基於BIM的建築節能設計
BIM是以三維設計為基礎，以數字信息為載體，將建築項目全生命周期的所有信息高度集成到壹個建築模型中，使其在設計、施工、運營和維護階段可供所有參與者使用[3]。這個建築信息模型不僅包括幾何信息(如材料、結構、尺寸等。)的建築，還包括大量的非幾何信息(如強度、性能、材料傳熱系數、構件成本等。)，而且所有的數據都是連續的、及時的、可靠的、壹致的[4]。基於BIM的建築節能設計是指利用BIM核心建模軟件，對建築、結構、暖通、電氣、給排水等專業進行協同設計。在概念設計、概念設計、初步設計、施工圖設計的各個階段，根據圖紙設計的不同深度，將建築模型直接導入到相應的建築性能模擬軟件中進行模擬分析。模擬數據包括能耗、舒適度和相應的經濟指標。然後根據模擬數據，進行建築各專業的優化設計。各階段逐步推進，直至完成施工圖設計，如圖1。
兩種設計方法的比較
設計效果對比
由於不同專業之間缺乏信息共享，不同專業的設計人員很難相互溝通協調，也很難發現圖紙中的“錯、漏、碰、缺”等問題。另外，建築節能設計包括建築和設備兩個專業。不同專業的獨立設計，會導致設備工程師在進行能耗分析前需要反復輸入建築數據，無法實現節能建築的全過程、壹體化、精細化設計與評估[5]。基於BIM的建築專業設計，不僅可以通過建立工作集在本地進行專業間的信息更新和交換，還可以采用基於雲計算的BIM技術，實現跨地域、跨單位的協同工作和信息共享[6]。這種多專業的協同設計將大大提高設計質量，避免因設計失誤造成施工階段的資源浪費，也有利於多專業建築的整體節能設計和優化。
能效2D圖紙和建築能耗模擬軟件不能自動導入。建築師需要手工將建築設計的相關數據輸入到專業的能耗軟件中進行能耗分析，大量繁瑣重復的輸入工作消耗了建築師大量的寶貴時間。因此，能效計算通常安排在施工圖設計完成後，此時很難對圖紙進行修改。BIM核心建模軟件和相關能耗模擬軟件基於同壹個IFC(IndustryFoundationClasses)標準，即不同軟件共享同壹個數據源，因此可以在建模軟件和能耗模擬軟件之間自動導入建築信息模型，只需輸入地理位置等少量信息即可進行能耗模擬分析。如表1所示，國內最常用的Revit建模軟件及相關仿真軟件，可以按以下格式自動導入。使用BIM數據源進行能耗分析，比傳統的手工數據錄入花費的時間更少，大大提高了效率[7]，使設計師能夠在設計的各個階段，根據能耗模擬結果，設計和優化相應的建築能效。
準確性在傳統方式下，很容易發現能耗模擬中獲得的數據與實際情況不符，部分原因是基於2D模式人工輸入的模擬模型與實際建築模型不符[9]。在傳統的建築性能分析中，由於軟件和實際設計相對獨立，沒有統壹的數據格式，無法在設計時完成集成分析，也無法滿足建築節能設計的準確性和可靠性[10]。基於BIM的建築節能設計，其建築模型是壹個參數化的模型，在垂直方向上包含了很多學科，在水平方向上包含了所有相關的建築信息。建築模型信息完整準確，其信息可以在不同專業、不同軟件之間無縫銜接，實現多模塊計算的整體設計，避免因建築信息丟失導致仿真模型與建築模型不壹致，影響仿真數據的準確性[10]。此外，壹些BIM核心建模軟件本身也具有能耗模擬的功能，如Revit本身具有冷熱負荷和能耗模擬的分析能力，也可以減少由於模型相互引入造成的信息丟失而導致的模擬數據的誤差。
