一种装配式建筑的节能设计方法、装置、设备及存储介质与流程

本发明实施例涉及建筑工程技术领域，特别是涉及一种基于bim的装配式建筑的节能设计方法、装置、设备及计算机可读存储介质。

背景技术

随着信息技术的快速发展，传统的建筑工程已经朝着建筑工程信息化发展，例如bim为主导的信息化技术应用已大面积推广应用在土木建筑工程中。

bim是建筑信息模型的简称，通过在计算机中建立虚拟的建筑工程三维模型，同时利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。在工程建设领域，bim能够实现基于工程构件的全生命周期管理，以三维模型构件为基本单元存储工程项目的实体信息。结合更多的相关软件，还可以利用bim模型中包含的工程信息模拟建筑物在真实世界中的状态和变化，使得建筑物在建成之前，项目各方就可以分析和评估整个项目的情况。bim的核心是信息集成与应用，将准确的信息集成在数据库中并有效传递给终端用户为bim技术的价值体现。

装配式建筑为在施工现场将预制构件进行装配而成的建筑。装配式建筑在20世纪初就开始引起人们的兴趣，到六十年代终于实现。英、法、苏联等国首先作了尝试。相比传统建筑方式，装配式建筑所需劳动力减少30％，施工总工期缩短30％，建筑垃圾可减少80％以上，迅速在世界各地推广开来。

据统计，全球能量的50％消耗于建筑物的建造与使用过程，我国的建筑能耗量约占全国总用能量的1/4，居耗能首位，建筑节能已成为建筑领域学术研究的热点。建筑节能是指在建筑物的规划、设计、新建(改建、扩建)、改造和使用过程中，执行节能标准，加强建筑物用能系统的运行管理，利用可再生能源，在保证室内热环境质量的前提下，增大室内外能量交换热阻，以减少供热系统、空调制冷制热、照明、热水供应因大量热消耗而产生的能耗。

现有技术中在对建筑物进行节能设计时，仅仅关注建筑物的能耗计算，而建筑物的节能设计不仅仅包含建筑能耗的设计，仅靠建筑物的能耗评判整个建筑物节能是否达到国家或国际标准，显然是不准确和不合理的。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种基于bim的装配式建筑的节能设计方法、装置、设备及计算机可读存储介质，多维度分析建筑物的节能参数，使得建筑物的节能设计更加合理，以符合国内外建筑物节能标准。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

本发明实施例一方面提供了一种基于bim的装配式建筑的节能方法，包括：

获取待设计建筑的三维bim模型，所述bim模型根据所述待设计建筑的设计方案生成；

利用所述bim模型，计算所述待设计建筑当前的设计参数，所述设计参数包括节能特性参数和全寿命周期成本，以用于分析所述待分析建筑物的节能性能；

其中，所述节能特性参数包括热能参数、能耗参数、气流参数、采光参数和噪声参数。

可选的，在所述利用所述bim模型，计算所述待设计建筑的设计参数之后，还包括：

判断所述设计参数是否满足预设的建筑节能设计标准；

若否，则优化不满足所述建筑节能设计标准的设计参数。

可选的，当所述能耗参数不满足所述建筑节能设计标准的设计参数时，所述优化不满足所述建筑节能设计标准的设计参数：

获取基于所述bim模型计算得到所述待设计建筑内部的采光系数分布图；

根据所述采光系数分布图重新确定所述待设计建筑内部的开窗形式、窗口尺寸和位置，以使自然光利用率达到预设阈值；

根据所述待设计建筑的灯具参数，重新确定灯具的安装位置和安装数量，以降低人工照明产生的能耗。

可选的，所述利用所述bim模型，计算所述待设计建筑的设计参数包括：

基于所述bim模型，利用itwo软件，结合费用率算法，计算所述待设计建筑的全寿命周期成本。

可选的，所述热能参数为所述待设计建筑的日照参数、室内、室外的热能环境参数和热岛强度参数。

可选的，所述利用所述bim模型，计算所述待设计建筑的设计参数包括：

基于所述bim模型，利用cfd软件模拟所述待设计建筑内部的自然通风方式和机械通风的气流组织，以作为所述待分析建筑室内风环境参数；

根据预设边界条件设置所述bim模型，计算所述待设计建筑室内外气流的运动趋势，以用于分析所述待分析建筑外部或内部空间的气流主导方向、微粒随气流扩散、建筑表面压力。

本发明实施例另一方面提供了一种基于bim的装配式建筑的节能装置，包括：

模型获取模块，用于获取待设计建筑的三维bim模型，所述bim模型根据所述待设计建筑的设计方案生成；

参数计算模块，用于利用所述bim模型，计算所述待设计建筑的设计参数，所述设计参数包括节能特性参数和全寿命周期成本；所述节能特性参数包括热能参数、能耗参数、气流参数、采光参数和噪声参数。

