陳子穎， 林 宇， 張月燕

(福建省建筑設計研究院，福州 350001)

0 引言

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

綠色建筑要求設計師跨學科綜合性全過程設計，BIM技術順應了這個要求。通過本工程建筑信息模型模擬在真實環(huán)境中的建筑朝向、溫濕度、日照、遮陽、太陽輻射，全年的能量消耗及建筑環(huán)境噪聲、風場等影響，保證從方案階段開始，就始終將環(huán)保、綠色、低碳、節(jié)能的概念貫穿設計全過程。

1 項目概況

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

項目所處丘陵地帶環(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，這些都對各專業(yè)的設計提出很高的要求(見圖1)。

圖1 REVIT模型鳥瞰圖

2 可持續(xù)綠色設計理念

2.1 建筑與自然交融、與環(huán)境對話

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

2.2 總體構思和布局與自然環(huán)境地形相銜接

利用場地高差的特點，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，減少對自然環(huán)境的破壞。

2.3 多層次化的景觀設計

采用充滿自然氣息的地方材料，通過的步行系統(tǒng)連接各個功能空間與內部庭院，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 單體建筑設計融入自然景觀

建筑群造型簡沽、大方、穩(wěn)重。強調橫向延伸，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對比的外墻增加大樓的莊重嚴肅，減少二次裝修污染。建筑頂部平坡結合，同時融合屋頂花園，豐富美化建筑第五立面，增加生態(tài)補償。

3 三維建模設計

由于本工程為重點項目，限額設計、工期緊、業(yè)主對綠色生態(tài)建筑要求高等，采用BIM技術應用于該項目的“全專業(yè)覆蓋”(規(guī)劃、建筑、結構、給排水、暖通、電氣、室內裝修等)設計，需在方案設計的前期通過建筑模型的建立，分析出建筑周邊的環(huán)境對建筑的影響，并以此為依托，尋求技術措施對此進行舒適度的優(yōu)化。在設計的過程中，結合BIM軟件技術對仿真建筑模型進行分析與推敲，反復的對比，以求達到盡善盡美。

首先應用建立三維建筑信息模型，包括：建筑、結構、給排水、暖通、電氣、室內裝修三維建模。然后根據(jù)三維設計流程管理完成：單項工作分工→合作→專業(yè)精確模型→綜合鏈接模型→碰撞檢測→分析修改碰撞點→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)境分析等提供基礎條件，而分析結果又為建筑模型提供相應的指導工作，相輔相成，直到施工圖出圖。

4 綠色建筑輔助設計分析

我們進行了7個方面的綠色生態(tài)建筑設計分析：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、基地風向分析圖與焓濕圖分析、冬至日日照分析與等時線日照分析、規(guī)劃平面方案過程自然采光分析、日照輻射分析與植物配置指導分析、建筑室內、外聲環(huán)境分析等。這里著重介紹以下幾點。

4.1 建筑基地分析與最佳朝向分析

不同地區(qū)、不同地勢地貌決定了建筑的最佳朝向。方案的設計之初，雖然使用二維日照輔助軟件考慮了建筑各個立面上的全年太陽輻射量的分析對比，但應用ECOTECT軟件，通過全年太陽輻射，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，建筑群最佳朝向為南偏東25度，其平面在日照、通風、景觀視線上均得到了最好的效果(見圖2)。

圖2 最佳朝向分析過程

4.2 基地風向優(yōu)化分析

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

從春夏秋冬風頻圖分析可看出基地的風向9月到1月風向多為北風和西北風，2月到8月多為東南風。風的平均相對濕度和溫度比較適宜，無過冷過濕的情況出現(xiàn)，全年基地的風向綜合分析(見圖3)。

圖3 基地風向優(yōu)化分析

由此針對氣象分析及基地冬季西北風的特點，結合山地土壤狀況，加強了西北角的草坡及綠化種植密度，起到遮擋冬季寒冷風向的作用，減弱對建筑環(huán)境舒適度影響；東南角則做出鋪磚廣場，減少綠化種植密度，引導夏季涼爽東南風向，同時結合開窗方向與開窗大小，利用引入峽谷自然風，減少空調能耗，增加室內空氣質量。按每天少開一小時空調，經初步計算基地上部空調能耗至少可節(jié)省545 kW電。

