徐慧敏，翟 輝

（1.吉林建筑科技學(xué)院 建筑與規(guī)劃學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130114；2.昆明理工大學(xué) 建筑與規(guī)劃學(xué)院，云南 昆明 650093）

0 引 言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，環(huán)境問題、能源問題已經(jīng)逐漸威脅到人類以及子孫后代的生存，成為世界范圍內(nèi)重點(diǎn)關(guān)注的問題之一，所以，改變當(dāng)前以環(huán)境與能源為代價(jià)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式是勢(shì)在必行的趨勢(shì)[1]。經(jīng)統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)，大部分國(guó)家中，建筑能源消耗占據(jù)全部能源消耗的一半以上。由此可見，建筑設(shè)施在建設(shè)、使用過程中消耗了大量的能源，據(jù)統(tǒng)計(jì)，30%以上的二氧化碳排放量均來自于建筑行業(yè)與其相關(guān)行業(yè)。近幾年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，建筑行業(yè)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，所帶來的能源問題逐漸突出，亟待解決[2]。建筑生命周期較長(zhǎng)，每個(gè)階段會(huì)直接、間接的消耗能源，因此，建筑行業(yè)會(huì)對(duì)能源與環(huán)境帶來長(zhǎng)期的影響，實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展是至關(guān)重要的。

為了滿足社會(huì)發(fā)展的需求，被動(dòng)式超低能耗綠色建筑應(yīng)運(yùn)而生。被動(dòng)式超低能耗綠色建筑指的是適應(yīng)自然條件與氣候特征，通過氣密性能以及保溫隔熱性能高的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，利用新風(fēng)熱回收技術(shù)，并采用可再生能源，提供舒適室內(nèi)環(huán)境的建筑[3]。被動(dòng)式超低能耗綠色建筑主要采用的是被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略，包括選取合適朝向、遮陽(yáng)裝置、蓄熱材料、自然通風(fēng)等，可以為人們提供舒適并且節(jié)省資源的方式，對(duì)人類社會(huì)健康發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義[4]。被動(dòng)式超低能耗綠色建筑建設(shè)過程中需要一定的輔助設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)低能耗的目的，現(xiàn)有的被動(dòng)式超低能耗綠色建筑智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)仍存在成本較高的缺點(diǎn)。為了滿足綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，提出被動(dòng)式超低能耗綠色建筑智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[5]。

1 建筑智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架搭建

被動(dòng)式超低能耗綠色建筑智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要分為兩部分，分別為BIM合規(guī)性檢查插件與Web端信息交互平臺(tái)[6]。被動(dòng)式超低能耗綠色建筑智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 綠色建筑智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架圖

圖1中，設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由Revit端的合規(guī)性檢查插件、基于Web的信息交互平臺(tái)與《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的知識(shí)本體構(gòu)成。依據(jù)搭建的被動(dòng)式超低能耗綠色建筑智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件與軟件，具體設(shè)計(jì)過程如下所述[7]。

2 建筑智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 計(jì)算機(jī)硬件選取

計(jì)算機(jī)是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為了提升系統(tǒng)的性能，應(yīng)該選取合適的計(jì)算機(jī)硬件[8]。

計(jì)算機(jī)硬件指的是CPU、主板、內(nèi)存、光盤驅(qū)動(dòng)器、硬盤驅(qū)動(dòng)器、擴(kuò)展卡、電源等。計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2中，計(jì)算機(jī)硬件關(guān)鍵部件為CPU，全稱為中央處理器，其是計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、控制核心，是信息處理、程序運(yùn)行的終極執(zhí)行單元。CPU工作過程可以劃分為5個(gè)階段，具體階段內(nèi)容如下：

圖2 計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)圖

1）取指令階段：指令從主存儲(chǔ)器到指令寄存器的過程。當(dāng)主存儲(chǔ)器中的指令被取出后，計(jì)算機(jī)中的數(shù)值會(huì)依據(jù)指令字長(zhǎng)進(jìn)行改動(dòng)。

2）指令譯碼階段：指令編譯器依據(jù)規(guī)定的指令格式對(duì)取出指令進(jìn)行解釋與拆分，識(shí)別指令的類別，并獲取操作數(shù)。

3）執(zhí)行指令階段：實(shí)現(xiàn)指令功能過程。CPU將計(jì)算機(jī)的不同部分進(jìn)行有效的連接，以此為基礎(chǔ)，執(zhí)行用戶所需的操作。

4）訪存取數(shù)階段：計(jì)算機(jī)依據(jù)指令訪問主存儲(chǔ)器、讀取操作數(shù)、獲取地址過程。

5）結(jié)果寫回階段：作為最后一個(gè)階段，該階段將指令運(yùn)行結(jié)果“寫回”到某種存儲(chǔ)形式，以此來方便后續(xù)的指令存取環(huán)節(jié)。

CPU結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 CPU結(jié)構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)

為了滿足系統(tǒng)模塊的數(shù)據(jù)連接，對(duì)數(shù)據(jù)接口進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)。本文的智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為層次遞減結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)接口主要分為兩類，分別為上游模塊數(shù)據(jù)接口與下游模塊數(shù)據(jù)接口[9]。

上游模塊數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 上游模塊數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)表

下游模塊數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)如表2所示。

表2 下游模塊數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)表

系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口示意圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口示意圖