可选的，还包括：

判断模块，用于判断所述设计参数是否满足预设的建筑节能设计标准；

参数优化模块，用于当所述设计参数不满足预设的建筑节能设计标准时，优化不满足所述建筑节能设计标准的设计参数。

本发明实施例还提供了一种基于bim的装配式建筑的节能设计设备，包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如前任一项所述基于bim的装配式建筑的节能设计方法的步骤。

本发明实施例最后还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有基于bim的装配式建筑的节能设计程序，所述基于bim的装配式建筑的节能设计程序被处理器执行时实现如前任一项所述基于bim的装配式建筑的节能设计方法的步骤。

本发明实施例提供了一种基于bim的装配式建筑的节能设计方法，基于待设计建筑的三维bim模型，计算待设计建筑的节能特性参数和全寿命周期成本；节能特性参数包括热能参数、能耗参数、气流参数、采光参数和噪声参数。本申请提供的技术方案的优点在于，通过多维度分析装配式建筑的节能特征，如热能、能耗、光、声以及经济成本，将bim技术、装配式公共建筑的节能特性、全寿命周期成本结合起来，使得建筑物的节能设计不仅在横向(热能、能耗、风环境等)覆盖范围更广，而且在纵向(全寿命周期)得到延伸，不单单局限于工程前期阶段。根据设计图纸建立的bim三维模型，能与多个软件兼容，分析装配式建筑的节能情况，具有专业性强、自动化程度高、可视性、易使用、高性能和可靠性高特点；节能设计时考虑建筑的全寿命周期的成本，从建筑节能的发展和投入产出的综合经济和社会效益进行全面综合比较，采用节能设计虽然短期内使成本增加，但从建筑物整个寿命周期分析来看，不仅可以大大提高居住环境的舒适度，而且可以大大节约冬季采暖和夏季空调的运行费用，不仅能降低耗能，节省使用者的生活开支，还能保护生态环境，用增加极小的投入，取得极大的经济、社会和环境效益。

此外，本发明实施例还针对基于bim的装配式建筑的节能设计方法提供了相应的实现装置、设备及计算机可读存储介质，进一步使得所述方法更具有实用性，所述装置、设备及计算机可读存储介质具有相应的优点。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于bim的装配式建筑的节能设计方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种基于bim的装配式建筑的节能设计方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的基于bim的装配式建筑的节能设计装置的一种具体实施方式结构图；

图4为本发明实施例提供的基于bim的装配式建筑的节能设计装置的另一种具体实施方式结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

本申请的发明人经过研究发现，目前国内对节能建筑的研究，仅关注能耗的计算，没有关注经济性分析，而且目前很少有软件和比较公认的寿命周期费用分析方法紧密结合。

鉴于此，本申请通过多维度、多软件分析装配式建筑的节能特征，如热能、能耗、光、声以及经济成本，将bim技术、装配式公共建筑的节能特性、全寿命周期成本结合起来，使得建筑物的节能设计不仅在横向(热能、能耗、风环境等)覆盖范围更广，而且在纵向(全寿命周期)得到延伸。

需要注意的是，上述应用场景仅是为了便于理解本申请的思想和原理而示出，本申请的实施方式在此方面不受任何限制。相反，本申请的实施方式可以应用于适用的任何场景。

在介绍了本发明实施例的技术方案后，下面详细的说明本申请的各种非限制性实施方式。

首先参见图1，图1为本发明实施例提供的一种基于bim的装配式建筑的节能设计方法的流程示意图，本发明实施例可包括以下内容：

s101：获取待设计建筑的三维bim模型。

待设计建筑主要为装配式公共建筑。

bim模型可根据待设计建筑的设计方案生成，根据当前工程设计的工作方式，可采用两种方法创建bim模型，一种为设计院出平面二维图纸，工程深化设计人员依照二维图纸和设计说明信息创建bim模型(俗称翻模)。

s102：利用bim模型，计算待设计建筑当前的设计参数，设计参数包括节能特性参数和全寿命周期成本，以用于分析待分析建筑物的节能性能。

基于bim模型(例如revit软件)与各类设计参数的仿真分析软件相结合，对待设计建筑进行节能分析。

节能特性参数可包括热能参数、能耗参数、气流参数、采光参数和噪声参数，也即对待设计建筑进行热能仿真分析、能耗仿真分析、风环境仿真分析、光学仿真分析和声学仿真分析，以评判当前待设计建筑的节能是否达标。

