關(guān)鍵詞：三維建模; 綠色建筑; 重審設(shè)計(jì);

在建設(shè)行業(yè)中, 推進(jìn)建筑節(jié)能、減排, 發(fā)展綠色低碳節(jié)能建筑是實(shí)施我國能源和資源發(fā)展戰(zhàn)略的重要舉措。綠色建筑設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)師跨學(xué)科綜合性全過程設(shè)計(jì), BIM技術(shù)順應(yīng)了這個(gè)要求。通過本工程建筑信息模型模擬在真實(shí)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(fēng)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(shè)計(jì)全過程。

福建古田山莊建設(shè)地點(diǎn)位于福建龍巖市, 工程規(guī)�？偨ㄖ�面積約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(gè)功能區(qū)。

 項(xiàng)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(shè)計(jì)提出很高的要求  。

 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(shí)用為原則, 提供良好的環(huán)境和設(shè)施, 塑造一個(gè)生態(tài)景觀型、智能環(huán)保型的現(xiàn)代化建筑。

 2.2 總體構(gòu)思和布局與自然環(huán)境地形相銜接

利用場地高差的特點(diǎn), 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(shè)計(jì)

 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(gè)功能空間與內(nèi)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(shè)計(jì)融入自然景觀

建筑群造型簡沽、大方、穩(wěn)重。強(qiáng)調(diào)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(shí)對比的外墻增加大樓的莊重嚴(yán)肅, 減少二次裝修污染。建筑頂部平坡結(jié)合, 同時(shí)融合屋頂花園, 豐富美化建筑第五立面, 增加生態(tài)補(bǔ)償。

由于本工程為重點(diǎn)項(xiàng)目, 限額設(shè)計(jì)、工期緊、業(yè)主對綠色生態(tài)建筑要求高等, 采用BIM技術(shù)應(yīng)用于該項(xiàng)目的“全專業(yè)覆蓋” (規(guī)劃、建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣、室內(nèi)裝修等) 設(shè)計(jì), 需在方案設(shè)計(jì)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(shù)措施對此進(jìn)行舒適度的優(yōu)化。在設(shè)計(jì)的過程中, 結(jié)合BIM軟件技術(shù)對仿真建筑模型進(jìn)行分析與推敲, 反復(fù)的對比, 以求達(dá)到盡善盡美。

首先應(yīng)用建立三維建筑信息模型, 包括:建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣、室內(nèi)裝修三維建模。然后根據(jù)三維設(shè)計(jì)流程管理完成:單項(xiàng)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(diǎn)→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(chǔ)條件, 而分析結(jié)果又為建筑模型提供相應(yīng)的指導(dǎo)工作, 相輔相成, 直到施工圖出圖。

我們進(jìn)行了7個(gè)方面的綠色生態(tài)建筑設(shè)計(jì)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(fēng)向分析圖與焓濕圖分析、冬至日日照分析與等時(shí)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(dǎo)分析、建筑室內(nèi)、外聲環(huán)境分析等。這里著重介紹以下幾點(diǎn)。

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(shè)計(jì)之初, 雖然使用二維日照輔助軟件考慮了建筑各個(gè)立面上的全年太陽輻射量的分析對比, 但應(yīng)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?yàn)槟掀珫|25度, 其平面在日照、通風(fēng)、景觀視線上均得到了最好的效果 。

圖2 最佳朝向分析過程   

4.2 基地風(fēng)向優(yōu)化分析

基地屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)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(fēng)頻圖分析可看出基地的風(fēng)向9月到1月風(fēng)向多為北風(fēng)和西北風(fēng), 2月到8月多為東南風(fēng)。風(fēng)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(fēng)向綜合分析 。

圖3 基地風(fēng)向優(yōu)化分析   

由此針對氣象分析及基地冬季西北風(fēng)的特點(diǎn), 結(jié)合山地土壤狀況, 加強(qiáng)了西北角的草坡及綠化種植密度, 起到遮擋冬季寒冷風(fēng)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(dǎo)夏季涼爽東南風(fēng)向, 同時(shí)結(jié)合開窗方向與開窗大小, 利用引入峽谷自然風(fēng), 減少空調(diào)能耗, 增加室內(nèi)空氣質(zhì)量。按每天少開一小時(shí)空調(diào), 經(jīng)初步計(jì)算基地上部空調(diào)能耗至少可節(jié)省545 k W電。

