BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

陳子穎， 林 宇， 張?jiān)卵?/p>

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院，福州 350001)

0 引言

在建設(shè)行業(yè)中，推進(jìn)建筑節(jié)能、減排，發(fā)展綠色低碳節(jié)能建筑是實(shí)施我國(guó)能源和資源發(fā)展戰(zhàn)略的重要舉措。綠色建筑設(shè)計(jì)理念包括：節(jié)約資源、回歸自然、營(yíng)造舒適健康的生活環(huán)境。

綠色建筑要求設(shè)計(jì)師跨學(xué)科綜合性全過(guò)程設(shè)計(jì)，BIM技術(shù)順應(yīng)了這個(gè)要求。通過(guò)本工程建筑信息模型模擬在真實(shí)環(huán)境中的建筑朝向、溫濕度、日照、遮陽(yáng)、太陽(yáng)輻射，全年的能量消耗及建筑環(huán)境噪聲、風(fēng)場(chǎng)等影響，保證從方案階段開(kāi)始，就始終將環(huán)保、綠色、低碳、節(jié)能的概念貫穿設(shè)計(jì)全過(guò)程。

1 項(xiàng)目概況

福建古田山莊建設(shè)地點(diǎn)位于福建龍巖市，工程規(guī)?？偨ㄖ娣e約1.69萬(wàn)m2。其中地上建筑面積1.25萬(wàn)m2，建筑群分為A、B、C這3個(gè)功能區(qū)。

項(xiàng)目所處丘陵地帶環(huán)境，地形高低起伏，建筑依山傍水。建筑群的布局、外觀、功能、適宜性、舒適度、節(jié)能環(huán)保等要求極高，這些都對(duì)各專業(yè)的設(shè)計(jì)提出很高的要求(見(jiàn)圖1)。

圖1 REVIT模型鳥(niǎo)瞰圖

2 可持續(xù)綠色設(shè)計(jì)理念

2.1 建筑與自然交融、與環(huán)境對(duì)話

體現(xiàn)以人為本的人文理念，以方便實(shí)用為原則，提供良好的環(huán)境和設(shè)施，塑造一個(gè)生態(tài)景觀型、智能環(huán)保型的現(xiàn)代化建筑。

2.2 總體構(gòu)思和布局與自然環(huán)境地形相銜接

利用場(chǎng)地高差的特點(diǎn)，與周邊相互滲透，合理地安排各種功能入口，有效解決人車分流，減少對(duì)自然環(huán)境的破壞。

2.3 多層次化的景觀設(shè)計(jì)

采用充滿自然氣息的地方材料，通過(guò)的步行系統(tǒng)連接各個(gè)功能空間與內(nèi)部庭院，利用屋頂空間，創(chuàng)造出立體全方位，多層次的空間景觀效果。

2.4 單體建筑設(shè)計(jì)融入自然景觀

建筑群造型簡(jiǎn)沽、大方、穩(wěn)重。強(qiáng)調(diào)橫向延伸，使建筑景觀面最大化，增加綠視率。采用天然石材與玻璃的虛實(shí)對(duì)比的外墻增加大樓的莊重嚴(yán)肅，減少二次裝修污染。建筑頂部平坡結(jié)合，同時(shí)融合屋頂花園，豐富美化建筑第五立面，增加生態(tài)補(bǔ)償。

3 三維建模設(shè)計(jì)

由于本工程為重點(diǎn)項(xiàng)目，限額設(shè)計(jì)、工期緊、業(yè)主對(duì)綠色生態(tài)建筑要求高等，采用BIM技術(shù)應(yīng)用于該項(xiàng)目的“全專業(yè)覆蓋”(規(guī)劃、建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣、室內(nèi)裝修等)設(shè)計(jì)，需在方案設(shè)計(jì)的前期通過(guò)建筑模型的建立，分析出建筑周邊的環(huán)境對(duì)建筑的影響，并以此為依托，尋求技術(shù)措施對(duì)此進(jìn)行舒適度的優(yōu)化。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，結(jié)合BIM軟件技術(shù)對(duì)仿真建筑模型進(jìn)行分析與推敲，反復(fù)的對(duì)比，以求達(dá)到盡善盡美。

