謝曉歡

賈倍思

一、引言

綠色建筑評估體系提出了一系列與定量相關的建筑性能指標。這些指標強制要求將建筑物的環(huán)境和能耗性能與基準建筑進行模擬和比較，這些指標要求需要將建筑設計與模擬分析同步化，以及通過復雜計算來量化設計。在美國綠色建筑評估體系LEED（Leadership in Energy & Environmental Design）中，提出了一系列的性能指標。這些指標與傳統(tǒng)的描述性指標不同，建筑師不能根據(jù)自己的經(jīng)驗和簡單的計算來估計能否實現(xiàn)這些指標要求，這些性能指標不僅包括關于氣候，建筑系統(tǒng)和建筑外表皮的復雜計算，還包括建筑物的運行情況、使用率、用戶的使用習慣等因素。這些性能指標包括照明、能耗、室內(nèi)熱舒適等方面的內(nèi)容只有通過模擬手段才能獲得定量結(jié)果[1]。綠色建筑評估體系中的量化性能指標要求將模擬軟件與設計過程有機地結(jié)合起來，在整個設計過程中，這些模擬軟件使建筑團隊始終關注建筑的性能表現(xiàn)，從而影響設計團隊選擇適宜的建筑設計策略。在不同的建筑設計階段，量化的模擬結(jié)果需要及時反饋給設計團隊，設計團隊可以通過這些結(jié)果認識到設計策略的有效性和需要在哪些方面進行調(diào)整優(yōu)化設計方案[2]。一些文章也提出了通過性能模擬方法來實現(xiàn)多目標優(yōu)化方法指導設計，就是運用不同的優(yōu)化算法和多目標權(quán)衡的方式來優(yōu)化建筑設計和建筑設計策略的選擇[3]。

目前已有相關的研究對建筑模擬軟件進行總結(jié)和對比[4]，同時也有專門針對某一項建筑性能（包括日照、熱舒適性和建筑表皮）的研究[5]，這些研究提供了針對不同的項目如何選擇合適的模擬軟件的途徑和看法。目前這些模擬軟件涵蓋了室內(nèi)外的采光模擬，室外太陽陰影分析，室內(nèi)外風環(huán)境分析，室內(nèi)噪聲分析，室內(nèi)熱舒適分析和整體建筑能耗分析等方面。許多綠色建筑評估體系的分值也涉及能耗指標、室內(nèi)照度指標、室內(nèi)外風速指標等量化要求，這些要求決定了獲得綠色建筑認證需要整個建筑團隊在設計過程中運用這些模擬軟件同時得到適宜的數(shù)值來提交報告[6]。

這種以建筑性能為基礎的設計流程需要模擬分析師的全程參與和協(xié)作，提供有效的模擬結(jié)果來幫助設計團隊修改和優(yōu)化方案[7]。因此綠色建筑項目除了傳統(tǒng)的設計人員的參與外，還需要模擬分析師（聲光電熱），綠色建筑咨詢師的加入[8].也就是說一個成功的綠色建筑項目不僅僅需要一個具備完整技能的設計團隊同時也要求他們按照一個合適的工作流程進行工作[9]。根據(jù)美國綠色建筑評估體系LEED中所提到的14個不同的專業(yè)人士，包括建筑師、客戶、土木工程師、結(jié)構(gòu)工程師、設備管道工程師、室內(nèi)設計師、物業(yè)管理人員、承包商、綠色顧問、模擬分析師、照明顧問、成本估算師、景觀設計師和調(diào)試人員。在綠色建筑的項目中，這些工種都需要不同程度的參與到設計團隊中來，以使項目順利地獲得綠色建筑認證。在LEED的能耗表現(xiàn)，室內(nèi)空氣質(zhì)量和通風等分值中，至少需要10個以上專家的參與才能獲得相應的分數(shù)[6]。這些專家需要在一起協(xié)同工作，為一系列的模擬提供參考數(shù)據(jù)來驗證建筑設計方案的各種性能狀況。特別是模擬分析師，他們的工作是在整個設計流程中提供有效的關于模擬軟件的驗證結(jié)果來協(xié)助建筑師選擇適宜的設計策略并保證建筑設計能達到量化的性能指標[10]。

