识到Ecotect软件与其他专业能耗模拟分析软件的差别，以及在分析过程中参与方、流程上的差异。本文的主要研究结论如下：1） 传统能耗分析有其缺点：由于项目的复杂性及各个分析工具在形式功能、内容与操作上的差异，在分析工具的选取上并不容易；由于专业问题认识不深及气候参数等问题，建筑模型与实际项目存在一定差异，对模拟结果的准确性造成影响；目前国内仅有PKPM软件与节能规范相结合，而PKPM本身也存在一定的弊端；与经济性结合不够。我国传统能耗分析大部分开始于施工图设计完成之后，此时建设项目设计方案大致完成，如果要进行修改，设计上比较麻烦。传统能耗分析结果主要用数字表达，比较枯燥，必须与节能设计标准对比判断是否满足要求。2） 使用BIM技术辅助建筑方案设计，可直接用B1M软件进行能耗分析后，在软件中进行方案的设计，建模及修改方式都非常便利。其三维模型可以直接用于指导现场施工，能直接从模型中输出CAD格式的建筑图纸。3） 使用BIM技术进行建筑项目的能耗模拟分析时，由于其软件的互通性，用BIM软件建立的建筑信息模型在Ecotect软件中进行了能耗模拟、遮阳系统分析等物理性能环境分析之后，还可以用来做很多后续的工作，不仅可以应用于设计阶段，还可以应用于施工、运营维护等阶段。如进行施工模拟、碰撞检测、工程规划等内容，该模型还可以现场指导施工，实时对比工程项目实体与BIM数据的对应程度。4） Ecotect的模拟结果在辅助建筑方案设计方面的使用范围有限，其基本计算方法不适合室外环境出现较大变化的情况，在太阳辐射和蓄热方面的计算也有一些误差，但是利用Ecotect来判断建筑遮阳系统的优劣是试用的。5）通过实际建设项0的能耗模拟分析，将Ecotect的计算结果与设计节能标准相联系，只能提供给设计师一个参考数据，不能作为绿色建筑评估提交的依据。7.2展望由于研究时间和研究能力有限，本研究在研究深度和广度上还存在更加值得深入研宄的地方。还需要进行更深一步的研究：1） 研究需要进一步对居住建筑整个建筑物进行研究，分析一个整体的能耗结果。而且本研究只是分析了Ecotect采暖与空调的能耗，应该对建筑方位、窗墙比、遮阳、遮阳系统等做更多的研宂分析。2） Ecotcet能耗模拟可以计算出建筑物全年动态能耗过程，对于建筑设计方案优化空调系统全年运行、替换更为节能的材料起到了指导作用。但是都不能做为绿色建筑评估的依据。针对Ecotect的特性，政府应颁布相关的法律法规，使其能在绿色建筑评估过程中提供切实的数据支撑。时光飞逝，随着论文的完成，我研宂生阶段三年的学习时光也即将接近尾声。回顾在大学学习的三年时光，很多人都给予了我无私的帮助，很多事情都让我收益良多，铭感肺腑。首先要感谢我的导师这三年来的辛勤培养和对论文的悉心教导。老师正直的为人、渊博的学识、严谨治学的态度、丰富的实践经验以及独特的人格魅力使我受益匪浅，在跟老师的学习过程中不仅掌握了许多学术研究方法，更重要的是懂得了很多为人处事的道理与方法。老师在我论文写作期间也给了我很大的帮助，他认真修改我的论文，指出其中的不足，再次谨向老师表达我深深的敬意。特别要感谢教授对我的指导和帮助。老师博学多才又风趣幽默，性格平易近人，态度认真负责，在学术上指导我很多，在我论文从框架构建到完成的写作过程中给出了很多有建设性的宝贵意见。感谢老师对我的悉心指导，我将铭记心中，在以后的生活中不惧任何挑战，勇往直前。还要对曾经授予我知识的各位老师表示感谢，谢谢你们对我的教育。感谢同学在生活中、学习中的照顾与帮助。感谢师弟、师妹在论文写作期间给予的支持和热情帮助。要特别感谢我的家人，是他们对我无尽的关怀与支持，才让我能够顺利完成研究生阶段的学业，迎接未来的挑战！最后要衷心的感谢百忙中审阅本论文和参加答辩的各位专家、教授！由于本人学识有限，文中不免有错误和待改进之处，真诚欢迎各位师长、同行提出宝贵意见。参考文献江亿JiangYi我国建筑耗能状况及有效的节能途径UL暖通空调2005,35(5)中华人民共和国国务院新闻办公室.中国的能源状况与政策.北京，2007LuisLopes，ShuichiHokoi.EnergyefficiencyandenergysavingsinJapaneseresidentialbuildingsresearchmethodologyandsurveyedresults[J).Energyandbuildings,2005，37：698H.Tommerup，S.Svendsen.EnergysavingsinDanishresidentialbuildingstockjJ].EnergyandBuildings*2006，38：618.626B.Farhanieh，S.Sattari.SimunationofenergysavinginIranianbuildingsusingintegrativemodelingforinsulation[J].RenewableEnergy，2006，31:417BingDong，SiewEangLee»MajidttajiSapar.AholisticutilitybillanalysismethodforbaseliningwholecommercialbuildingenergyconsumptioninSingapore[J].EnergyandBuildings.2005,37：167—174[71郎四维.