热能参数为待设计建筑的日照参数、室内、室外的热能环境参数和热岛强度参数。在进行热能仿真分析时，可采用autodeskecotectanalysis、清华日照分析软件、ansysfluent等软件分析建筑物的日照、室内外热能环境分析和热岛强度等。日照分析主要研究建筑群组之间相互遮挡和影响的关系。室内热环境分析主要研究太阳辐射、围护结构传热传湿、人为释热等因素对室内热环境的影响。模拟分析建筑区的热岛效应，采用合理优化建筑单体设计、群体布局和加强绿化等方式削弱热岛效应。

日照分析主要研究建筑群组之间相互遮挡和影响的关系。通过仿真模拟，得出建筑群中各建筑单体全年时间内任意时间的日照分析高度和全天日照总时间，生成日照时间分布图，注明不满足日照要求的窗位，用于确定建筑物布局、建筑物之间的合理间距，在合理遮挡的前提下最大限度地节省土地。室内热环境分析主要研究太阳辐射、围护结构传热传湿、人为释热等因素对室内热环境的影响。通过仿真模拟，得出室内温度场、矢量场等结果，用于确定建筑遮阳方式、建筑保温材料与保温形式、验证室内通风空调方案的合理性等。模拟分析住宅区的热岛效应，采用合理优化建筑单体设计、群体布局和加强绿化等方式削弱热岛效应。

根据人们日常用能，如采暖、空调、照明、炊事、洗衣等的能耗，计算建筑的能耗。在建筑描述、室外气象数据和室内扰量以及室内要求温湿度给定的情况下利用destehousing软件，动态模拟出该建筑的全年逐时自然室温和采暖、空调系统负荷等的变化情况。在对待设计建筑进行能耗仿真分析时，可通过不同工况的能耗模拟，进行围护结构、设备、暖通空调系统、控制系统和控制策略等的优化，得出最佳结果。

在计算待设计建筑的气流参数，也即进行风环境仿真分析，可利用计算流体力学(cfd)技术实现对建筑内外气流场进行计算分析，包括室外风环境和室内风环境分析，具体的可包括：

基于bim模型，利用cfd软件模拟待设计建筑内部的自然通风方式和机械通风的气流组织，以作为待分析建筑室内风环境参数；

根据预设边界条件设置bim模型，计算待设计建筑室内外气流的运动趋势，以用于分析待分析建筑外部或内部空间的气流主导方向、微粒随气流扩散、建筑表面压力，优化建筑造型、改善住区流场分布和建筑周边人行区域的舒适性，为项目的整体规划设计提供科学依据。

光环境仿真分析主要针对建筑物的自然采光、人工照明等进行模拟分析，可利用autodeskecotectanalysis、dialux、radiance等软件仿真模拟，得到建筑空间内部的采光系数分布图，确定建筑物的开窗形式及窗口尺寸、比例是否合理，并为自然采光提供优化措施。最大限度地利用自然光，减少人工照明的同时保证室内照度分布的均匀性，从而营造良好的室内光环境。配合灯具性能的参数设定，优化人工照明设计方案，合理布置灯具，减少眩光等有害光照。

声环境模拟的优势在于，建立几何模型之后，在短时间内通过材质的变化，房间内部装修的变化，来预测建筑的声学质量，以及对建筑声学改造方案进行可行性预测。

声学仿真模拟分析，包括室外声环境(噪声)仿真分析和室内声环境仿真分析。室外声环境性能化模拟可利用cadna/a、soundplan等软件分析建筑在周边交通道路、人群嘈杂等影响下的建筑表面及内部的噪声分布，基于噪音声线图、声强线图等模拟结果分析建筑物布局、道路规划的合理性、隔声屏障设置等，获得建筑周边噪声分布情况、优化围护结构隔声设计等。可利用raynoise、virtuallab等软件模拟室内声环境，对声音品质要求较高的工程项目(如剧院、演播厅、音乐厅等)，需要对建筑室内音效和音质进行精确的计算，根据raynoise、virtuallab等得出的室内等声线云图、混响时间测算数据、声强分布图等，确定方案的合理性以及优化其外部几何形体、看台设计、内部空间布局及高度等。

在计算待设计建筑的全寿命周期成本，可结合费用效率法和itwo软件，实现全寿命周期的成本管控，预先模拟分析各个阶段的造价，实现造价的动态管理。当然，也可采用其他软件计算全寿命周期成本，本申请对此不作任何限定

大多数房产开发者和消费者往往只关注购房时的总房价，而没有计算分落在“使用年”上的价格是多少。“节能”建筑应该是集成大量实用技术、科技含量比较高的建筑，是综合性能较好的长生命周期的安全耐用的住宅，较之因性能和质量差、运行费用高而不得不拆除的短寿命住宅，分摊在每个使用年的购房成本，还是要降低的。