本研究試圖通過兩個綠色建筑案例的詳細設計過程分析去探索建筑模擬軟件在建筑設計中的使用情況和各專家協(xié)同工作對建筑方案設計的影響情況；同時也探討建筑師對模擬軟件的效用評價及他們對新的工作方式的滿意程度。

二、研究方法

本文主要采用的研究方法是個案分析。個案分析是建筑學中常用的分析方法?；趯σ幌盗械木G色建筑項目進行設定條件的篩選，本文選擇了兩個具有代表性的案例。它們分別代表了不同工作方式，其中天津文體中心的案例，是模擬與設計共同并行的工作方式，也就是模擬的早期介入；另一個是深圳蛇口希爾頓酒店的案例，它是在方案設計完成后才開始進行模擬的。這兩個方案都獲得了最高級的綠色建筑認證。天津文體中心的是由天津市建筑設計院設計的，而希爾頓酒店是由境外設計公司W(wǎng)ATG承擔方案設計，后期深化和施工部分是由廣東省建筑設計研究院承擔。不同的合作方式導致了不同的綠色建筑設計流程。本文主要針對這兩個案例的設計過程進行詳細的研究，包括它們使用模擬軟件的情況，人員協(xié)作的情況，設計團隊的滿意度情況等。這些數(shù)據(jù)主要來源于該建筑設計的過程文件，申報綠色建筑評估體系的項目文件及對建筑師和綠色咨詢師的兩次采訪。

三、兩個案例

1.案例一早期模擬介入

1）項目背景

天津文體中心位于天津解放南路，它獲得了LEED白金和中國綠色三星標識。它占地10,000 平方米，總建筑面積為11500平方米，建筑總高度是23.78米。這個建筑竣工于2013年3月，建筑的基本功能是為附近的居民提供閱讀、運動和休閑的場所。它設有會議室、學習室、象棋室、游泳館、乒乓球室，羽毛球館等。根據(jù)中國對全國熱工設計分區(qū)天津位于寒冷氣候區(qū)，因此建筑設計的重點是建筑圍護結(jié)構(gòu)應抵抗低溫，避免強風雪，還需要充分利用太陽輻射; 在夏季，建筑應考慮采用自然通風和保溫設計。這個建筑的定位是零能耗建筑，它的目標是每年能耗為50～70 千瓦·時/平方米，比在相同地區(qū)的普通建筑節(jié)能60%以上。它的碳排放目標是每年42.7～60千克二氧化碳/平方米，比相同地區(qū)的普通建筑減少了50%左右。設計采用了很多被動式的設計策略，包括合適的窗墻比、自然通風、自然采光、中庭采光、優(yōu)化建筑維護結(jié)構(gòu)的保溫性能、遮陽和提高建筑氣密性等方面。這些技術都是經(jīng)過模擬軟件分析和驗證過它們對降低能耗的功能和效果。設計團隊優(yōu)先考慮了被動式技術后，才決定采用主動技術。主要使用的主動技術包括：地源熱泵、地板送風系統(tǒng)、高效照明系統(tǒng)、低溫熱水發(fā)電系統(tǒng)、建筑設備管理系統(tǒng)、太陽能與風能發(fā)電系統(tǒng)等。

2）設計流程

在本項目中，所有的關鍵設計決策都經(jīng)過量化模擬的檢驗，在整個過程中建筑師與綠色咨詢師，模擬分析師密切合作，共同推進反映當?shù)貧夂虻慕ㄖO計。本項目的設計流程依賴BIM (Building Information Modeling) 建筑信息模型的軟件對項目的各階段進行有效地管理，這種可視化的建筑信息模型技術可以在設計階段提供各類確切的信息,協(xié)助設計人員作出準確的判斷。在這個平臺上，建筑師可以在設計過程中輕易獲得各種信息，包括建筑性能表現(xiàn)、能耗分析、建造成本估算、空間利用率、符合建筑規(guī)范與否等。同時這個平臺可以促進數(shù)據(jù)庫的使用率和鼓勵設計團隊在同一界面下討論各種關鍵的設計決策提高設計團隊的設計質(zhì)量。這種設計方式與傳統(tǒng)的個人為主的設計決策方式和線性的工作順序完全不同。在概念設計階段，設計團隊分為四個組各自提出相應的設計方案，包括三角柱形、半圓形、z形和L形（圖1）。

