基于 BIM 技术的大庆地区农村近零能耗住宅协同设计方法研究

在全球能源危机和环境问题日益严峻的背景下，近零能耗建筑成为建筑行业发展的重要方向。农村地区作为建筑能源消耗的重要领域，其住宅的节能改造和新建近零能耗住宅具有巨大的潜力。大庆地区位于我国东北地区，冬季寒冷漫长，农村住宅的能耗较高，且传统的设计方法存在诸多弊端，难以满足近零能耗的要求。BIM 技术作为一种集成化的建筑信息模型技术，具有可视化、参数化、协同化等特点，为建筑设计带来了革命性的变化。将 BIM 技术应用于大庆地区农村近零能耗住宅的协同设计中，能够有效提高设计效率和质量，实现各专业之间的信息共享和协同工作，从而推动近零能耗住宅在农村地区的推广和应用。因此，开展基于 BIM 技术的大庆地区农村近零能耗住宅协同设计方法研究具有重要的现实意义。

1 大庆地区农村住宅现状及近零能耗需求分析

1.1 农村住宅现状

大庆地区农村住宅多为自建房屋，建筑形式较为单一，以平房和低层小楼为主。在建筑材料方面，主要采用砖、瓦、混凝土等传统材料，保温隔热性能较差。在能源消耗方面，冬季主要依靠燃煤取暖，能耗量大，且环境污染严重；夏季部分住宅使用空调降温，也存在一定的能源消耗。此外，农村住宅的设计缺乏专业指导，布局不合理，采光、通风等条件较差，进一步增加了能源消耗。

1.2 近零能耗需求

随着人们生活水平的提高和环保意识的增强，农村居民对住宅的舒适性和节能性提出了更高的要求。近零能耗住宅能够在保证室内环境舒适的前提下，最大限度地减少能源消耗，降低对环境的影响。大庆地区冬季寒冷，需要良好的保温和供暖系统；夏季气温较高，需要有效的隔热和通风措施。因此，近零能耗住宅在大庆地区农村具有广阔的应用前景，能够满足农村居民对舒适、节能住宅的需求。

2BIM 技术在近零能耗住宅设计中的优势

2.1 可视化设计

BIM 技术能够创建三维可视化模型，使设计人员、施工人员和业主能够直观地了解建筑的外观、内部布局和构造。在近零能耗住宅设计中，可视化模型可以帮助设计人员更好地进行建筑体型优化、围护结构设计和设备选型等工作，确保设计方案的合理性和可行性。同时，可视化模型也便于业主参与设计过程，提出自己的意见和建议，提高业主的满意度。

2.2 参数化设计

BIM 模型中的构件具有参数化特性，设计人员可以通过修改构件的参数来快速调整建筑的设计方案。在近零能耗住宅设计中，参数化设计可以实现对建筑能耗的模拟和分析，通过调整建筑的体型系数、围护结构传热系数、窗墙比等参数，优化建筑的能耗性能。此外，参数化设计还可以提高设计的效率和准确性，减少设计变更和返工。

2.3 协同化设计

BIM 技术为各专业设计人员提供了一个协同工作的平台，使建筑、结构、暖通、给排水、电气等专业的设计人员能够在同一个模型上进行设计和交流。在近零能耗住宅设计中，协同化设计可以实现各专业之间的信息共享和协同工作，避免专业之间的冲突和矛盾，提高设计质量和效率。例如，暖通专业设计人员可以根据建筑模型进行负荷计算和系统设计，建筑专业设计人员可以根据暖通系统的要求调整建筑布局和构造。

3 基于BIM 技术的大庆地区农村近零能耗住宅协同设计框架

3.1 设计目标

基于BIM 技术的大庆地区农村近零能耗住宅协同设计的目标是在满足农村居民生活需求和当地气候条件的前提下，实现住宅的近零能耗。具体目标包括：建筑能耗低于当地规定的近零能耗标准；室内环境质量满足相关规范要求，包括温度、湿度、空气质量等；建筑成本合理，具有一定的经济性和可推广性。

3.2 设计流程

前期准备阶段：收集大庆地区的气候数据、地质条件、农村居民生活习惯等信息，确定近零能耗住宅的设计标准和要求。组建协同设计团队，包括建筑、结构、暖通、给排水、电气等专业的设计人员和BIM 技术人员。

方案设计阶段：利用BIM 技术创建建筑初步模型，进行建筑体型优化、围护结构设计和可再生能源利用方案设计等工作。各专业设计人员在初步模型的基础上进行专业设计，提出自己的设计方案和建议。通过协同平台进行交流和讨论，对设计方案进行优化和完善。

初步设计阶段：根据方案设计阶段确定的设计方案，进一步细化BIM 模型，进行结构计算、设备选型和系统设计等工作。利用 BIM 技术进行能耗模拟和分析，验证设计方案的能耗性能是否满足要求。对设计方案进行调整和优化，确保设计方案的可行性和经济性。

施工图设计阶段：在初步设计阶段的基础上，完成BIM 模型的深化设计，生成详细的施工图纸和技术文件。各专业设计人员对施工图纸进行会审和校对，确保施工图纸的准确性和完整性。

​4 基于BIM 技术的大庆地区农村近零能耗住宅协同设计关键技术

4.1 建筑能耗模拟与优化技术

利用BIM 技术结合能耗模拟软件，对住宅的能耗进行模拟和分析。在设计初期，通过建立 BIM 模型，输入建筑的基本参数和气候数据，模拟建筑在不同季节和不同使用情况下的能耗情况。根据模拟结果，分析建筑能耗的分布和影响因素，找出能耗较高的部位和系统，采取相应的优化措施，如优化建筑体型、改善围护结构保温性能、提高设备能效等。通过多次模拟和优化，使建筑能耗达到近零能耗标准。

4.2 可再生能源集成设计技术

大庆地区具有丰富的太阳能资源，在农村近零能耗住宅设计中，可以充分利用太阳能进行供暖、供热水和发电等。利用 BIM 技术进行可再生能源系统的集成设计，将太阳能集热器、光伏板等设备与建筑主体结构进行一体化设计，确保设备的安装位置合理、美观，且不影响建筑的使用功能。通过 BIM 模型对可再生能源系统的性能进行模拟和分析，优化系统的设计参数，提高可再生能源的利用效率。

5 结束语

随着BIM 技术的不断发展和完善，其在近零能耗住宅设计中的应用将更加广泛和深入。未来的研究可以从以下几个方面展开：进一步完善协同设计平台的功能，提高各专业设计人员的协同工作效率；加强 BIM 技术与物联网、大数据等新兴技术的融合，实现近零能耗住宅的智能化管理和运营；开展更多的案例应用研究，积累经验，为近零能耗住宅在农村地区的推广和应用提供更好的技术支持。

参考文献：

[1] 杨泽宇 , 李早 , 禚璇 , 等 . 近零能耗住宅室内温湿度模拟与实测数据对比研究 [J]. 建筑节能 ( 中英文 ),2023,51(09):8-13.

[2] 杨泽宇 , 李早 , 禚璇 , 等 . 近零能耗住宅节能技术实际应用研究——以第三届中国国际太阳能十项全能竞赛作品为例 [J]. 建筑科学 ,2023,39(04):51-56.

[3] 陈淑琴 , 虞昂 , 明焱 , 等 . 夏热冬冷地区近零能耗住宅可再生能源设计 [J]. 浙江大学学报 ( 工学版 ),2023,57(04):795-804.

基金项目 : 本论文得到了大庆科技局指导课题《基于 BIM 技术的大庆地区农村近零能耗住宅协同设计方法研究》的资助，课题编号zd-2024-41