首先應(yīng)用建立三維建筑信息模型，包括：建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣、室內(nèi)裝修三維建模。然后根據(jù)三維設(shè)計(jì)流程管理完成：?jiǎn)雾?xiàng)工作分工→合作→專業(yè)精確模型→綜合鏈接模型→碰撞檢測(cè)→分析修改碰撞點(diǎn)→數(shù)據(jù)集成→綜合模型即建筑數(shù)據(jù)模型。其模型為生態(tài)建筑分析及建筑聲環(huán)境分析等提供基礎(chǔ)條件，而分析結(jié)果又為建筑模型提供相應(yīng)的指導(dǎo)工作，相輔相成，直到施工圖出圖。

4 綠色建筑輔助設(shè)計(jì)分析

我們進(jìn)行了7個(gè)方面的綠色生態(tài)建筑設(shè)計(jì)分析：建筑基地分析與建筑最佳朝向分析、基地氣象分析與逐周氣象分析、基地風(fēng)向分析圖與焓濕圖分析、冬至日日照分析與等時(shí)線日照分析、規(guī)劃平面方案過(guò)程自然采光分析、日照輻射分析與植物配置指導(dǎo)分析、建筑室內(nèi)、外聲環(huán)境分析等。這里著重介紹以下幾點(diǎn)。

4.1 建筑基地分析與最佳朝向分析

不同地區(qū)、不同地勢(shì)地貌決定了建筑的最佳朝向。方案的設(shè)計(jì)之初，雖然使用二維日照輔助軟件考慮了建筑各個(gè)立面上的全年太陽(yáng)輻射量的分析對(duì)比，但應(yīng)用ECOTECT軟件，通過(guò)全年太陽(yáng)輻射，從直觀三維最佳朝向數(shù)據(jù)圖與建筑朝向豎直投影數(shù)據(jù)圖的分析更精確地得出，建筑群最佳朝向?yàn)槟掀珫|25度，其平面在日照、通風(fēng)、景觀視線上均得到了最好的效果(見(jiàn)圖2)。

圖2 最佳朝向分析過(guò)程

4.2 基地風(fēng)向優(yōu)化分析

基地屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，全年氣候溫和，無(wú)霜期長(zhǎng)，雨量充沛，適宜亞熱帶作物和林木的生長(zhǎng)。

從春夏秋冬風(fēng)頻圖分析可看出基地的風(fēng)向9月到1月風(fēng)向多為北風(fēng)和西北風(fēng)，2月到8月多為東南風(fēng)。風(fēng)的平均相對(duì)濕度和溫度比較適宜，無(wú)過(guò)冷過(guò)濕的情況出現(xiàn)，全年基地的風(fēng)向綜合分析(見(jiàn)圖3)。

圖3 基地風(fēng)向優(yōu)化分析

由此針對(duì)氣象分析及基地冬季西北風(fēng)的特點(diǎn)，結(jié)合山地土壤狀況，加強(qiáng)了西北角的草坡及綠化種植密度，起到遮擋冬季寒冷風(fēng)向的作用，減弱對(duì)建筑環(huán)境舒適度影響；東南角則做出鋪磚廣場(chǎng)，減少綠化種植密度，引導(dǎo)夏季涼爽東南風(fēng)向，同時(shí)結(jié)合開(kāi)窗方向與開(kāi)窗大小，利用引入峽谷自然風(fēng)，減少空調(diào)能耗，增加室內(nèi)空氣質(zhì)量。按每天少開(kāi)一小時(shí)空調(diào)，經(jīng)初步計(jì)算基地上部空調(diào)能耗至少可節(jié)省545 kW電。