圖1：四個概念建筑設計方案

根據(jù)周圍的自然環(huán)境和各方案的基礎數(shù)據(jù)，設計團隊對四個方案分別進行四組量化模擬分析，分析內(nèi)容包括：圍護結(jié)構(gòu)得熱量分析、室內(nèi)外自然通風利用率分析、室內(nèi)自然采光分析、室外太陽陰影分析等（圖2）。根據(jù)圍護結(jié)構(gòu)得熱量分析，設計團隊利用STARCCM+軟件分析冬季和夏季的各個建筑立面的得熱,分析得出三角柱形和半圓形的設計在冬季的建筑墻體得熱多，而在夏季建筑墻體得熱少；Z形和L形的設計方案，圍護結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)相對較差。設計團隊利用CFD軟件進行模擬分析，計算各方案的立面風壓差，評估各方案自然通風利用的效果。分析得到Z形和L形的設計在過渡季時受風面積大，自然通風表現(xiàn)較好。同時CFD軟件還用于分析建筑周圍的風環(huán)境狀況，對建筑室外的使用場地進行模擬分析，得到較合理的室外場地布置。通過軟件的定量化分析，三角柱形和半圓形的方案室外空間的通風效果較好，建筑周圍無明顯渦流，利于室內(nèi)污染物擴散。針對自然采光分析，設計團隊使用了STARCCM+軟件，計算外窗表面輻射量換算為亮度，對室內(nèi)亮度進行估算，得到各方案的采光情況。另外，設計團隊希望盡量少的房間不朝北向，可以獲得更多的日照時間數(shù)，三角柱形與半圓形可以使盡量少的房間不朝北面。設計團隊利用Ecotect軟件對建筑產(chǎn)生的太陽陰影進行分析，分析結(jié)果可以看出建筑對周圍環(huán)境所產(chǎn)生的遮擋，根據(jù)分析結(jié)果進行室外活動空間規(guī)劃設計。

圖2：四組量化模擬分析

圖3：一層到四層增加天窗前后的自然采光表現(xiàn)

針對四個方案的量化評分方式 表1

在這個項目中，設計團隊建立了一套評估方式對四個方案進行優(yōu)選。評分的內(nèi)容包括：自然通風、自然采光、圍護結(jié)構(gòu)得熱情況、體形系數(shù)、窗墻比、對周圍的光環(huán)境和風環(huán)境的影響、平面布局的合理性、與地形的適合度、與被動設施的整合度，綜合以上10項進行評分，綜合評選出最優(yōu)的方案。在上述10項指標中，除了被動設施的整合度這個選項是主觀評分外，其余9項都是根據(jù)量化數(shù)據(jù)分析得出的評分。被動設施整合度這項評分是根據(jù)建筑設計美學和建筑設計的功能布局進行主觀打分的，引入這個評分項也是出于對過分量化結(jié)果的一種平衡。1,2,3,4的分值分別代表各方案在各個評分內(nèi)容表現(xiàn)情況的排序，1代表差，2代表一般，3代表良，4代表優(yōu)。最后經(jīng)過各項評分和權(quán)衡，初步評選出半圓形的方案具有綜合的優(yōu)勢。

在設計團隊選取了半圓形方案之后，需要對設計方案進行優(yōu)化。出于對建筑使用功能的考慮，建筑師將半圓形的方案優(yōu)化為折線形。對方案進行修改后，建筑師需要和模擬分析師合作對優(yōu)化的方案重新進行評估。設計團隊對建筑各立面的圍護結(jié)構(gòu)得熱和建筑設備的采暖和供冷進行綜合評估，分析經(jīng)過調(diào)整后的設計是否能與調(diào)整前的圍護結(jié)構(gòu)表現(xiàn)和能耗表現(xiàn)類似。另一個重要部分是對自然采光進行模擬。在本項目中，設計團隊需要確認的是建筑需滿足采光系數(shù)2.2%的功能區(qū)域占全樓面積的75%以上，方能滿足綠色建筑評估體系的基本要求。為了獲取更好的自然采光表現(xiàn)，建筑需要滿足90%的樓面采光。因此設計團隊在原本的設計上增加了建筑中庭，并沿中庭的各層走廊布置功能性房間，使更多的空間能獲得自然光。修改方案后進行了采光模擬計算，模擬分析圖（圖3）反映了增加天窗后的室內(nèi)采光的情況，并證實了修改后的建筑方案能滿足綠色建筑評估體系的優(yōu)選分值的要求。針對建筑室內(nèi)通風的方面，室內(nèi)熱量可以集中到中庭的附近并由天窗拔風排出室外，同時通過模擬分析也被證實了增加天窗可以獲得更好的通風效果（圖4）。

