韶關(guān)市仁化縣職業(yè)學(xué)校教學(xué)樓BIM綠色建筑分析

陳詠昕，池慧，林楠超，陳偉科，歐國強 （廣東海洋大學(xué)，廣東 湛江 524088）

0 前言

2022 年，住建部在“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃中提出倡導(dǎo)建筑綠色低碳設(shè)計理念，充分利用自然通風(fēng)、天然采光提高建筑健康性能[7]。而教學(xué)建筑在照明、供熱供冷方面的消耗都不容小覷[8-9]，為提高建筑健康性能，通過借助BIM 了解建筑在采光、通風(fēng)兩方面對環(huán)境的影響以及環(huán)境對建筑的影響，以降低建筑用能強度，實現(xiàn)建筑設(shè)計的可持續(xù)發(fā)展。

BIM 作為建筑相關(guān)工具軟件也證明了其對綠色建筑的適應(yīng)性，其技術(shù)特點，如可視化和建模、多維信息傳輸以及作為建筑整個生命周期的模擬分析和管理工具，與綠色建筑的發(fā)展理念完全一致。通過建模，BIM 軟件可以用來了解更多關(guān)于建筑項目、建筑對環(huán)境的影響以及環(huán)境對建筑的影響，使設(shè)計決策更節(jié)能減排[15]。

1 基于BIM技術(shù)的工程應(yīng)用實例

1.1 項目概況

廣東省韶關(guān)市仁化縣職業(yè)學(xué)校中部南側(cè)的教學(xué)樓，占地面積746m2，總建筑面積3890.53m2，建筑高度20.95m，共6 層，地上5 層（標準層平面圖如圖1），局部地下設(shè)備1 層，教學(xué)用房。建筑結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，抗震烈度為6 度，建筑采用外廊式平面布局，南北朝向（北偏東8°）。

圖1 標準層平面圖

1.2 Autodesk Revit建模

本設(shè)計基于Autodesk 公司開發(fā)的Revit 軟件建立三維模型，建模步驟為繪制標高軸網(wǎng)，布置基礎(chǔ)，繪制柱、梁、板，創(chuàng)建樓梯、屋頂、墻體、門窗，繪制零星構(gòu)件、附屬構(gòu)件（百葉格柵），如圖2 所示。并聯(lián)合BIMMAKE 完成周圍建筑模型，最終效果圖如圖3所示。

圖2 韶關(guān)市仁化縣職業(yè)學(xué)校教學(xué)樓效果圖

圖3 場地布置效果圖

1.3 綠色分析模型

斯維爾采光和通風(fēng)分析用到的工程模型由單體模型（如圖4）和總圖模型（如圖5）組成，斯維爾支持直接導(dǎo)入Revit模型（rvt格式文件），但還需要通過相應(yīng)的調(diào)整使模型與軟件適配。

圖4 三維實時仿真單體模型

圖5 三維實時仿真總圖模型

圖6 3層靜態(tài)采光分析彩圖

圖7 4層靜態(tài)采光分析彩圖

圖8 5層靜態(tài)采光分析彩圖

2 教學(xué)樓采光分析

2.1 建筑采光評價與規(guī)范

建筑采光分析的參照標準有《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2019）[1]、《建筑采光設(shè)計標準》（GB 50033-2013）[2]、《采光測量方法》（GB/T 5699-2008）[5]、圖紙資料有項目總平面圖、建筑專業(yè)設(shè)計圖紙、設(shè)計效果圖等。

2.2 采光分析報告

計算分析中分為靜態(tài)采光計算和動態(tài)采光計算，前者用于全面計算建筑的采光系數(shù)，后者可實現(xiàn)《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2019）采光指標[1]的計算和對標。

2.2.1 靜態(tài)采光

依據(jù)《建筑采光設(shè)計標準》（GB 50033-2013）要求，通過采光分析可知，本設(shè)計中64 個房間，其中20 個標準條文強制要求房間（實訓(xùn)課室），6 個標準條文非強制要求房間（值班室及老師辦公室），采光面積為1622.43m2，均不滿足采光要求。

但單憑靜態(tài)采光系數(shù)評價，既未考慮建筑的朝向、天氣的變化，也不能預(yù)測是否有建筑物的遮擋，不能預(yù)測強光問題[17]。因此，需要對該設(shè)計的動態(tài)采光進行分析。

2.2.2 動態(tài)采光

根據(jù)《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2019）中的要求，分別對內(nèi)區(qū)采光系數(shù)、地下空間平均采光系數(shù)、室內(nèi)主要功能房間面積比例區(qū)域的采光照度值以及主要功能房間是否有眩光控制措施四個方面分別進行評分并累計。

