BIM技术在建筑节能分析中的应用以某教学楼模型为例.doc
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分类号密级
ＵＤＣ 编号
本科毕业论文（设计）
题目BIM技术在建筑节能分析中的应用
——以某教学楼模型为例
系别建筑与材料工程学院
专业名称工程管理
年级2012级
学生姓名林琦
学号1251014041
指导教师聂琼
二〇一六年五月
湖北第二师范学院毕业论文（设计）原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
论文作者签名：
年月日
文献综述
一、概述
BIM的英文全称是BuildingInformationModeling，国内较为认可翻译为：
建筑信息模型。
BIM的概念最早由美国乔治亚技术学院（GeorgiaTechCollege）建筑与计算机专业的查克·伊斯曼博士（Dr.ChuckEastman）在30年前提出[1]：
“建筑信息模型集成了所有的几何模型信息、功能要求及构件性能，利用一个单独的建筑模型涵盖建筑项目全寿命周期内的所有信息，包括过程信息，如施工进度、建造过程、维护管理过程等。
”
随着能源与建筑环境问题日益严峻，建筑绿色节能设计方法研究已经引起学术界极大关注。
目前，相关的统计结果显示，现在已经存在的和新建的建筑，基本都是高能耗建筑。
要进行建筑的节能设计，就必须要考虑环境、建筑师、设计方案等等问题，
而这其中最重要的，就是设计师。
建筑的位置和结构决定着建筑的采暖、采光水平等。
建筑设计方案不同，能耗也会不同[2]，所以，运用BIM技术进行建筑节能设计，是很有必要的。
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[3]。
跟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。
二、研究现状
BIM引入我国的时间虽然不长，但业界为BIM技术在我国建筑业的推广做了大量的工作。
麦格劳-希尔建筑信息公司[4]2007年5月至6月对中国市场所进行的十多场专家访谈和案例采编，以及2008年6月至8月在美国市场对数百名业主、建筑师、土木工程师、结构工程师和电气工程师、施工经理、总承包商和专业分包商进行的第一手调研结果[5]，作为一份具有前瞻性的调研报告，它通过对全球BIM应用处于领先水平的美国市场的描述，向中国读者展现了BIM对建筑设计工程行业的深远的、全方位的影响，同时诠释BIM在中国目前的应用现状。
2010年，中国房地产业协会商业地产专业委员会采用问卷调查的方式对中国房地产开发商BIM的了解程度、应用程度进行调查，并提出了商业地产实施BIM建议[6]。
BIM在我国建筑业经过近10年的发展，推动缓慢，业界专家纷纷探讨阻碍BIM发展的因素[7]。
现阶段BIM在我国工程设计行业中的主要应用障碍有：
设计师设计思维及方法的转型障碍，设计企业短视现象严重的障碍，业主变革驱动力不足的障碍，BIM技术本身的缺陷障碍，现有建筑行业体制，行业规程及法律责任界限不明的障碍等。
2011年，张春霞[8]指出BIM技术在我国的应用主要集中在一些大型设计院，并从设计方、业主、软件公司、政府机构等几个不同角度分析了BIM发展障碍因素。
BIM技术在我国的应用最初发生在设计阶段，其三维可视化设计成果展示备受业主、承包商的青睐。
薛晓娟等[9]分析了BIM在可视化设计、参数化设计和协同设计中的应用方式及工作机理，详细阐述了参数化设计在建筑结构设计中的应用，这些应用包括参数化建模、多方案优化设计、创建分析模型、自动出图以及工程量统计。
王陈远[10]建立了基于BIM的深化设计组织架构，在组织分工的基础上明确了项目各参与方的职责，并设计了基于BIM的深化设计管理流程。
陶敬华等[11]针对海洋油气开发的特点和结构设计阶段的问题，提出了由Revit（前处理）到SACS（结构设计计算）[12]，再到Revit（后处理）的BIM技术具体实施方案，并用案例进行方案有效性验证。
在欧美国家，BIM项目的数量已超过传统项目。
目前美国的绝大多数建筑项目都已经通过BIM来完成。
而在亚洲，日本对BIM的应用正进行得如火如荼。
我国BIM整体应用情况同发达国家还有一定差距，还处于推广尝试阶段，但BIM理念正逐步为建筑行业所熟悉[13]，目前的应用以设计公司为主，一些大的设计院，以及参与国际设计项目的设计单位已经开展了BIM相关的设计，国内已经有一部分成功的BIM应用案例，如中建国际（CCDI）设计的天津港国际油轮码头[14]、上海现代建筑设计集团2010年上海世博会德国国家馆[15]等。
三、总结
随着我国经济的飞速发展和能源问题的日益严重,建筑节能设计变得越来越重要。
BIM的发展经历由BIM标准、BIM工具到BIM应用的过程。
当前BIM应用不仅是一种技术实现问题，更是一种上升到行业发展战略层面的管理问题。
因此，结合工程管理学和计算机科学，从管理范畴对BIM进行深度分析，系统研究BIM国内外应用现状及软件交互性，探讨其发展动态及存在的障碍．对提高综合集成管理质量和水平具有重要理论和现实意义；同时也将进一步促进BIM的深人推广并使其价值最大化，为BIM在我国的广泛应用起到重要基础研究作用和价值．目前在采用BIM技术的3D建筑CAD软件与建筑能耗分析软件的结合方面,仍然存在许多尚未解决的问题。