在設計深化階段，模擬分析師、綠色咨詢師和建筑師一起協(xié)同工作，繼續(xù)改進方案設計并進行精確的能耗模擬來確定項目能達到預定的量化目標。另外模擬分析不僅僅用以指導建筑設計，同時也用于指導景觀設計和建筑美學設計。例如項目的植物配置設計是根據(jù)四季的風環(huán)境數(shù)據(jù)分析得出的。由于場地需要阻擋冬季的寒風，設計團隊選擇在西北及北向種植常綠密實綠化或綠籬，減少冬季供熱能耗。由于場地需要促進夏季的通風，設計團隊選擇南向種植落葉高大喬木，鼓勵場地通風，同時減少夏季太陽輻射得熱并削弱公路噪聲。由于場地需要促進過渡季的通風，設計團隊選擇在西南向種植低矮綠植，確保過渡季的自然通風效果。項目外墻的色彩選擇也是根據(jù)建筑圍護結(jié)構(gòu)得熱量模擬的指引下選擇的。總之，在這個項目中，模擬軟件的使用在指引方案設計方面起到了至關重要的作用。在整個設計過程中，建筑師需要根據(jù)模擬分析師的建議、模擬軟件的反饋和綠色建筑評估體系的量化要求進行決策，許多重大的設計決策都是在綜合權(quán)衡了各方面的要素和信息之后才確定的。

3）建筑師的反饋

建筑師的訪談結(jié)果可以總結(jié)為以下幾點：一、模擬軟件為被動式設計策略提供了強大的量化數(shù)據(jù)支持，由于有了模擬數(shù)據(jù)的支持許多被動式設計策略被采用，并在實際的運用中也驗證了這些策略的有效性。二、模擬軟件不僅沒有限制了設計的創(chuàng)造性，還幫助建筑師實現(xiàn)了預期的設計策略。三、模擬軟件結(jié)果指導設計的修改和深化：該項目的出發(fā)點是基于建筑性能的設計方針，性能要求在概念設計時已經(jīng)結(jié)合到建筑方案設計中，所以在實施模擬軟件的過程中也沒有遇到什么障礙，在整個設計階段都可以運用模擬軟件對這些設計策略進行驗證和改進。四、通過定量標磚打分方式來挑選方案是有效并值得推廣的，在打分系統(tǒng)中可以兼顧到建筑性能要求及建筑設計美學，利用科學性的權(quán)重指標可以反映每個項目的特點。五、對建筑師話語權(quán)并沒有顯著影響：項目過程中多了模擬軟件和模擬分析師的參與，這些工具和人員的參與補充和完善了建筑師的知識，使設計作品更完善、更科學。六、模擬軟件輔助建筑設計和多專家研討會參與設計決策是未來發(fā)展的必然趨勢，建筑師要積極面對這種變化和發(fā)展。七、項目的缺陷：雖然模擬軟件能為設計決策提供很多的幫助，但是也無法掩蓋它消耗了過量的時間和人力成本的弊端。