①內(nèi)區(qū)采光統(tǒng)計結(jié)果

由圖9 可知，本設(shè)計建筑室內(nèi)天然采光總面積405.53m2，達標面積0.00m2，得出本設(shè)計建筑室內(nèi)空間天然采光的評分項得分為0分。

圖9 5層內(nèi)區(qū)采光達標圖

②地下空間天然采光評價

由圖10 可知本設(shè)計地下空間平均采光系數(shù)不小于0.5%的面積，與首層地下室面積的比例為97%，該項評分項得分3分。

圖10 地下采光達標圖

③室內(nèi)主要功能房間天然采光評價

通過分析，本設(shè)計中26 個主要功能房間（包括實訓(xùn)課室和辦公室），采光面積1622.43m2，只有6 個房間（采光面積388.25m2）不滿足要求，不超過“在采光照度需求不少于4h/d 的情況下，有60%的面積比例區(qū)域能做到”的要求，得3分。

④眩光分析結(jié)果

通過對本設(shè)計的20 個實訓(xùn)課室進行眩光分析計算，最高DGI為10.1，最低為0，DGI 限值為25，其中0 個房間不滿足標準限值要求，本設(shè)計合理控制眩光項得分為3分。

依據(jù)《綠色建筑評價標準》（GB/T50378-2019）的評判標準，綜合上述四項評分，本教學(xué)樓建筑設(shè)計的采光指標滿分為12 分，總得分9 分，采光狀況良好。

圖11 為建筑采光條件最好的5 層采光分析圖，結(jié)合分析圖、數(shù)據(jù)及評分可知，采光好的部分位于建筑南側(cè)，實訓(xùn)課室的平均采光系數(shù)在1.04%～1.90%，采光好的部分平均占13%；采光在差與極差區(qū)間，分別最高可達48%和61%，且都在較低樓層的北側(cè)。由此可知，教學(xué)樓建筑距南側(cè)窗戶較遠區(qū)域照度明顯不夠，整體空間照度分布不均勻，平均采光系數(shù)低。

圖11 5層動態(tài)采光分析彩圖

2.3 改進措施

增加反光板或反光百葉，利用光的反射作用[18]、[20]，光照射到反光板上時，反光板上的高反光材質(zhì)將光反射到室內(nèi)，然后通過漫反射作用，使光纖在室內(nèi)均勻分布，提高室內(nèi)采光均勻度。反光板的工作原理如圖12、圖13，圖中顯示了反光板的截面和頂面視圖。采用反光百葉，也能增加室內(nèi)的光照，反光百葉采用百葉正面的W 形部件，能將夏季陽光角度高度入射光一次反射到戶外，防止過多的陽光進入室內(nèi)，使室內(nèi)溫度過高。采用反光板的反射原理，將其截面形狀設(shè)計的與反光百葉相似[20]，如圖14 所示。

圖12 反光板截面圖

圖13 反光板頂面圖

圖14 反光百葉

3 教學(xué)樓通風(fēng)分析

3.1 建筑通風(fēng)評價與規(guī)范

建筑通風(fēng)分析的參考標準有《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2019）、《建筑通風(fēng)效果測試與評價標準》（JGJ/T 309-2013）[6]、《綠色建筑評價技術(shù)細則》，圖紙資料有項目總平面圖、建筑專業(yè)設(shè)計圖紙、設(shè)計效果圖等。

3.2 通風(fēng)分析報告

3.2.1 室外通風(fēng)

3.2.1.1 冬季工況

本設(shè)計冬季工況的入口邊界風(fēng)速為2.90m/s，風(fēng)向為NNW。

本設(shè)計計算結(jié)果依據(jù)標準要求，人行區(qū)沒有出現(xiàn)風(fēng)速大于5m/s的區(qū)域（圖15）；戶外休息區(qū)、兒童娛樂區(qū)沒有出現(xiàn)風(fēng)速大于2m/s 的區(qū)域（圖16）；人行區(qū)沒有出現(xiàn)風(fēng)速放大系數(shù)大于等于2 的區(qū)域（圖17）；本設(shè)計沒有出現(xiàn)建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面表面風(fēng)壓差大于5Pa 的建筑（圖18、表1），得2分。