結(jié)合建筑能耗計(jì)算分析及采用被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖可以精確提取出基地地區(qū)全年大部分時(shí)間的室內(nèi)熱舒適度分布狀態(tài)數(shù)據(jù)。在方案上優(yōu)化調(diào)整了建筑的立面開(kāi)窗以及暖通的配合，對(duì)夏季空調(diào)的使用時(shí)間上和冬天采暖的使用時(shí)間與設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)整，在充分滿足舒適性的基礎(chǔ)上，降低空調(diào)耗電量，節(jié)約了工程造價(jià)，同時(shí)降低了建筑的運(yùn)行成本，使其成為真正意義上的節(jié)能綠色建筑。

4.3 日照輻射分析與植物配置優(yōu)化分析

日照與人類生存有著密切的關(guān)系，特別是在嚴(yán)寒的冬季，人們希望獲得更多的日照。建筑對(duì)日照的要求主要是根據(jù)它的使用性能和當(dāng)?shù)貧夂蚯闆r而定，但日照會(huì)影響許多不同習(xí)性的植物成長(zhǎng)及場(chǎng)地設(shè)計(jì)。為此利用EcotectAnalysis的太陽(yáng)輻射分析，考察場(chǎng)地中特定時(shí)間段的太陽(yáng)輻射情況(見(jiàn)圖4)。建筑在日光中受到山體的影響小，處于最舒適的位置。以此為依據(jù)來(lái)規(guī)劃、設(shè)計(jì)人為活動(dòng)區(qū)域以及設(shè)計(jì)整個(gè)場(chǎng)地的植物配置，同時(shí)考慮到植物對(duì)建筑的影響，例如植物的遮陰作用和降噪作用，或者利用植物創(chuàng)造良好的室外微氣候。

圖4 基地總體日照分析

4.4 采光通風(fēng)優(yōu)化分析

從冬至日日照分析，基地C區(qū)樓西邊的建筑在15：00－16：30的時(shí)間段內(nèi)窗戶采光較弱且被遮擋了。若在側(cè)窗中間設(shè)置水平陽(yáng)光反射板是一種較好解決方案。如何設(shè)計(jì)出合理的反光板是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，但是借助EcotectAnalysis可視化的日照分析功能可以高效地設(shè)計(jì)出合理的陽(yáng)光反射板的尺寸與形式，并仿真模擬采光過(guò)程(見(jiàn)圖5)。

圖5 C區(qū)局部采光方案分析

在方案過(guò)程中我們通過(guò)計(jì)算全自然采光百分比分析了建筑開(kāi)窗的大小與位置設(shè)計(jì)是否適當(dāng)。通過(guò)加載當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)進(jìn)行開(kāi)窗位置與開(kāi)窗大小的分析后，得出了合理的陽(yáng)光反射板的尺寸與形式并落實(shí)在施工圖設(shè)計(jì)中。

4.5 建筑聲環(huán)境優(yōu)化分析

由于基地處于國(guó)道旁，在方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，噪音對(duì)大樓的影響也是方案過(guò)程中重點(diǎn)考慮的。其中嗓音包括6m道路的車行噪音，停車場(chǎng)地汽車啟動(dòng)的噪音，以及一些設(shè)備用房的噪音。我們對(duì)方案的全過(guò)程進(jìn)行了噪聲控制分析，其結(jié)果超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限定值，需要提出降噪方案。首先考慮通過(guò)景觀界面、水體來(lái)減少噪音的影響，其次利用地形局部山體的處理減少了道路車輛、山林中的噪音對(duì)建筑的影響，形成良好微環(huán)境。

根據(jù)噪音分布圖，對(duì)房間功能重新調(diào)整布局得出最佳效果。如將貴賓套房與會(huì)議室放在安靜的區(qū)域，將健身房設(shè)備房安排在相對(duì)嘈雜的區(qū)域(見(jiàn)圖6)。多個(gè)降噪方案使得所有測(cè)點(diǎn)的噪聲級(jí)別降低從而為補(bǔ)救措施提供科學(xué)的依據(jù)(見(jiàn)圖7)。