2.案例2后期模擬驗證

1）項目背景

本案例研究的項目是位于深圳蛇口太子路的希爾頓酒店。酒店目前獲得了GBL三星認證和LEED白金認證。它包含了一個23,654平方米的區(qū)域，總建筑面積達到50920平方米，總建筑高度為60.8米，一共有14層。它建于2013年5月，可以為客人提供320間客房、會議室、宴會廳、幾家餐廳和游泳池、水療中心等休閑場所。深圳位于亞熱帶氣候區(qū)，這個區(qū)域的氣候冬暖夏熱。因為高溫和輕微的季節(jié)性變化，這一區(qū)域的建筑物對建筑性能的要求一年四季都差不多。在這個氣候區(qū)中，建筑物的重要被動設計策略是持續(xù)并且有效的自然通風和減濕。同時合適的遮陽系統(tǒng)是保持室內(nèi)舒適必要的策略。此外，適當?shù)慕ㄖ误w系數(shù)和高效的墻體隔熱系統(tǒng)對于減少夏季空調(diào)的使用非常有必要。這個項目在方案設計階段并沒有考慮對被動式設計策略的使用，建筑的形態(tài)和空間布局等主要考慮如何最大化的體現(xiàn)海景。同時在這個建筑的方案設計中，設計理念，建筑造型和立面效果是首要的關注重點。節(jié)能設計僅僅是為了滿足綠色建筑評估標準的星級要求進行考慮的，主要體現(xiàn)在建筑部品和建筑設備的優(yōu)選上，對建筑方案的影響較小。

2）設計流程

希爾頓酒店所采用的是目前中國最普遍的設計流程，同時由于該項目需要獲得GBL 三星和LEED 白金，因此在傳統(tǒng)的設計流程中增加了綠色建筑咨詢單位的參與。綠色建筑咨詢單位的主要工作內(nèi)容是在建筑方案完成之后，這也是普遍的綠色咨詢公司開始參與的設計階段。

圖4：增加天窗后對室內(nèi)通風和熱消散的影響

圖5：三個概念建筑設計方案

在概念設計過程中，三個擁有極具表現(xiàn)力和吸引力的建筑外觀和風格的建筑設計方案被提出（圖5），包括雙L形，Y形和弧形。在三個方案的篩選過程中，主要考慮的因素是設計理念和建筑造型方面的因素，最終選定了雙L形的方案進行深化。這個方案的寓意為在海邊嬉戲跳躍的雙魚，兩個雙L形的面向大海的塔樓是根據(jù)魚的形象進行設計的，立面采用陽臺錯位和飄板構(gòu)架的組合，展現(xiàn)如魚鱗般的線條。下面的不規(guī)則的裙房設計是體現(xiàn)海邊錯落的巖石的效果。這個設計理念和設計造型最終獲得了發(fā)展商的認可，并選擇了雙L形的方案進行深化。

在這個項目中，建筑模擬軟件的使用和綠色咨詢師的介入并沒有影響建筑方案設計造成影響，也沒有對建筑方案設計提供指導和概念方案優(yōu)選中提供意見。它們的主要作用是為建筑物是否符合綠色建筑評估標準提供定量支持。該項目的建筑環(huán)境模擬包括室內(nèi)外通風評估，室內(nèi)外日照模擬和噪聲模擬。

綠色建筑評估標準中對自然通風的要求包括如下：包括（1）對項目周圍的風環(huán)境進行模擬、評估和分析，確認項目的形體，軸向和布置方式是否有利于自然通風，項目是否有影響周圍環(huán)境的自然通風情況；（2）評估項目區(qū)域內(nèi)近地面1.5米處風速分布是否合理，主要人員活動區(qū)域風速有無超出5米/秒；（3）評估建筑單體的前后風壓差情況，較大的風壓差有利于單體建筑內(nèi)部的自然通風。如圖7所示，在夏季東南風盛行的情況下，酒店區(qū)域整體通風狀況良好，無5米/秒以上風速區(qū)域；酒店區(qū)域面向主導風向形成2個流暢的通風通道，使得區(qū)域內(nèi)整體通風狀況較好。建筑前后表面可形成5帕風壓，有利于室內(nèi)形成自然通風。在冬季東北風主導的情況下，即使室外風速達到5米/秒，由于酒店位于較多高層建筑的下風側(cè)，經(jīng)模擬分析，其周邊呼吸區(qū)區(qū)域(即距地面1.5米高) 人員活動區(qū)域風速基本在2.5米/秒以內(nèi)，風速放大系數(shù)約為1。模擬結(jié)果滿足綠色建筑評估體系的要求（圖6）。

