晏 明 羅遠峰 張偉銳

(1.佛山市南海承業(yè)投資開發(fā)管理有限公司，佛山 528200 ;2.廣州盛冠建筑科技有限公司，廣州 510520)

引言

隨著信息技術的迅速發(fā)展，建筑業(yè)信息化成為社會發(fā)展的必然趨勢，BIM 在該環(huán)境下順勢而生，它打破了傳統(tǒng)以二維圖紙進行設計、施工和運維的方式，為實現(xiàn)綠色建筑、節(jié)能減排提供了新的技術手段，符合我國“十三五”規(guī)劃提出必須牢固樹立并切實貫徹“創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享”的發(fā)展理念，具有廣闊的發(fā)展前景。

1 BIM 與綠色分析軟件間的技術對接

BIM(Building Information Modeling)是全壽命期工程項目或其組成部分物理特征、功能特性及管理要素的共享數(shù)字化表達。BIM 的應用貫穿于建筑工程項目全生命周期，目的是為了實現(xiàn)整個建筑工程項目的質量、效率、降低成本及高效運營。

目前，國內BIM 正呈快速發(fā)展趨勢，越來越多的項目對BIM 進行了實踐，新應用也呈上升趨勢，但問題和瓶頸也逐步顯現(xiàn)，其中BIM 與其他軟件間的數(shù)據(jù)交換問題尤為突出，文章對此進行了實踐與探索，主要對BIM 與綠色分析軟件間的技術對接進行了研究。

BIM 建模軟件主要有Autodesk Revit、Bentley、ArchiCAD、CATIA 等［1］。另一方面，綠色分析軟件種類繁多，既有綜合性的性能分析軟件，也有專項的分析軟件。常用的軟件有國外的IES ＜VE ＞、Autodesk Ecotect Analysis、Green Building Studio(GBS)、EnergyPlus、Autodesk Simulation 以及國內的PKPM、綠建斯維爾等。

要實現(xiàn)BIM 模型與各綠色分析軟件間數(shù)據(jù)共享，目前主要通過DWG、DXF、gbXML 和IFC 這幾種格式，其中前兩者僅包含幾何模型數(shù)據(jù);后兩者則包含建筑構件數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)，因此，針對不同的分析軟件與分析內容，需選擇不同的文件格式進行數(shù)據(jù)交換。

文章根據(jù)項目實際需求，建模軟件選用Autodesk Revit，分析軟件選用Ecotect、Simulation CFD、和Pathfinder。實際操作過程中發(fā)現(xiàn)，BIM 模型想要直接導入分析軟件進行分析存在一定的困難，主要的問題有:

1)構件太多，體量大:由于BIM 模型一般構件眾多，且有很多構件是分析軟件所不需要的，導入分析軟件之后可能導致失敗，或者分析時因分析網格太多導致運行緩慢甚至軟件卡死。

2)模型不符合分析軟件要求:往往無法按分析軟件的需求建模，且軟件間的規(guī)則難于統(tǒng)一，比如Ecotect 需要模型中設置房間信息，而Simulaton CFD要求空間密封。

對于以上問題，目前并沒有很好的解決方案，只能在需要進行分析時，根據(jù)不同的分析內容和分析軟件對BIM 模型進行簡化，再進行導入分析。本文以佛山南海區(qū)承創(chuàng)大廈項目為例，對Revit 與Ecotect、Simulation CFD 和Pathfinder 的數(shù)據(jù)交換及模型簡化進行了實踐與思考。

2 佛山南海區(qū)承創(chuàng)大廈項目概況

佛山南海區(qū)承創(chuàng)大廈項目(圖1)位于廣東省佛山市南海區(qū)桂城海五路北，為綜合辦公建筑。總建筑面積為68 502 m2，地下2 層，地上20 層，建筑樓高84m，建筑密度≤27.94%，容積率≤3.43%，綠地率28.3%。于2010 年批準建設，2014 年竣工，目前已獲廣東省建設工程優(yōu)質獎、廣東省建設工程金匠獎和廣東省土木工程詹天佑故鄉(xiāng)杯，并通過了美國LEED 設計金獎認證。