不久的将来,综合利用BIM和建筑能耗分析进行绿色建筑设计的技术,会越来越完善和成熟。
参考文献
[1]麦格劳-希尔建筑信息公司.设计与施工的革新，生产与效率的提升[R],2009．
[2]王陈远.基于BIM的深化设计管理研究[J].工程管理学报,2012,26（4）:
12-16.
[3]陶敬华,远方,贾瑛.建筑信息模型（BIM）在海洋工程结构设计中的应用研究[J].土木建筑工程信息枝术,2011,3
（1）:
21-25.
[4]李相荣.BIM（建筑信息模型）应用于房地产项目管理信息化[D].北京交通大学硕士学位论文,2011.
[5]中国房地产业协会商业地产专业委员会.中国商业地产BIM应用研究报告2010[EB/OL].http:
//www.chinaBIM.com.
[6]何关培.中国工程建设.BIM应用研究报告解析[J].土木建筑工程信息技术,2012,4
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15-21.
[7]张建新.建筑信息模型在我国工程设计行业中应用障碍研究[J].工程管理学报,2010,8（4）:
387-392.
[8]张春霞.BIM技术在我国建筑行业的应用现状及发展障碍研究[J].建筑经济,2011,9:
96-98.
[9]]薛晓娟,赵昕,丁洁民.建筑信息模型在建筑结构一体化协同设计中的应用[J].结构工程师,2011,27
（1）:
14-18
[10]王陈远.基于BIM的深化设计管理研究[J].工程管理学报,2012,26（4）:
12-16.
[11]王英,李阳,王廷魁.基于BIM的全寿命周期造价管理信息系统架构研究[J].工程管理学报,2012,26（3）:
22-27.
[12]郭俊礼,滕佳颖,吴贤国,曹靖,晏伟.基于BIM的IPD建设项目协同管理方法研究[J].施工技术,2012,41（377）:
75-79.
[13]满庆鹏,李晓东.基于普适计算和BIM的协同施工方法研究[J].土木工程学报,2012,45:
311-315.
[14]张建平,余芳强,李丁.面向建筑全生命期的集成BIM建模技术研究[J].土木建筑工程信息技术,2012,4
（1）:
6-14.
[15]欧特克（中国）有限公司.上海世博文化中心获最佳BIM建筑设计一等奖[C].2010
摘要：
建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）作为一种全新的理念和技术，正受到国内外学者和业界的普遍关注。
美国国家BIM标准的定义为：
BIM是设施物理和功能特性的数字表达。
将BIM技术运用到建筑的节能设计之中，将大大改善建筑生产方式，节约资源，保护环境。
本文阐述了建筑信息模型（BIM）的发展和意义，分析了建筑节能发展的重要性和前景。
以北京某教学楼Revit模型作为研究对象，以生态建筑大师Ecotect软件作为研究工具，通过对BIM模型进行采光分析、声学分析、热环境分析，展示BIM技术在建筑节能领域的运用。
关键词：
建筑信息模型（BIM）绿色建筑节能GBXML采光混响
Abstract:
Buildinginformationmodelasanewconceptandtechnology,hasreceivedwideattentionofdomesticandforeignscholarsandindustry.ThedefinitionofthenationalstandardofBIM:
BIMistheexpressionofphysicalandfunctionalcharacteristicsofthedigitalfacilities.BIMtechnologywillbeappliedtotheconstructionofenergy-efficientdesign,willgreatlyimprovetheconstructionmodeofproduction,resourceconservation,environmentalprotection.Thispaperexpoundsthedevelopmentandsignificanceofbuildinginformationmodel（BIM）,analyzestheimportanceandprospectsofthedevelopmentofbuildingenergyefficiency.InBeijingoneoftheteachingbuildingoftheRevitmodelastheresearchobject,toecologicalconstructionmasterEcotectsoftwareasatooltostudybytheBIMmodeloflightinganalysis,acousticanalysis,analysisofthethermalenvironmentofthetodisplaytheapplicationofBIMTechnologyinthefieldofbuildingenergyconservation.