圖6：在地面1.5米處通風情況

室內(nèi)采光模擬達到了綠色建筑評估體系中的要求，即賓館類建筑75%以上的主要功能空間室內(nèi)采光系數(shù)2%的限值要求。采光模擬分析對建筑設計起了一定的影響，如對地下一層的光導管的位置的選取有一定的指導作用。在圖7中可以分析得到，地下一層的車庫采用了14套光導管照明，整體區(qū)域內(nèi)可以達到80%的區(qū)域滿足室內(nèi)天然光臨界照度不低于25勒克斯的要求。針對酒店各層的公共使用空間的采光也進行了模擬，主要的功能區(qū)域都能滿足采光系數(shù)的要求?？头坎捎猛鈫芜呁庾呃仍O計方式，標準客房進深為11.5米，單側(cè)采光效果良好。在客房采光模擬圖中可以分析出，自然采光的主要功能區(qū)域可以達到94.8%的區(qū)域滿足采光系數(shù)不低于1%的要求。

圖7：各層室內(nèi)采光模擬圖

圖8：建筑方案優(yōu)化

在建筑方案確定為雙L形后，設計團隊及發(fā)展商開始對建筑形體的耗能和實際效用方面進行了考慮。發(fā)展商的設計團隊依靠多年的設計經(jīng)驗，認為兩個L形的設計使建筑使用空間過度暴露于太陽輻射中而造成夏季供冷負擔重的問題，而且兩個建筑塔樓中間依賴中庭進行連接，這種平面布局不利于空間利用；同時單邊走廊的設計雖然令客房享有更好的景觀資源，但是不利于提高空調(diào)效率，也不利于整個建筑的空間利用率。因此在后續(xù)的優(yōu)化方案中，設計團隊將兩個分開的形體在前部整合在一起，也就是說在塔樓的東南部是雙邊走廊，即相當于有一段走廊是有兩邊客房，尾端的走廊依然保留單邊走廊的形式，在保證建筑的雙魚的形態(tài)滿足建筑師的設計理念的同時也稍微考慮到了建筑節(jié)能的因素（圖8）。這個調(diào)整是在方案設計階段，根據(jù)建筑師的經(jīng)驗對方案作出的節(jié)能修改。

隨后，綠色咨詢師對標準客房層進行了室外走廊的熱舒適度分析和對客房層逐月的太陽輻射的熱量進行了分析。在模擬中發(fā)現(xiàn)由于建筑方案中較大的窗墻比使得走廊的太陽輻射量很高，因此綠色咨詢師建議安裝外遮陽設施。模擬結(jié)果還表明，設置外遮陽可以降低太陽輻射得熱量53.8%（圖9）。這個結(jié)果表明遮陽設備可以顯著減少太陽熱輻射，并大幅降低空調(diào)系統(tǒng)的能量消耗。綠色咨詢師認為在建筑的西北立面做可調(diào)節(jié)式的外遮陽板可以起到明顯的節(jié)能效果，但是建筑師認為外遮陽板會嚴重的影響立面美觀。經(jīng)過了多次討論后，建筑師最終仍保留了他們的觀點。作為讓步，建筑師同意在不太影響建筑外觀的情況下使用少量的固定遮陽板。這些遮陽板的長寬都并未符合最佳遮陽的效果和要求，它們僅僅是為了獲得綠色建筑認證而設置的。

圖9：走廊有無外遮陽的太陽輻射量對比

在這個項目中，由于能耗模擬的介入是在方案已經(jīng)確認后進行的，綠色咨詢師并未能在建筑方案的設計上給予合適的建議，因此在后期即使發(fā)現(xiàn)設計方面的問題，卻不能以最理想的方式進行解決。只能被動地根據(jù)問題依賴設備進行修復。例如：模擬分析師對酒店一層進行熱環(huán)境模擬，模擬的結(jié)果顯示（圖10）：由于靠窗邊全日餐廳幕墻采用高透玻璃，全日餐廳靠近幕墻的8米范圍內(nèi)地面溫度超過50℃，該區(qū)域很熱，基本無法就餐，更談不上欣賞室外景觀。即使在過渡季節(jié)的下午3點，玻璃內(nèi)側(cè)溫度也達到45℃以上。這個不合理的設計問題雖然被發(fā)現(xiàn)，但是卻無法對建筑設計進行更改，設計師只能通過增加空調(diào)風口的出風量，更改幕墻玻璃的透光系數(shù)，同時在室內(nèi)增加活動卷簾遮陽措施。在這個過程中，盡管熱環(huán)境模擬的結(jié)果讓建筑師意識到建筑在投入使用后會遇到的問題，但是已無法通過修改設計來優(yōu)化方案，僅能通過材料和設備來修正問題。