項目一開始就以《綠色建筑評價標準》為指導，以美國LEED 認證標準為依據(jù)，確定了本項目要申請LEED 金獎的目標，同時需要把握因地制宜和可持續(xù)發(fā)展二大原則。對此，項目從概念方案開始就引入BIM 技術，結合分析軟件進行模擬，再根據(jù)分析結果對方案不斷修正與優(yōu)化，將問題盡可能解決在設計初期。

圖1 佛山南海區(qū)承創(chuàng)大廈項目設計效果圖

3 項目規(guī)劃與設計階段BIM 技術應用

3.1 BIM 應用的思路

項目在不同階段，均利用BIM 與綠色分析軟件的傳輸格式，將BIM 模型導入綠色建筑分析軟件進行分析，盡量避免在綠色分析軟件中重建模型，實現(xiàn)“一模多用”，一方面減少重復建模的工作量，另一方面也確保分析模型與設計模型保持一致。

BIM 應用的主要思路是利用Autodesk Revit 軟件建立BIM 模型(如圖2)，針對分析內容和相關專業(yè)分析軟件簡化模型，再與相關分析軟件接口進行數(shù)據(jù)共享，進而使用專業(yè)分析軟件進行通風、日照、采光、環(huán)境舒適度等方面的模擬、計算、分析，同時反饋回Autodesk Revit 軟件內進行相關的模型調整，輔助設計師優(yōu)化方案，最終達到指導采用節(jié)能技術的作用。

圖2 BIM 模型

圖3 項目BIM 應用思路圖

3.2 基于BIM 的風環(huán)境模擬及措施

《綠色建筑評價標準》第5.1.7 條、第5.2.6條、第5.5.7 條要求建筑物周圍人行區(qū)風速低于5m/s，不影響室外活動的舒適性和建筑通風;建筑總平面設計有利于冬季日照并避開冬季主導風向，夏季利于自然通風;建筑設計和構造設計有促進自然通風的措施［2］。針對以上要求，需要進行CFD 模擬分析，驗證方案是否滿足各項指標。

項目通過在Revit 模型中設置房間信息、刪除與分析無關的模型，再利用體量快速搭建周圍建筑物，通過gbXML 格式導入Ecotect 進行室外風環(huán)境模擬。如圖4 是室外夏、冬季節(jié)室外風速度模擬分析，建筑周圍絕大部分地區(qū)行人高度的風速不會超過5m/s，不影響室外活動的舒適性和建筑通風，結果符合第5.5.7 條要求。

室內通風利用Simulation CFD 進行模擬，該軟件要求室內空間密封，因此需要在Revit 中檢查樓層是否密封，同時刪除梁、門等與分析無關的模型，再合并密封空間，以提高分析速度。圖5 是一個典型標準層的夏季室內通風分析，采取的優(yōu)化措施:1)建筑窗口朝向、位置、大小、形式等的調整優(yōu)化;2)結合建筑周邊環(huán)境增加可調節(jié)百節(jié)，使進出風窗口存在一定的壓力差，將室外風引入室內，使室內進出風流動通暢且掠過主要人員活動區(qū)域，提高自然通風的效果。從圖中的對比可看出，通風量的增加帶走更多的熱量，使夏季室內更舒適，符合第5.1.7條和第5.2.6 條要求。

3.3 基于BIM 的室內環(huán)境模擬及措施

美國LEED 金獎認證標準要求根據(jù)玻璃幕墻的可見光投射率Tvis 進行晝光模擬和室內空間采光，另外《綠色建筑評價標準》第5.5.6 條、第5.5.11 條要求辦公、賓館類建筑75% 以上的主要功能空間室內采光系數(shù)滿足現(xiàn)行國家標準《建筑采光設計標準》的要求;建筑室內照度滿足現(xiàn)行國家標準《建筑照明設計標準》中的有關要求［2］［3］［4］。因此需要對室內環(huán)境進行模擬，判斷和各項指標是否滿足要求。

圖4 夏季、冬季室外人行區(qū)風速模擬

文章以建筑四層為例，通過在Revit 中隱藏其他樓層、設置房間信息、修改無法設置房間信息的區(qū)域等操作進行模型簡化，再利用gbXML 格式導入ecotect。在ecotect 中檢查模型的材質、空間分隔，確保與原模型一致。設定天空條件為CIE 全陰天狀態(tài)，項目當?shù)貫镮V 類光氣候區(qū)，設定臨界照度值為5 000Lux［5］。