《公共建筑节能设计标准》GB50189—2005剖析.暖通空调，2005,11：40-43YanYuan,JinglingYuan.ThetheoryandframeworkofintegrationdesignofbuildingconsumptionefficiencybasedonBIM.ProcediaEngineering.2011冯研.基于BIM技术的建筑节能设计软件系统研制.清华大学硕士论文.2010110]宋菲嫣，刁永发，顾平道.建筑南向外窗倾斜賴度对建筑能耗的影响.建筑节能.02(2009)：66.69[111李金牛，付祥钊.基于Ecotecl软件对商业步行街户外遮阳分析.建筑节能.03(2010)李岳，盂庆林，张焦燕.北京某商业步行街采光顶光热性能分析.建筑节能.08(2009)：56.58金玉棠，张一兵.Ecotect软件在音乐厅改造中的模拟声学设计研究.福建建筑.02(2010)张伟伟.Ecotect与Designbuilder在能耗模拟方面的比较研究.南京大学硕士论文.2012金苗苗.建筑设计中的能耗模拟分析.西安建筑科技大学硕士论文.2007EnergyandBuildingVolume,2004,36(8):749〜758.SantamourisM,BalarasCA,DascalakiE,ArgiriouA,GagliaA.EnergyconservationandretrofiltingpotentialinHellenichotels[J].EnergyandBuildings,1996,24(1):65〜75Tiwari,PiyushefficiencyandbuildingconstructioninIndia[J].BuildingandEnvironment,2001,36(10):1127〜1135POFanger.ThermalComfort.McGram—Hillcompany.NewYork,1972许占发主编.建筑节能技术实用手册.北京：机械工业出版社，2005[21|马宏雷.浮石保温砖热工性能测试及建筑能耗分析.华北电力大学硕士论文.2009江亿.我国建筑能耗趋势与节能重点.建设科技(建设部)，2006,7曾旭东.谭洁.基于参数化智能技术的建筑信息模型[J].重庆大学学报(自然科学版)2006,29(6)美国及加州建筑节能工作的开展，节能与环保，2003/11周倾，苏华.建筑能耗分析方法与现状[J].中国科技信息.2008/9刘磊.室内遮热措施的能耗及舒适性研宄.重庆大学硕士论文.2009陈超、渡边俊行等，日本的建筑节能概念与政策，暖通空调2002年第32卷第6期涂逢祥主编.建筑节能技术.北京：中国计划出版社，1996[291北京市赴法建筑节能考察组.法国强烈的建筑节能意识.墙材革新与建筑节能.1996.1EuropeanEnergyAgency，EnergyConsumptioninEurope王子介.法国的建筑技能法规.暖通空调.1995.4王立雄，建筑节能[Mj.北京，中国建筑工业出版社，2004：2.3顾同曾，欧洲三国建筑节能近况，建筑创作2002/6朱玉胜，建筑节能的发展，森林工程，第20卷第2期2004/3[351付祥钊.中国夏热冬冷地区建筑节能技术⑴.新型建筑材料,2000(6):13-17[36]/[371李玉娟.BIM技术在住宅建筑设计中的应用研究丨D】.重庆大学,2008138]丁士昭，马继伟，陈建国.建设工程信息化导论_.北京:中国建筑工业出版11,2005,10McGrawHillConstruction.GreenBIM.howbuildinginformationmodelingiscontributingtogreendesignandconstruction[R].2010何关培，王轶群，应宇垦.BIM总论[M].北京:中国建筑工业出版社,2011,4141]美国总务管理局.GeneralServicesAdministration(GAS)3D.4D.BIMProgram.http://www.gsa.gOv/portal/category/21062.美国陆军工程兵.U.S.ArmyCorpofEngineers(USACE＞，“BuildingInformationModeling(BIM)—ARoadmapforImplementationtoSupportMILCONTransformationandCivilWorksProjectswithinUSACE”RoadmapforImplementationofBIMinconstmctionIndustryinHongKong.HKIBI