Keywords:
BIMGreenBuildingGBXMLDaylightReverberationenergy-conservation
目录
1绪论 1
1.1选题背景及研究意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3研究内容及研究方法 3
2BIM概述 4
2.1BIM的概念与发展 4
2.1.1BIM的概念 4
2.1.2BIM的发展 5
2.2BIM在整个项目生命周期中的运用 5
2.2.1建筑设计阶段的BIM技术运用 5
2.2.2建筑施工阶段的BIM技术运用 7
2.2.3建筑运营阶段的BIM技术运用 7
3绿色建筑的发展与内涵 9
3.1绿色建筑的定义 9
3.2绿色建筑的意义 9
3.3国内外绿色建筑发展比较 10
4BIM在绿色建筑设计中应用的实际案例分析——以某教学楼模型分析为例 11
4.1采光与辐射分析 11
4.1.1项目概况 11
4.1.2太阳运行轨迹分析 13
4.1.3采光系数和光照强度分析 14
4.2声环境分析 17
4.2.1简介 17
4.2.2混响时间分析 17
4.2.3几何声学分析 21
4.3热环境分析 23
4.3.1简介 23
4.3.2热环境分析实例 23
5结论与展望 31
5.1结论 31
5.2展望 31
5.2.1BIM模型在设计软件之间的交互 31
5.2.2节能分析软件算标准的统一 32
参考文献 33
致谢 34
34
1绪论
1.1选题背景及研究意义
全球范围内建筑行业的危机在日益严重。
世界上40%原材料由建筑物所消耗，建筑业是全球经济中的关键因素。
并且，由于设施消耗世界上40%能源和65.2%的电力，建造业也是节能减排的关键因素[1]。
每年，建筑物排放到大气的碳排放量为占40%和材料运输建造时材料浪费率为20%，因此建筑业也是环境保护中的关键因素。
显然，建设工业有责任尽可能有效地利用地球资源。
在设计与施工期间发生的微小变化，将对生命周期产生很大影响。
改进后的施工设计，能使建设的效率提高3.8%[2]。
因此，为了提高运营效率，工作重点是需要以确保人力和流程进行优化。
BIM以新的理念和做法，大大提高了信息技术和业务结构，他们将解决建筑浪费和建筑行业中的效率低的问题。
这种新的概念—建筑信息模型，是减少建筑浪费，增加建筑的价值，减少环境损害，提高居住舒适性的关键的因素。
1.2国内外研究现状
国外BIM应用已经开始普及。
BIM应用始于美国,美国总务署（GenemlServicesAdmisation,GSA）[3]负责美所有联邦设施的引进和运营,为了提高建筑业的生产效率及信息化水平,美国总署于2003年推出了国家3D.4D.BIM计划,规定了基于IFC标准的建筑信息模型在同行业之间信息交互的要求,以达到信息化促进商业进程的目的,之后陆续发布了一系列BIM指南。
BIM进行交互的分析软件很多,体系也很成熟。
例如做风环境分析的Phoenices,太阳辐射分析析Vasari,日照分析的Ecotect,人员疏散模拟的Pathfinder等等。
越来越受到建筑师的青睐。
特别是EcotectAnalysis,它能进行与绿色建筑相关的日光分析、气候分析、声热分析、太阳及热辐射分析等[4]，涵盖了建筑的节能分析的众多模块。
在我国，住房城乡建设部发布的“2011-2015年建筑业信息化发展计划”中。
将BIM和其他基于网络协同工作的新技术作为“十二五计划”的重点产业信息化推进[5]。
越来越多的中国企业开始使用BIM的建设。
从当前建设项目的发展现状看，中国的BIM在建设中的成功案例很多,除了北京奥运会建造的鸟巢和水立方体，比较成功的还有上海世博文化中心项目[6],它获得了Autodesk（中国）有限公司颁发的最佳BIM建筑设计一等奖。
