?BIM 在節能改造領域將大有可為！
目前，我國存在大量的既有居住建築，其中大部分是 80 年代之後建造的。建築 材料的使用方面，主要是普通燒結磚和鋼筋水泥。從熱工性能方面來說，建築的圍護結構熱工性能遠不能達到我國的節能設計規範要求。
由於這些建築還存在著很大的使用價值，如果簡單粗暴的推倒重建，住戶來說需要承擔一定經濟壓力，對自然環境來說，由於燒結磚和混凝土等材料的自然降解需要幾十年甚至幾百年，污染自然環境。
隨著社會的發展，國家專項資金的支持，既有居住建築節能改造的需求越來越大。BIM作為國家推廣的技術，通過案例，讓我們來看看在既有建築節能改造領域，BIM如何大有可為。
案例分析
1、項目概況
以安徽某小區為例，該小區共建有居住建築 6 棟，均為 6 層住宅樓，設計使用年限 70 年。造於 1997~1999 年，住宅建築總面積為 6381㎡。結構形式為普通框架結構，未採取保溫措施。外牆採用燒結普通磚，清水牆體分化嚴重，外觀情況比較差，傳熱係數遠高於 《安徽省居住建築節能設計規範》的規定限值 1.0 W/(㎡·k)。屋面為加氣混凝土層平 屋面，屋面使用中重新做過防水設計。外窗的構造形式各戶的情況不一，大多依舊採用老式普通鋁合金窗戶，保溫性能比較差，氣密性也不好，漏風現象嚴重。
2、模型的建立
從項目原設計單位找到原始圖紙，首先根據項目的圖紙內容，收集所需族文件，如果沒有則需要單獨創建。然後根據項目圖紙內容進行繪製，注意標高等參數的設置。在模型創建的過程中，要及時檢查原有圖紙疏漏地方，因為原工程竣工可能會有圖紙變更沒有反映出來，還有的分部分項工程在使用過程中已進行改造過。創立過程中，對信息不全，圖紙不清的地方需要整合清楚，如有必要，需要現場測量情況。
3、利用 BIM 技術對既有居住建築節能潛力分析
圍護結構熱工性能分析
用 Revit 模型導入到建築節能設計分析軟體 PBECA 中，軟體可以計算出建築物 各種形式的維護結構的面積和建築物體積，計算各朝向的窗牆面積比、建築物的體形 係數、考慮熱橋影響後牆體（含外牆、分戶牆）的平均傳熱係數等，並比較判斷計算 結果是否滿足相關節能標準的要求。摘取建築節能計算報告書中重要的綜合權衡表和 綜合判斷結論兩部分。
通過對建築節能改造前的圍護結構的熱工性能的模擬計算，綜合權衡後得到綜合判斷結 論，屋面、外牆和外窗等圍護結構熱工性能均不能滿足《安徽省居住建築節能設計標準》中 相關要求。
光環境分析
將Revit模型導入到Autodesk Ecotect Analysis中，並與Radiance相結合進行模擬。 Autodesk Ecotect Analysis 軟體是一款功能全面，適用於從概念設計到詳細設計環節的 可持續設計及分析工具，其中包含應用廣泛的模擬和分析功能，能夠提高現有建築和 新建築設計的性能。但 Ecotect 的計算精度較低，而 Rdiance 軟體是由美國勞倫斯伯 克利國家實驗室以及瑞士洛桑生態技術聯邦局開發的採光軟體，採用了蒙特卡洛演算法優化的反向光線追蹤演算法，相對於光能傳遞演算法來說光線追蹤更適合於精確的建築採光分析，國際上採光分析論文基本都採用 Radiance 進行模擬，該軟體分析計算的結果受到廣泛的認可。本論文採用 Ecotect 建模，然後利用 Radiance 軟體內核進行模擬計算，最後將計算結果返回 Ecotect 進行可視化分析。
室內風環境分析
用 Revit 打開模型，導出.dwg 格式的三維模型。將此格式的模型導入到建築風環境模擬軟體斯維爾 Vent 中。Vent 依據《建築通風效果測試與評價標準》JGJ/T 309— 2013 推薦的 RNG k–ε湍流模型進行室外流場計算。
能耗分析
居住建築的節能性由維護結構熱工性能、建築朝向、體形係數、窗牆比等參數決定，但是居住建築到底節能多少需要對能耗進行量化。居住建築的能耗分析就是通過模擬計算的手段,分析上述建築單體本身屬性的改變對建築全年能耗的影響,進而為建築師改進單體設計提供科學的依據。