經濟分析壽命周期費用主要由建築安裝費用和運營費用決定。針對建築安裝工程造價，傳統的工程量計算2D模式是造價工程師手工將圖紙輸入造價軟件進行統計，工程量計算時間約占整個造價計算的50% ~ 80%[11]。因此，需要在每個設計階段完成後進行成本估算，在設計過程中幾乎不進行經濟分析。基於BIM的建築節能設計可以方便、準確地實時估算項目的建築安裝成本和運營費用。利用bim進行建築安裝工程造價計算包括以下三種方法[12]: ①利用應用程序接口(API)建立BIM軟件與造價預算軟件之間的連接，將BIM軟件中的工程量信息導入造價軟件；②利用開放式數據庫連接(ODBC)直接訪問BIM軟件數據庫，然後根據需要從BIM數據庫中提取所需的計算信息；③輸出到EXCEL，有些BIM軟件還可以統計工程量，導入EXCEL進行匯總計算。利用BIM運行成本估算，可以將模型導入能耗模擬軟件，進行能耗模擬和相應的運行成本估算。BIM的建築節能設計從全壽命周期成本優化的角度為優化設計方案提供了技術支持，如圖2所示。
設計可視化CAD模式圖通常由設計者抽象地表達相應的部件及其尺寸。基於BIM的建築節能設計具有可視化的特點，不僅可以暴露前期的壹些設計問題，還可以從節能、外觀、經濟等方面為項目的節能設計提出合理化建議。此外，能耗模擬軟件得出的模擬結果不僅包括文本格式，還包括動畫格式，方便非專業人士理解。
模型後續利用的比較
綠色建築的應用與評價基於2D模式，綠色建築的應用與評價通常由設計單位根據要求進行設計，申請單位根據要求收集整理資料進行申報，評價單位根據申請材料開展評價活動。申請、資料整理和評價工作基本都是手工完成，不僅降低了工作效率，也不利於綠色建築評價的規範化和制度化。基於IFC標準對現有BIM基礎數據進行必要的擴展，將綠色建築相關數據整合到BIM模型中，可以促進綠色建築申報和評估的自動化，提高工作效率，降低綠色建築的技術門檻。據統計，將從BIM模型中提取的節能數據用於我國綠色建築等級評定時，該信息可以自動高效地確定綠色建築評價標準中居住建築控制項和公共建築控制項的百分比，分別為33%和60%，使得公共建築壹般項自動確定率達到70%，甚至居住建築壹般項自動確定率可以達到100%。
在建設和運營階段的應用不同於基於2D圖紙的能耗模擬模型，後者只能用於能耗分析。BIM模型貫穿於項目的全生命周期，在建設和運營階段以及設計階段都具有應用價值。比如在施工階段將模型導入施工模擬軟件，可以模擬整個施工過程或重要環節和技術；您可以創建4D(加上時間)和5D(加上時間和成本)來管理基於三維模型的建築項目。還可以基於BIM模型在眾多項目參與方之間實現壹體化的合同管理模式。即使在運營階段，BIM模型也可用於設施管理(FM)。
操作條件的比較
軟件和硬件要求BIM包含比CAD圖紙更多的數據。要保證BIM相關軟件的運行速度和圖紙的流暢性，對計算機的計算能力和存儲能力有很高的要求。隨著項目規模和復雜程度的增加，以及軟件版本的升級和新功能的增加，需要逐步加大對計算機硬件的投入。為了實現協同工作，BIM數據通常存儲在服務器中，項目成員通過網絡訪問文件服務器讀寫數據，這就需要搭建壹個可行的、性能良好的BIM工作網絡環境。另外，基於BIM的建築節能設計，僅靠壹個軟件或壹種軟件是不可行的，需要更多的軟件。但這些軟件基本被美國的大型軟件開發商壟斷，價格相對較高，使得基於BIM的建築節能設計在軟硬件配套設施上的投入比傳統方法更大。
人才要求BIM人才同時具備工程能力和應用能力。但目前的BIM人才仍然不足:①剛參加工作，短時間內進步很快的BIM建模人員，工程能力較弱；(2)工程經驗豐富的設計師，CAD思維模式根深蒂固，工作任務飽和，學習機會相對較少，沒有時間和激情去學習BIM等新技術，當然也受到學習機會的影響；(3)少數兼具工程和BIM綜合能力的人才提成高，這是由於目前高校缺少BIM相關課程，培訓機構培訓成本高影響了BIM人才的全方位培養，BIM應用人才的缺乏成為制約BIM技術應用的瓶頸[15]。