其建筑模型如图1.1，结构模型见图1.2，世博文化中心Revit模型渲染效果图如图1.3。
随着BIM理论在西方国家越来越成熟,它在中国建设项目中的运用也变得越来越成熟和重要[7]。
作为一个发展中国家,在对国际标准的条款,还有很多具体问题应要处理。
目前,从国内许多著名的案例可以看出，BIM的已经成功地证明了它的能力，变得很成熟。
目前,BIM技术的应用主要是通过相关的软件来实现,建筑公司一般选用ArchiCAD和Revit。
图1.1世博文化中心建筑模型
图1.2世博文化中心机电模型
图1.3世博文化中心Revit模型渲染效果图
1.3研究内容及研究方法
本文阐述了建筑信息模型（BIM）的发展和意义，分析建筑节能发展的重要性和前景。
以北京某教学楼Revit模型作为研究对象，用生态建筑大师Ecotect软件对BIM模型进行采光分析、声学分析、热环境分析。
分析各项优化方式，展示BIM技术在建筑节能领域的运用。
2BIM概述
2.1BIM的概念与发展
2.1.1BIM的概念
建筑信息模型（BIM）是关于建筑信息的数字表示和管理的方法。
建筑信息模型（BIM）是包含了建筑的一切相关信息[8]。
目前使用BIM软件的包含个人，企业和政府机构，对项目的设计，建造，运行进行规划，以及维护不同的物理基础设施，比如水，电，气，垃圾和通信公用事业，公路，桥梁和港口等，民用建筑房屋，公寓，学校，商店，办公室等。
美国国家建筑信息模型标准项目委员会定义为建筑信息模型（BIM）[9]是一个建筑的物理和功能特性的数字表示。
BIM能为建筑生命周期中有关构成提供可靠决策依据。
传统的建筑设计在很大程度上依赖的是在二维的技术图纸（平面图，立面图，剖面图等）。
建筑信息模型扩展了为3D，扩增的三原色的空间尺寸（宽度，高度和深度）与时间作为第四维（4D）和成本作为第五（5D）。
因此BIM覆盖不仅是几何，它还涉及空间关系，光分析，地理信息，以及数量和建筑构件的性能（例如，制造商的详细信息）。
BIM包含建筑形状或空间（如房间的形状），携带其几何形状，关系和属性。
BIM设计工具允许从建筑模型视角提取图纸用于生产和其他用途。
这些不同的视图被自动匹配，BIM软件还对对象赋予了参数定义，并关联到其他的项目，这样，如果一个相关项目进行了的修改，与其关联的项目将自动也会变更，简化了工作任务，大大提高了效率。
对于参与项目的专业人士，实现了虚拟的信息模型BIM由设计团队交给（建筑师，景观建筑师，测量师，土木，结构和建筑服务工程师等）的主承包商和分包商，然后到施工人员;每个部分数据都共享。
这使新负责该项目的团队将信息进行逐步完善，并提供了更广泛的信息。
2.1.2BIM的发展
BIM诞生于美国，美国总务管理局于2003年推出了国家BIM计划，对BIM的概念使用等信息进行了推广。
2006年美国颁布了一项为期15年的BIM规划[10]。
2007年，2007年美国建筑科学研究院推出智能建筑联盟（BuildingSmartalliance），负责开发研究BIM技术。
2009年，美国Wisconsin州政府颁布法令，要求大型公共建筑项目需要使用BIM技术。
其他国家也纷纷加入BIM技术行列。
2010年日本交通省宣布推行BIM技术。
目前日本BIM技术的应用范围已经逐步扩展到全国，政府也作为了主导地位。
欧洲也已经有很多政府投入到BIM技术的研究之中。
现在BIM技术正在引发一次建筑史上的革命。
2003年，我国开始引进BIM技术，并逐步运用到建设当中，目前主要以设计公司为主。
国家“十一五”和“十二五”建筑信息化发展纲要中也将BIM技术纳入研究范围之中[11]。
目前，BIM技术的使用主要在设计单位，从这个层面来讲，BIM在中国的应用还只是处于起步阶段。