在本发明实施例提供的技术方案中，通过多维度分析装配式建筑的节能特征，如热能、能耗、光、声以及经济成本，将bim技术、装配式公共建筑的节能特性、全寿命周期成本结合起来，使得建筑物的节能设计不仅在横向(热能、能耗、风环境等)覆盖范围更广，而且在纵向(全寿命周期)得到延伸，不单单局限于工程前期阶段。根据设计图纸建立的bim三维模型，能与多个软件兼容，分析装配式建筑的节能情况，具有专业性强、自动化程度高、可视性、易使用、高性能和可靠性高特点；节能设计时考虑建筑的全寿命周期的成本，从建筑节能的发展和投入产出的综合经济和社会效益进行全面综合比较，采用节能设计虽然短期内使成本增加，但从建筑物整个寿命周期分析来看，不仅可以大大提高居住环境的舒适度，而且可以大大节约冬季采暖和夏季空调的运行费用，不仅能降低耗能，节省使用者的生活开支，还能保护生态环境，用增加极小的投入，取得极大的经济、社会和环境效益。

本申请还提供了另外一个实施例，请参见图2，基于上述实施例，还可包括：

s103：判断所述设计参数是否满足预设的建筑节能设计标准，若是，则执行s104，若否，则执行s105。

不同类型的建筑的节能参数不同，相对应的节能设计标准自然不同，建筑节能设计标准可为国内外规定的建筑节能设计标准，也可为本领域技术人员根据实际情况制定的标准，本申请对此不作任何限定。

s104：将生成bim模型的设计方案作为待设计建筑物的最终设计方案。

s105：优化不满足建筑节能设计标准的设计参数。

对不满足预设建筑节能设计标准的参数进行优化，直至满足标准要求。

在优化设计参数时，可以直接优化不符合预设建筑节能设计标准的设计参数，也可同时优化几个相关参数，使得不符合的设计参数达到建筑节能设计标准的要求。

由于各设计参数之间彼此之间有一定的关联关系，在优化某个不满足标准的参数时，可通过调节另外一个相关参数，使其符合标准。举例来说，当能耗参数不满足建筑节能设计标准的设计参数时，其中一个优化步骤可为：

获取基于bim模型计算得到待设计建筑内部的采光系数分布图；

根据采光系数分布图重新确定待设计建筑内部的开窗形式、窗口尺寸和位置，以使自然光利用率达到预设阈值；

根据待设计建筑的灯具参数，重新确定灯具的安装位置和安装数量，以降低人工照明产生的能耗。

由上可知，本发明实施例对不符合建筑设计标准的设计参数进行优化，使得建筑物的节能设计更加合理，以符合国内外建筑物节能标准。

本发明实施例还针对基于bim的装配式建筑的节能设计方法提供了相应的实现装置，进一步使得所述方法更具有实用性。下面对本发明实施例提供的基于bim的装配式建筑的节能设计装置进行介绍，下文描述的基于bim的装配式建筑的节能设计装置与上文描述的基于bim的装配式建筑的节能设计方法可相互对应参照。

参见图3，图3为本发明实施例提供的基于bim的装配式建筑的节能设计装置在一种具体实施方式下的结构图，该装置可包括：

模型获取模块301，用于获取待设计建筑的三维bim模型，bim模型根据待设计建筑的设计方案生成。

参数计算模块302，用于利用bim模型，计算待设计建筑的设计参数，设计参数包括节能特性参数和全寿命周期成本；节能特性参数包括热能参数、能耗参数、气流参数、采光参数和噪声参数。

可选的，在本实施例的一些实施方式中，请参阅图4，所述装置例如还可以包括：

判断模块303，用于判断设计参数是否满足预设的建筑节能设计标准；

参数优化模块304，用于当设计参数不满足预设的建筑节能设计标准时，优化不满足建筑节能设计标准的设计参数。

本发明实施例所述基于bim的装配式建筑的节能设计装置的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例多维度分析建筑物的节能参数，使得建筑物的节能设计更加合理，以符合国内外建筑物节能标准。

本发明实施例还提供了一种基于bim的装配式建筑的节能设计设备，具体可包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行计算机程序以实现如上任意一实施例所述基于bim的装配式建筑的节能设计方法的步骤。

本发明实施例所述基于bim的装配式建筑的节能设计设备的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例多维度分析建筑物的节能参数，使得建筑物的节能设计更加合理，以符合国内外建筑物节能标准。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有基于bim的装配式建筑的节能设计程序，所述基于bim的装配式建筑的节能设计程序被处理器执行时如上任意一实施例所述基于bim的装配式建筑的节能设计方法的步骤。

本发明实施例所述计算机可读存储介质的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例多维度分析建筑物的节能参数，使得建筑物的节能设计更加合理，以符合国内外建筑物节能标准。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的一种基于bim的装配式建筑的节能设计方法、装置、设备及计算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。