圖10：一層公共區(qū)域的熱環(huán)境模擬

雖然這個項目有非常多建筑性能方面的問題，包括一層及客房走廊部分夏季過熱，空調(diào)負擔過重，大部分區(qū)域都使用主動技術照明和制冷，但經(jīng)過模擬分析師對建筑相關的性能參數(shù)進行調(diào)整后，本項目的熱工性能大致符合綠色建筑標準的要求，包括建筑形體系數(shù)、窗墻比、傳熱系數(shù)和外窗的遮陽系數(shù)等。模擬分析師采用Energyplus軟件對項目進行整體能耗的模擬和分析。結(jié)果表明，本項目的總能耗比基準建筑約少75.5%，滿足了綠色建筑評估體系對能耗的要求。在這個項目依然遵循傳統(tǒng)的設計方式，模擬軟件的使用主要發(fā)生在設計深化階段和施工圖階段，因此，這些模擬的結(jié)果只能發(fā)揮有限的作用。這些模擬結(jié)果沒有為方案概念設計和優(yōu)選方案提供指導，他們的作用僅僅局限于為項目選擇合適的材料和設備。在這種現(xiàn)狀下，綠色建筑設計被普遍認為是指選擇節(jié)能建筑構(gòu)件或高效設備系統(tǒng)，包括高性能玻璃、節(jié)水器具、高效照明設備、空調(diào)和太陽能發(fā)電系統(tǒng)等。同時，綠色咨詢師和模擬分析師的作用僅僅是根據(jù)相關要求去獲得綠色建筑認證，而不是協(xié)助建筑師共同設計最適宜氣候的建筑。

3）建筑師的反饋

關于模擬軟件在這個項目中的作用和影響，建筑師的訪談結(jié)果可以總結(jié)為以下幾點：一、模擬分析師的作用主要在于驗證設計方案是否達到綠色建筑評估體系的要求，并進行適當?shù)膮?shù)調(diào)整，設計過程與常規(guī)項目之間并沒有太大差異。二、建筑性能和能耗目標是在設計團隊和開發(fā)商確認了方案設計之后才被提出的，它們并沒有顯著改變建筑物的設計性能。綠色建筑概念僅僅體現(xiàn)在添加一些綠色技術和選擇適當參數(shù)的建材。三、模擬軟件的作用僅在于為設計方案是否符合綠色建筑評估體系的要求提供定量的參考，模擬結(jié)果并沒有反饋到設計修改中。四、咨詢師提出的被動式設計策略嚴重的影響了原有的建筑設計，建筑方案確定之后，再引入被動設計策略一般都很難實現(xiàn)，因為它們可能會帶來方案的重大修改，這是非常耗時且不經(jīng)濟的。五、模擬軟件模擬過程不能與設計過程同步化，量化結(jié)果不能可視化且需要詳細數(shù)據(jù)才能進行分析，因此不能直接用于指導建筑設計。六、建筑師不可能掌握這么多的模擬軟件，因此模擬專家必須參與到方案設計階段來，但是設計周期短和高強度的工作量決定了這種工作模式很難實現(xiàn)。