纵观全球BIM技术的发展状况，中国BIM技术也会逐渐成熟，
2.2BIM在整个项目生命周期中的运用
2.2.1建筑设计阶段的BIM技术运用
建筑信息模型横跨整个建筑生命周期。
BIM大多从前期设计阶段开始，这个阶段也是BIM技术发挥最多的部分。
首先开发设计构建团队针对预测和实际目标对建筑设计出BIM模型，建模是BIM技术运用的关键因素，精确的模型是建筑施工的基础[12]。
另一方面，设计师在对建筑进行BIM模型设计时，能同时将构建的材料、施工工艺等信息输入到模型之中，这是建筑信息模型优于普通图纸的地方。
如图2.1，在建立的案例模型上选中建筑墙体，左边属性栏会显示墙体的相关信息。
点击“编辑类型”,在弹框中我们能看到墙所在区域、厚度、材料等具体参数，并赋予墙体相应的材料，这里，我们选用一般的混凝土砌块。
在弹框的结构一栏中，点击“编辑”，能对墙进行更具体的设置，包括墙的功能以及各层面的材，如图2.2所示。
同时我们还能观察到，材料属性窗口还显示出了混领土砌块墙体的各项物理性能，如：
阻力，热量值能等，这为BIM模型进行能量分析打下了信息基础。
图2.1建筑构件属性框
图2.2墙体具体参数设置窗口
2.2.2建筑施工阶段的BIM技术运用
在建设过程中，如期完成项目并不是件容易的事，期间很可能遇到预算紧缩、人力有限，工期加快和工程变更等事件。
BIM能对建筑信息建模型做碰撞检测，确定冲突的确切位置。
BIM能在实际建造之前进行虚拟建造，以减少不确定性，提高工作安全性，模拟和分析潜在的问题。
分包商可以在开始施工前进行预运算，有机会通过系统模型的信息分析预组装现场[13]。
另一方面，施工团队可以轻松地从BIM模型中提取材料的数量和种类等属性。
还能定义该部位的施工方法、范围等。
BIM也可以防止错误发生，通过启用冲突或碰撞检测，并在计算机模型中标记出问题出现在建筑物的哪个部位，例如：
结构框架和建设服务管道可能错误地相交。
如图2.3，在Revit软件主菜单栏的分析模块下，可进行风管系统检查、管道系统检查，和机电线路检查。
如图2.3Revit碰撞检查
2.2.3建筑运营阶段的BIM技术运用
BIM可以将设计团队，施工队伍和建设单位联系在一起，每一方都能通BIM模型添加和提取相关信息，达到信息的共享，对建设单位与施工队有很大的帮助。
例如，业主发现他住的大楼出现渗漏时。
他可以查看模型可能出现问题的水阀的位置，而不用把整个建筑挖开，并查看阀门模型、制造商、零件号等相关信息。
将模型切换到三维视图，能方便我们掌控全局。
在建筑模型左侧项目属性浏览器中，编辑“可视性”，如图2.4。
在过滤器中只勾选管道，这样就能在模型中标出所有管道位置，由漏水部位判断出哪部分管道出现问题。
图2.4项目可见性窗口
3绿色建筑的发展与内涵
3.1绿色建筑的定义
绿色建筑（也称为绿色施工或可持续建筑）是指在整个建筑生命周期中从选址到设计、施工、运营、维修、改造或拆除时，对环境造成影响小和资源利用率高的建筑。
换句话说，绿色建筑设计及住宅建设与环境之间取得平衡的可持续发展。
这就要求在所有项目阶段的设计团队、筑师、工程师和施工人员的密切合作。
绿色建筑提倡建筑设计关注经济、实用、耐久性和舒适性。
在能源和环境的占领导地位（LEED）是一套绿色建筑设计、施工、操作和维护评级系统的，由美国绿色建筑委员会提出的。
还有英国BREEAM（建筑研究建立环境评估法）建筑的可持续性研究系统[14]。
目前，世界绿色建筑委员会开展绿色建筑对健康影响的研究。
新技术正在不断发展，在创建绿色结构，绿色建筑的共同目标是要减少整个建筑对人类健康和自然环境的影响：
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