圖6、圖7 為室內采光系數(shù)和照度分析，優(yōu)化前室內采光及照度達不到要求，對此采取的優(yōu)化措施為:1)選用Tvis 在0.6 到0.65 之間的玻璃;2)優(yōu)化建筑開窗面積與形式;3)將常規(guī)使用區(qū)域設置在靠近外窗側，以獲得更多的日光。優(yōu)化后75%以上主要功能空間室內采光系數(shù)大于3%，日照強度大于300lx，滿足各項指標。

3.4 基于BIM 的熱輻射模擬及措施

《綠色建筑評價標準》第5.2.12 條、第5.2.16條要求建筑物處于部分冷熱負荷時和僅部分空間使用時，采取有效措施節(jié)約通風空調系統(tǒng)能耗;建筑設計總能耗低于國家批準或備案的節(jié)能標準規(guī)定值的80%［2］。因此，需要進行輻射模擬，對輻射大的區(qū)域采取遮陽措施，減少太陽輻射，降低空調能耗。

建筑外輪廓利用Revit 體量很容易表達，室內輻射量分析需要在Revit 中設置房間信息、修改無法設置房間信息的區(qū)域、材質設定等操作進行模型簡化，再通過gbXML 格式導入Ecotect 進行模擬，輔助設計師進行方案對比(如圖8)。

通過分析發(fā)現(xiàn)公共上人天面和建筑外圍太陽輻射量過大，影響空調負荷。對此，項目采取的優(yōu)化措施有:1)屋面綠化，增強隔熱效果;2)在墻體與屋頂涂漆各種環(huán)保的淺色涂料與使用淺色建材來減少太陽輻射;3)對門窗進行隔熱設計，以降低空調系統(tǒng)能耗和總體能耗。經過多次的修改、模擬，直至達到標準要求。

3.5 基于BIM 的人流疏散分析及措施

人群是一個流動體，人群的聚集過程中相互影響，相互干擾，容易造成擁擠，甚至造成踩踏事故。因此，有必要對公共建筑進行人流疏散分析，優(yōu)化建筑設計方案。

在Revit 模型中利用剖面框選取需要模擬的樓層，隱藏梁、門等與分析無關的模型，再通過dxf 格式導入人流疏散模擬軟件Pathfinder 進行分析，對建筑的安全出口數(shù)量，走道、樓梯和門的寬度以及到達疏散出口的距離等進行模擬(如圖9)，并按防火規(guī)范充分考慮疏散時間，計算通行能力，確保其滿足防火設計要求。

實踐表明，Revit 模型經過相應的簡化操作，能夠實現(xiàn)與部分分析軟件的數(shù)據(jù)交換，可減少了重復建模的工作量，總體操作難度不大:1)通過gbXML格式導入Ecotect 后，能夠很好地保留構件的幾何、數(shù)據(jù)和材質等信息，只需簡單設置分析網格和參數(shù)，即可完成相應的分析內容;2)通過sat 格式導入Simulation CFD 后，也能夠保留構件的幾何信息，但需根據(jù)分析內容設置材質、溫度、臨界面等操作即可進行分析;3)通過dxf 格式導入Pathfinder 后，不僅保留有構件的名稱和幾何信息，而且還有按類型的樹狀目錄，可實現(xiàn)按類型隱藏、刪除等操作，只需要設置空間、人數(shù)、出口和速度等，就能進行分析模擬。

4 結語

綜上所述，本項目充分運用BIM 技術，結合廣東地區(qū)的氣候特點和經濟狀況以及建筑發(fā)展的需要，在項目規(guī)劃與設計階段進行綠色節(jié)能分析并實施，是成熟的建筑節(jié)能技術創(chuàng)新和集成應用的成果。此外，項目獲得美國LEED 設計金獎認證，是廣東地區(qū)的低能耗建筑技術的實際應用工程。

［1］何關培.BIM 和BIM 相關軟件［J］.土木建筑工程信息技術，2010，2(4):110-112.

［2］GB/T 50378 -2014 綠色建筑評價標準［S］.

［3］GB50033 -2013 建筑采光設計標準［S］.

［4］GB 50034 -2013 建筑照明設計標準［S］.

［5］章蘭.夏熱冬冷地區(qū)大型商業(yè)綜合體的可持續(xù)策略探索［J］.華中建筑.2014(02):32-39.