將 REVIT 中建築模型保存成.idf 格式的文件，在 IDFEdit 中對模型的參數進行 更加詳細的設置，根據《安徽省居住建築節能設計標準》第 5.0.5 的規定採暖和空調 系統的運行規定如下：
- 採暖計算期為當年 12 月 1 日至次年 2 月 28 日，空調計算期應為當年 6 月 15 日至 8 月 31 日；
- 室外氣象計算參數採用當年典型氣象年；
- 整棟建築每套住宅室內計算溫度，冬季全天取 18℃，夏季全天取 26℃；
- 採暖、空調設備為家用氣源熱泵空調器，製冷時額定能效比取 2.3，採暖時額定能效比取 1.9；
通過對軟體輸出的 Spreadsheets 文件數據進行統計分析，得到改造建築能耗的情況：
4、改造方案的設計
節能性分析
本項目提出來三套方案，建造出相應的 Revit 三維模型。將模型導出到 PBECA 軟體中進行模擬計算分析，驗證外牆、門窗和屋頂等部位平均傳熱係數是否滿足規範要求。在 ECOTECT、 斯維爾 Vent 和 ENERGY PLUS 等軟體中，分別驗證採光遮陽、室內通風和建築全年能耗是否滿足要求。如果有不滿足要求的地方，應及時修改優化方案。分析數據如下：
通過三種方案的熱工性能的數據分析，可以得出方案一的熱工性能最優，其次是方案二，最後是方案三，且三套方案均滿足《安徽省居住建築節能設計標準》的相關要求。
可視化分析
Revit 所建三維模型，在軟體裏便可以進行可視化分析。設計人員及時對改造方案做出修改意見，並對比不同方案在建築美學方面的優缺點。
能耗分析
利用 Energy Plus 分別對三套方案的全年能耗進行分析
三套方案的採暖耗熱量、空調耗冷量、採暖耗電量和空調耗電量逐漸增大，方案三能耗與方案一、二的差距最大。因為方案一採用了更好的保溫措施，所以相應能耗也最小。
造價分析
將設計方案的 Revit 工程模型導入到算量軟體中，軟體自動識別 Revit 模型中構件，進行清單定額套取並計算工程量。
結論：單位經濟指標方案一與方案二和方案三分別相差 3.5%和 16.19%，總體來說方案一與方案二的造價相差不大，方案三造價最低。
節能改造經濟性分析
根據能耗模擬結果，該項目在進行節能改造後，建築物單位能耗由 70.08 kWh/m2 降低到方案一的 39.92kWh/m2，方案二的 43.4kWh/m2，方案三的 53.86 kWh/m2，按 此計算每年的節能收益為，方案一：（70.08-39.92×6381×0.5953=114566 元 ，方案二和方案三分別是：101346 元與 61614 元。
根據採用投資回收期法進行對節能改造經濟性分析，動態回收期計算考慮資金時間價值、折現率等因素，設第一年全年為改造期，貨幣的標準折現率為 5%，並從第二年產生折現率，節能改造的支出費用和改造後每年收益情況。運用動態回收期公式得到計算結果：方案 1 Pt=13 年，方案二 Pt=15 年，方案三 Pt=21 年 （Pt 為動態投資回收期）。
經過業主委員會綜合考慮節能效果、節能費用和節能投資回收期，最終選擇方案 一。目前進行節能改造的居住建築大多是使用了十幾年的舊住宅，一般居住建築的使用年限為 50 年，由改造方案的節能動態回收期為 13 年可知：在進行改造後，十幾年的時間可收回投資，至少還有一、二十年的收益。因此節能改造既能大大節省住宅使用過程的費用，又能大大降低住宅的使用能耗，提高室內居住舒適度，值得廣泛開展。
5、總結
中國既有居住建築節能改造事業已開展十多年，已經初步形成一個系統，既有居住建築節能改造的包括圍護結構的節能改造，遮陽通風改造，建築設備改造更新，可再生能源的利用等方面。但是缺乏比較完善的節能改造方案，包括改造前，改造中，改造後的模擬分析和數據實測收集。利用 BIM 技術能夠很好分析出既有建築節能方面存在的問題，設計出適合的節能改造方案。
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