首先，國內缺乏相應的政府文件、規範和行業標準對基於BIM的設計進行識別和規範，設計師仍需將BIM模型導出為CAD格式進行圖紙審核和交付。其次，國內的工程合同制度沒有對BIM實施流程和規則、BIM責任劃分、信息交換標準等做出詳細規定，導致設計單位、建設單位、施工單位之間的責任和利益難以明確；而且在BIM實施初期，由於參與者技術不熟練，可能短時間內減產，甚至項目失敗，這對於目前設計任務已經飽和的設計單位來說是難以承受的，設計單位也很難形成應用BIM技術的寬松實踐環境。BIM實施在宏觀和微觀上的支持不足，影響了其全面實施。
軟件本地化基於BIM的建築節能設計的相關軟件基本都是進口的，與國內相關標準規範和工程實踐有差異，即軟件的本地化不夠。比如BIM軟件提供的結構設計、照明設計、水力設計都不能滿足我國設計規範的要求；BIM軟件本身提供的工程量統計方法與我國工程量清單計價規則存在差異；BIM的核心“家族”也是基於國外標準，不符合國內實際需求。雖然設計師可以定制任何壹個族，但是只靠設計師自己去創建幾個族是很費時間和困難的。另外，壹些軟件的操作界面還是英文的，這給英語不熟練的國內項目人員帶來了壹些困難。
基於BIM的建築節能設計推廣建議
與傳統建築節能設計相比，基於BIM的建築節能設計不僅在設計階段具有協同設計、高效準確的優勢，而且結合了經濟分析和設計可視化，其設計模型也便於綠色建築申報和評估的自動化，以及在施工階段和運營階段的重用。當然，目前基於BIM的建築節能設計需要更高的軟硬件配套設施和人才投入，也需要更多適合中國國情的政策法規和本地化軟件的支持。但毫無疑問，基於BIM的建築節能設計必將是未來的發展趨勢。為了更好地推動基於BIM的建築節能設計的推廣和發展，提出以下建議供參考。政府部門制定和完善配套政策。
政府在推動基於BIM的建築節能設計發展中發揮著重要作用，可以從以下幾個方面進行完善和加強:①制定相關的BIM標準。不僅要制定類似於IFC的技術數據標準，還要出臺相應的標準，在圖紙審查、綠色建築評價中對基於BIM的建築節能設計結果進行認定和規範。(2)組織制定適合我國工程實踐的家庭圖書館。③規範BIM人才資質認證。BIM人才的資質認證可以由權威機構組織，鼓勵和規範BIM人才的培訓和認證。(4)經濟支持。對主動采用BIM進行建築節能設計的項目給予稅收優惠等支持；通過撥付科研經費，支持基於BIM的建築節能設計研究。⑤開展示範工程。有國有資金投資或者國有資金投資的項目應當采用BIM技術，建築節能設計應當發揮示範作用。
研究機構加大科研投入。
對於基於BIM的建築節能設計的技術和管理問題，高校和科研機構應肩負起相應的研究責任，重點研究如何使模型更加智能和準確。如何將本地化的政策標準嵌入到國際建模和仿真軟件中；加大科研投入，開發各種軟件的中文版本。
高校和企業加強人才培養。
高校要適應社會需求，培養BIM應用人才，在建築、設備、造價等專業開展有針對性的BIM教學。企業也要充分意識到BIM即將開啟建築行業的又壹次革命，正視BIM帶來的挑戰和機遇。企業高層領導要合理權衡新技術投入的短期風險和長期收益，增加BIM技術應用的成本，為BIM應用創造寬松的環境。設計師應該參加BIM培訓，以適應社會發展的要求。企業和設計師逐漸實現從傳統2D到BIM的轉變，贏得市場的核心競爭力。
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