表1 建筑-教學(xué)樓迎背風(fēng)面窗平均風(fēng)壓差表

表 2 建筑外窗室內(nèi)外風(fēng)壓差達標判定表

圖15 人行區(qū)域-1.5m高度水平面風(fēng)速云圖-冬季

圖16 戶外休息區(qū)、兒童娛樂區(qū)-1.5m高度水平面風(fēng)速云圖-冬季

圖17 人行區(qū)域-1.5m高度水平面風(fēng)速放大系數(shù)云圖-冬季

圖18 建筑迎風(fēng)面和背風(fēng)面風(fēng)壓云圖

圖19 教學(xué)樓室內(nèi)空氣齡云圖

圖20 韶關(guān)市仁化縣職業(yè)學(xué)校教學(xué)樓1-1剖面圖

建筑迎風(fēng)面和背風(fēng)面風(fēng)壓云圖，見圖18。

建筑迎風(fēng)面和背風(fēng)面風(fēng)壓差計算結(jié)果，見表1。

3.2.2.2 夏季工況及過渡季工況

《綠色建筑評價標準》（GB/T 5-378-2019）中要求場地內(nèi)人活動區(qū)不出現(xiàn)渦旋或無風(fēng)區(qū)，得3 分；外窗室內(nèi)外表面的風(fēng)壓差50%以上可開啟外窗室內(nèi)外表面的風(fēng)壓差大于0.5Pa，得2 分。本設(shè)計得到數(shù)據(jù)匯總表如表2 所示，可見本設(shè)計中的全部建筑都達到了“超過50%可開啟外窗室內(nèi)外表面的風(fēng)壓差大于0.5Pa”的規(guī)定要求。

3.2.2 室內(nèi)通風(fēng)

依據(jù)《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2019）要求，室內(nèi)通風(fēng)從換氣次數(shù)及建筑可開啟面積比例進行評判，由表3 可知，本教學(xué)樓的主要功能房間換氣次數(shù)大于2 次/h 的面積比例為84.24%，滿分8分，可得6分。

可開啟面積比例通過計算得知，該教學(xué)樓建筑外窗可開啟面積比例為50.1%，玻璃幕墻可開啟面積比例為77.8%，綜合綠標5.2.2 中條款1、條款2和條款3 的規(guī)定，本教學(xué)樓建筑在建筑可開啟面積比例項目中，得分為6 分，滿分6分。

根據(jù)分析圖示及得分情況可知，本項目擁有綠色、開闊的綠化空間，優(yōu)良的生態(tài)資源，良好的室內(nèi)外通風(fēng)條件，但由于學(xué)?；静捎眯辛惺讲季諿14]，且前后單調(diào)，幾乎沒有遮擋，造成部分地區(qū)的室外風(fēng)環(huán)境風(fēng)速較大，但建筑局部受周圍建筑影響，通風(fēng)不暢，夏季及過渡季容易出現(xiàn)無風(fēng)率過高的現(xiàn)象。

同時本設(shè)計的教學(xué)樓為單一外廊式單體結(jié)構(gòu)，缺乏下層架空空間、中廳通高、室外露臺等灰空間，可以作為室內(nèi)和室外的過渡空間，導(dǎo)致其缺少了垂直向的通風(fēng)[19]。

3.3 相應(yīng)措施

增加廣場綠化，加強防風(fēng)防沙力度；在校園主要道路兩側(cè)種植常綠闊葉松和小灌木，可有效地阻止對流風(fēng)，減少局部強風(fēng)，防風(fēng)的同時可供學(xué)生觀景休息[13]。

從建筑結(jié)構(gòu)上改進建筑內(nèi)部和外部的通風(fēng)[14]，在建筑物上增設(shè)導(dǎo)流罩，可以有效地吸引風(fēng)向和強度。在建筑物的外墻上設(shè)置防風(fēng)結(jié)構(gòu)，冬天時吸收風(fēng)，可降低空氣中的壓力，如表4所示。

4 總結(jié)

通過綜合應(yīng)用BIM 技術(shù)與綠色建筑評價軟件斯維爾對韶關(guān)市仁化縣職業(yè)學(xué)校教學(xué)樓進行了綠色建筑采光設(shè)計、通風(fēng)設(shè)計分析。通過模擬得出，該教學(xué)樓的采光設(shè)計及通風(fēng)設(shè)計還有部分不能滿足標準要求。針對夏熱冬冷地區(qū)的城市，夏季高溫悶熱、冬季陰冷、梅雨季節(jié)集中靜風(fēng)率高等氣候特點[10]，在考慮建筑采光和建筑通風(fēng)時，還需綜合考慮夏季、冬季氣候差異大的特點，要能同時兼顧，做到盡可能地實現(xiàn)節(jié)能指標，以達綠色標準。