四、結(jié)論與討論

通過對這兩個案例設計過程詳細的研讀及對項目參與者的訪談，雖然從結(jié)果看它們都獲得了最高水平的綠色建筑認證，但是它們的設計過程及所采取的設計策略都有巨大的區(qū)別，同時參與設計的建筑師的態(tài)度和評價也完全不同。在案例1中，性能模擬對建筑方案的影響在這個項目中明顯地反映了出來。建筑性能模擬在建筑概念設計階段就被插入到整個設計過程中，它影響了項目設計方案幾個重要的方面，包括：建筑形體設計、建筑設計策略優(yōu)化和建筑系統(tǒng)的選擇等。這個項目清楚地反映了各種環(huán)境和能源模擬軟件是如何影響和改變了由建筑師的經(jīng)驗和開發(fā)商的偏好為主導的傳統(tǒng)設計過程。在整個設計過程中定量模擬分析最突出的表現(xiàn)在于對建筑方案的選擇。在這個項目中，設計團隊采用了一個綜合指標評分方法，它通過對幾個模擬分析結(jié)果和建筑主觀評價一起設定為評分指標并根據(jù)十項指標的打分結(jié)果來選擇合適的設計方案。在案例2中，建筑性能模擬和相關咨詢沒有顯著影響建筑的設計方案，如建筑形體、朝向、立面和布局等。設計團隊將綠色建筑設計視為一項附加技術環(huán)節(jié)，他們只需要增加幾種“綠色”策略來滿足認證要求。在建筑師看來，綠色咨詢師和模擬分析師的作用僅僅被雇傭來進行設備和技術的選擇，而不是參與指導設計方案。咨詢的有效性只在技術設計階段，在這一階段，專家們只能通過應用復雜的技術和優(yōu)化建筑材料的參數(shù)來實現(xiàn)綠色建筑評估體系對建筑性能的要求。

雖然這兩個項目都獲得了頂級的綠色建筑認證，僅僅基于建筑物的后期驗證結(jié)果很難區(qū)分出模擬軟件在這兩個項目中多發(fā)揮的作用和影響；但是在經(jīng)過深入調(diào)查后，明顯地揭示了兩種不同的工作方式導致了完全不同的設計策略的選擇。模擬軟件在早期介入的方案可以考慮更多與當?shù)貧夂蛳噙m應的被動式的設計策略，而模擬軟件在晚期介入的方案更多地考慮用主動技術的方式來實現(xiàn)建筑性能的指標。而后者在傳統(tǒng)建筑設計流程的背景下更為普遍。目前，許多咨詢機構(gòu)和設計團隊僅僅為了項目能夠獲得綠色建筑認證，而建筑的設計策略選擇和解決方案僅僅基于易操作性和經(jīng)濟可行性。案例2就是這樣一種情況，性能目標和能效概念不影響建筑方案設計，這些目標只是被視為獲得綠色建筑認證的附加部分。模擬軟件不同的介入時間也顯著地影響著建筑師對建筑性能模擬的看法。案例1很好地展示了建筑性能模擬在建筑設計過程中的積極影響，建筑師對在早期設計階段采用建筑性能模擬有非常積極的反饋。而在案例2中，建筑師對模擬軟件能否指導設計方案有較為負面的看法，他們普遍認為選擇適當?shù)脑O備和材料參數(shù)就能解決建筑性能的問題。

本研究也探討了早期模擬軟件的介入對于選擇設計策略的重要作用。實際上最新版的美國綠色建筑評估體系LEED V4已經(jīng)開始著手解決這個問題。集成化設計評分要求設計團隊在早期設計階段就對從能源與水等方面進行設計策略的分析。重點在于關注利用建筑性能模擬的方法來探討整體建筑系統(tǒng)的協(xié)同性和有效性，而不同于原來的僅僅關注量化目標的其他LEED的分值。為了獲得這個分值，設計團隊不僅需要提供定量結(jié)果，還必須提供至少有兩種設計策略和反映設計策略比較過程的設計文件來進行確認。這也證明了綠色建筑評估體系的主要焦點正在從簡單地獲得準確的定量目標轉(zhuǎn)變到獲得適當?shù)脑O計決策過程。目前評估體系的重點也漸漸轉(zhuǎn)移到鼓勵多個設計方案的選擇和優(yōu)化設計解決方案。此外，著重建筑設計過程被認為是避免“分值追逐”現(xiàn)象的最有效手段。

圖片來源

圖1～圖4：天津天津市建筑設計院提供設計過程文件

圖5：WATG提供設計過程文件

圖6～圖7：華南理工大學提供綠色建筑咨詢過程文件

圖8：WATG提供設計過程文件

圖9～圖10 ：華南理工大學提供綠色建筑咨詢過程文件