上述過程完成了系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，但是無法完成被動(dòng)式超低能耗綠色建筑的輔助設(shè)計(jì)，為此設(shè)計(jì)智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件[10]。

3 建筑智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 知識(shí)本體建模

智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要依據(jù)的是《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》本體，為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)，將知識(shí)本體實(shí)體化，依據(jù)BIM相關(guān)概念對(duì)知識(shí)本體評(píng)價(jià)對(duì)象賦予參數(shù)，構(gòu)建知識(shí)本體模型[11]。該模型中本體屬性如表3所示。

表3 本體屬性表

3.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)條目評(píng)估

依據(jù)上述構(gòu)建的知識(shí)本體模型，采用定量與定性結(jié)合方法評(píng)估評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)條目[12]。由于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)條目過多，此文只選取其中15個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)條目，具體評(píng)估情況如表4所示。

表4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)條目評(píng)估表

3.3 系統(tǒng)主要技術(shù)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)最關(guān)鍵的技術(shù)為Revit端合規(guī)性插件檢查技術(shù)與建筑信息交互技術(shù)。其中，Revit端合規(guī)性插件檢查技術(shù)流程如圖5所示[13]。

圖5 Revit端合規(guī)性插件檢查技術(shù)流程

建筑信息交互技術(shù)采用Autodesk公司的Large Mode Viewer技術(shù)來實(shí)現(xiàn)建筑信息交互，該技術(shù)具有無需安裝插件、強(qiáng)大的API功能等優(yōu)勢(shì)，建筑信息交互技術(shù)主要包括四部分，分別為數(shù)據(jù)庫(kù)、項(xiàng)目和人員信息維護(hù)、角色信息維護(hù)以及評(píng)估管理[14]。

通過上述系統(tǒng)硬件與軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了被動(dòng)式超低能耗綠色建筑智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行，為被動(dòng)式超低能耗綠色建筑的建設(shè)提供有力的支持[15]。

4 建筑智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)性能測(cè)試

上述過程實(shí)現(xiàn)了被動(dòng)式超低能耗綠色建筑智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行，為了驗(yàn)證系統(tǒng)性能，設(shè)計(jì)仿真對(duì)比測(cè)試，具體測(cè)試過程如下所示。

4.1 系統(tǒng)可行性檢測(cè)

系統(tǒng)可行性檢測(cè)主要是Revit端合規(guī)性檢查以及Web端信息交互平臺(tái)檢測(cè)。Revit端合規(guī)性檢查流程為：開啟插件→隱藏提示→開啟消息提醒→合規(guī)詳情→上傳模型。Web端信息交互平臺(tái)檢測(cè)包括項(xiàng)目文件、構(gòu)建參數(shù)信息等檢測(cè)，Web端信息交互平臺(tái)檢測(cè)界面如圖6所示。

圖6 Web端信息交互平臺(tái)檢測(cè)界面圖

通過上述流程驗(yàn)證了設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可行性，為下述仿真對(duì)比測(cè)試做準(zhǔn)備。

4.2 測(cè)試環(huán)境參數(shù)設(shè)置

為了保障測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，設(shè)置測(cè)試環(huán)境參數(shù)，具體內(nèi)容如表5所示。

表5 測(cè)試環(huán)境參數(shù)設(shè)置表

4.3 測(cè)試結(jié)果分析

選擇面積為100 m2，200 m2以及300 m2的被動(dòng)式超低能耗綠色建筑為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，依據(jù)設(shè)置的測(cè)試環(huán)境參數(shù)，進(jìn)行仿真對(duì)比測(cè)試。得到的成本情況對(duì)比如表6至表8所示。

表6至表8數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)被動(dòng)式超低能耗綠色建筑面積為100 m2時(shí)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體建筑成本為7.00萬元，傳統(tǒng)系統(tǒng)總體建筑成本為8.91；當(dāng)被動(dòng)式超低能耗綠色建筑面積為200 m2時(shí)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體建筑成本為12.66萬元，傳統(tǒng)系統(tǒng)總體建筑成本為17.90；當(dāng)被動(dòng)式超低能耗綠色建筑面積為300 m2時(shí)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體建筑成本為25.71萬元，傳統(tǒng)系統(tǒng)總體建筑成本為28.88萬元。通過對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)每個(gè)建筑階段的成本均低于傳統(tǒng)系統(tǒng)。

表6 面積為100 m2的成本對(duì)比情況表 萬元

表8 面積為300 m2的成本對(duì)比情況表 萬元

通過上述測(cè)試結(jié)果顯示，設(shè)計(jì)系統(tǒng)極大地降低了被動(dòng)式超低能耗綠色建筑成本，充分說明設(shè)計(jì)系統(tǒng)具備更好的智能輔助設(shè)計(jì)功能。

表7 面積為200 m2的成本對(duì)比情況表 萬元

5 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)的被動(dòng)式超低能耗綠色建筑智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)極大地降低了成本，可以為被動(dòng)式超低能耗綠色建筑的建設(shè)提供有力的支持。但是測(cè)試過程中，只針對(duì)面積為100 m2的被動(dòng)式超低能耗綠色建筑進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試對(duì)象較少，無法判斷設(shè)計(jì)系統(tǒng)的適用范圍，為此將來需要對(duì)設(shè)計(jì)的被動(dòng)式超低能耗綠色建筑智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的研究。