圖6 基地噪聲控制分析

圖7 聲環(huán)境分析布局

5 應(yīng)用BIM技術(shù)重新審視設(shè)計(jì)方案，低碳節(jié)能的實(shí)施

5.1 重新審視規(guī)劃合理性

結(jié)合綠色建筑生態(tài)分析各種參數(shù)及建筑師設(shè)計(jì)理念，通過(guò)“三維策劃與規(guī)劃互動(dòng)軟件CITPANY”漫游表現(xiàn)，有效地解決了綠色建筑相關(guān)規(guī)范在各個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中關(guān)鍵問(wèn)題。有了總體規(guī)劃控制和具體實(shí)施動(dòng)態(tài)依據(jù)，從不同視線觀察、解決建筑與周邊環(huán)境相互對(duì)話(作用)，與自然交融。同時(shí)在項(xiàng)目前期策劃和規(guī)劃方案中，與綠色建筑輔助設(shè)計(jì)、太陽(yáng)能利用、采光通風(fēng)、室內(nèi)外自然通風(fēng)、聲環(huán)境分析、日照輻射分析等相結(jié)合，建立多方位的生態(tài)技術(shù)指標(biāo)及評(píng)估指標(biāo)，方便快捷直觀準(zhǔn)確地將建筑能量性能反饋給設(shè)計(jì)師(見(jiàn)圖7)。

5.2 重新審視優(yōu)化設(shè)計(jì)、室內(nèi)裝修方案

由于BIM仿真模型能夠直觀反應(yīng)建筑的形態(tài)和內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)師如身臨其境通過(guò)仿真漫游、任意復(fù)雜組合體自動(dòng)剖面、實(shí)時(shí)建筑業(yè)態(tài)凈高控制等都可重新評(píng)估設(shè)計(jì)方案合理性并與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)性。

通過(guò)綜合模型，設(shè)計(jì)師可以更好理解把握室內(nèi)的空間狀態(tài)，從空間的本身的特質(zhì)進(jìn)行裝飾設(shè)計(jì)，而不是生硬把某張圖片套進(jìn)。可將“相機(jī)”安放在建筑內(nèi)部空間中，從各個(gè)視角的變化來(lái)真實(shí)的感受空間，這樣可以不斷地觀察建筑內(nèi)部任意空間，使高質(zhì)量的裝飾設(shè)計(jì)成為易事。

6 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用BIM進(jìn)行建筑前期綜合場(chǎng)地分析，完全“顛覆”傳統(tǒng)主觀創(chuàng)作思路。BIM技術(shù)能大量處理數(shù)據(jù)，如場(chǎng)地的地貌、植被、氣候條件、日照、采光通風(fēng)、交通流量、室內(nèi)外聲環(huán)境等，并給予科學(xué)定量分析，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)，建造出高度舒適的綠色建筑。

BIM技術(shù)用可持續(xù)設(shè)計(jì)觀點(diǎn)，重新審視建筑與環(huán)境、設(shè)施間的關(guān)系，提高建筑的適宜性。三維仿真建筑模型與綠色建筑設(shè)計(jì)結(jié)合，不僅提升科技含量，也為綠色建筑設(shè)計(jì)更加科學(xué)、合理創(chuàng)造了條件，而且是建筑師歷史和社會(huì)責(zé)任。

軟件只是建筑設(shè)計(jì)的輔助工具，軟件的作用就像一把筆，要繪出五彩繽紛的美麗圖案，決定因素是建筑師的腦和手。

[1]Autodesk，Inc，柏幕培訓(xùn).Autodesk EcotectAnalysis綠色建筑分析應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社，2011.

[2]互聯(lián)網(wǎng)資料[G].