結合建筑能耗計算分析及采用被動式太陽能采暖可以精確提取出基地地區(qū)全年大部分時間的室內熱舒適度分布狀態(tài)數(shù)據(jù)。在方案上優(yōu)化調整了建筑的立面開窗以及暖通的配合，對夏季空調的使用時間上和冬天采暖的使用時間與設備系統(tǒng)進行了調整，在充分滿足舒適性的基礎上，降低空調耗電量，節(jié)約了工程造價，同時降低了建筑的運行成本，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系，特別是在嚴寒的冬季，人們希望獲得更多的日照。建筑對日照的要求主要是根據(jù)它的使用性能和當?shù)貧夂蚯闆r而定，但日照會影響許多不同習性的植物成長及場地設計。為此利用EcotectAnalysis的太陽輻射分析，考察場地中特定時間段的太陽輻射情況(見圖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)來規(guī)劃、設計人為活動區(qū)域以及設計整個場地的植物配置，同時考慮到植物對建筑的影響，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的時間段內窗戶采光較弱且被遮擋了。若在側窗中間設置水平陽光反射板是一種較好解決方案。如何設計出合理的反光板是一個復雜的問題，但是借助EcotectAnalysis可視化的日照分析功能可以高效地設計出合理的陽光反射板的尺寸與形式，并仿真模擬采光過程(見圖5)。

圖5 C區(qū)局部采光方案分析

在方案過程中我們通過計算全自然采光百分比分析了建筑開窗的大小與位置設計是否適當。通過加載當?shù)貧庀髷?shù)據(jù)進行開窗位置與開窗大小的分析后，得出了合理的陽光反射板的尺寸與形式并落實在施工圖設計中。

4.5 建筑聲環(huán)境優(yōu)化分析

由于基地處于國道旁，在方案設計過程中，噪音對大樓的影響也是方案過程中重點考慮的。其中嗓音包括6m道路的車行噪音，停車場地汽車啟動的噪音，以及一些設備用房的噪音。我們對方案的全過程進行了噪聲控制分析，其結果超過標準限定值，需要提出降噪方案。首先考慮通過景觀界面、水體來減少噪音的影響，其次利用地形局部山體的處理減少了道路車輛、山林中的噪音對建筑的影響，形成良好微環(huán)境。

根據(jù)噪音分布圖，對房間功能重新調整布局得出最佳效果。如將貴賓套房與會議室放在安靜的區(qū)域，將健身房設備房安排在相對嘈雜的區(qū)域(見圖6)。多個降噪方案使得所有測點的噪聲級別降低從而為補救措施提供科學的依據(jù)(見圖7)。

圖6 基地噪聲控制分析

圖7 聲環(huán)境分析布局

5 應用BIM技術重新審視設計方案，低碳節(jié)能的實施

5.1 重新審視規(guī)劃合理性

結合綠色建筑生態(tài)分析各種參數(shù)及建筑師設計理念，通過“三維策劃與規(guī)劃互動軟件CITPANY”漫游表現(xiàn)，有效地解決了綠色建筑相關規(guī)范在各個專業(yè)設計過程中關鍵問題。有了總體規(guī)劃控制和具體實施動態(tài)依據(jù)，從不同視線觀察、解決建筑與周邊環(huán)境相互對話(作用)，與自然交融。同時在項目前期策劃和規(guī)劃方案中，與綠色建筑輔助設計、太陽能利用、采光通風、室內外自然通風、聲環(huán)境分析、日照輻射分析等相結合，建立多方位的生態(tài)技術指標及評估指標，方便快捷直觀準確地將建筑能量性能反饋給設計師(見圖7)。

5.2 重新審視優(yōu)化設計、室內裝修方案

由于BIM仿真模型能夠直觀反應建筑的形態(tài)和內部的空間結構，設計師如身臨其境通過仿真漫游、任意復雜組合體自動剖面、實時建筑業(yè)態(tài)凈高控制等都可重新評估設計方案合理性并與周邊環(huán)境協(xié)調性。

通過綜合模型，設計師可以更好理解把握室內的空間狀態(tài)，從空間的本身的特質進行裝飾設計，而不是生硬把某張圖片套進?？蓪ⅰ跋鄼C”安放在建筑內部空間中，從各個視角的變化來真實的感受空間，這樣可以不斷地觀察建筑內部任意空間，使高質量的裝飾設計成為易事。

6 結語

運用BIM進行建筑前期綜合場地分析，完全“顛覆”傳統(tǒng)主觀創(chuàng)作思路。BIM技術能大量處理數(shù)據(jù)，如場地的地貌、植被、氣候條件、日照、采光通風、交通流量、室內外聲環(huán)境等，并給予科學定量分析，為設計提供依據(jù)，建造出高度舒適的綠色建筑。

BIM技術用可持續(xù)設計觀點，重新審視建筑與環(huán)境、設施間的關系，提高建筑的適宜性。三維仿真建筑模型與綠色建筑設計結合，不僅提升科技含量，也為綠色建筑設計更加科學、合理創(chuàng)造了條件，而且是建筑師歷史和社會責任。

軟件只是建筑設計的輔助工具，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.Autodesk EcotectAnalysis綠色建筑分析應用[M].北京:電子工業(yè)出版社，2011.

[2]互聯(lián)網(wǎng)資料[G].