結(jié)合建筑能耗計(jì)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(shí)間的室內(nèi)熱舒適度分布狀態(tài)數(shù)據(jù)。在方案上優(yōu)化調(diào)整了建筑的立面開窗以及暖通的配合, 對夏季空調(diào)的使用時(shí)間上和冬天采暖的使用時(shí)間與設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)整, 在充分滿足舒適性的基礎(chǔ)上, 降低空調(diào)耗電量, 節(jié)約了工程造價(jià), 同時(shí)降低了建筑的運(yùn)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(guān)系, 特別是在嚴(yán)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(dāng)?shù)貧夂蚯闆r而定, 但日照會影響許多不同習(xí)性的植物成長及場地設(shè)計(jì)。為此利用Ecotect Analysis的太陽輻射分析, 考察場地中特定時(shí)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(shè)計(jì)人為活動區(qū)域以及設(shè)計(jì)整個(gè)場地的植物配置, 同時(shí)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。

 4.4 采光通風(fēng)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(shí)間段內(nèi)窗戶采光較弱且被遮擋了。若在側(cè)窗中間設(shè)置水平陽光反射板是一種較好解決方案。如何設(shè)計(jì)出合理的反光板是一個(gè)復(fù)雜的問題, 但是借助Ecotect Analysis可視化的日照分析功能可以高效地設(shè)計(jì)出合理的陽光反射板的尺寸與形式, 并仿真模擬采光過程 。

 在方案過程中我們通過計(jì)算全自然采光百分比分析了建筑開窗的大小與位置設(shè)計(jì)是否適當(dāng)。通過加載當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)進(jìn)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(shí)在施工圖設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)過程中, 噪音對大樓的影響也是方案過程中重點(diǎn)考慮的。其中嗓音包括6 m道路的車行噪音, 停車場地汽車啟動的噪音, 以及一些設(shè)備用房的噪音。我們對方案的全過程進(jìn)行了噪聲控制分析, 其結(jié)果超過標(biāo)準(zhǔn)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(diào)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(shè)備房安排在相對嘈雜的區(qū)域 。多個(gè)降噪方案使得所有測點(diǎn)的噪聲級別降低從而為補(bǔ)救措施提供科學(xué)的依據(jù) 

5.1 重新審視規(guī)劃合理性

結(jié)合綠色建筑生態(tài)分析各種參數(shù)及建筑師設(shè)計(jì)理念, 通過“三維策劃與規(guī)劃互動軟件CITPA-NY”漫游表現(xiàn), 有效地解決了綠色建筑相關(guān)規(guī)范在各個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)過程中關(guān)鍵問題。有了總體規(guī)劃控制和具體實(shí)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(shí)在項(xiàng)目前期策劃和規(guī)劃方案中, 與綠色建筑輔助設(shè)計(jì)、太陽能利用、采光通風(fēng)、室 (下轉(zhuǎn)第18頁) (上接第16頁) 內(nèi)外自然通風(fēng)、聲環(huán)境分析、日照輻射分析等相結(jié)合, 建立多方位的生態(tài)技術(shù)指標(biāo)及評估指標(biāo), 方便快捷直觀準(zhǔn)確地將建筑能量性能反饋給設(shè)計(jì)師  。

5.2 重新審視優(yōu)化設(shè)計(jì)、室內(nèi)裝修方案

由于BIM仿真模型能夠直觀反應(yīng)建筑的形態(tài)和內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu), 設(shè)計(jì)師如身臨其境通過仿真漫游、任意復(fù)雜組合體自動剖面、實(shí)時(shí)建筑業(yè)態(tài)凈高控制等都可重新評估設(shè)計(jì)方案合理性并與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)性。

通過綜合模型, 設(shè)計(jì)師可以更好理解把握室內(nèi)的空間狀態(tài), 從空間的本身的特質(zhì)進(jìn)行裝飾設(shè)計(jì), 而不是生硬把某張圖片套進(jìn)。可將“相機(jī)”安放在建筑內(nèi)部空間中, 從各個(gè)視角的變化來真實(shí)的感受空間, 這樣可以不斷地觀察建筑內(nèi)部任意空間, 使高質(zhì)量的裝飾設(shè)計(jì)成為易事。

運(yùn)用BIM進(jìn)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(shù)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(fēng)、交通流量、室內(nèi)外聲環(huán)境等, 并給予科學(xué)定量分析, 為設(shè)計(jì)提供依據(jù), 建造出高度舒適的綠色建筑。

BIM技術(shù)用可持續(xù)設(shè)計(jì)觀點(diǎn), 重新審視建筑與環(huán)境、設(shè)施間的關(guān)系, 提高建筑的適宜性。三維仿真建筑模型與綠色建筑設(shè)計(jì)結(jié)合, 不僅提升科技含量, 也為綠色建筑設(shè)計(jì)更加科學(xué)、合理創(chuàng)造了條件, 而且是建筑師歷史和社會責(zé)任。

軟件只是建筑設(shè)計(jì)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(xùn).Autodesk Ecotect Analysis綠色建筑分析應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2011.

[2]互聯(lián)網(wǎng)資料[G].