運(yùn)用BIM技術(shù)打造綠色、親民、節(jié)能型建筑——上海世博會(huì)國(guó)家電網(wǎng)企業(yè)館

過(guò) 俊

(中建國(guó)際設(shè)計(jì)顧問有限公司(CCDI))

有著“能量之心”美稱的“魔盒”是國(guó)家電網(wǎng)企業(yè)館最典型的特征,而那些隱含在舒適的建筑體內(nèi)部的設(shè)計(jì)卻鮮為人知,由中建國(guó)際設(shè)計(jì)集團(tuán)(CCDI)主持完成的國(guó)家電網(wǎng)企業(yè)館,充分考慮世博會(huì)其間上海的氣候情況,透過(guò)懸浮的“魔盒”、LED包圍形屏幕,著力演繹了開發(fā)利用自然界可再生能源和電網(wǎng)的關(guān)系,展現(xiàn)了特高壓輸電和智能電網(wǎng)的創(chuàng)新發(fā)展,而除了保證其建筑自身的功能以外,更多的結(jié)合場(chǎng)館需求、當(dāng)?shù)貧夂驐l件和節(jié)能而拓展的設(shè)計(jì)更是本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)重點(diǎn)所在,而全程引入 BIM技術(shù)更是設(shè)計(jì)的突破。

1 理念打造精品

“城市,讓生活更美好”是 2010年上海世博會(huì)的主題,“創(chuàng)新,點(diǎn)亮夢(mèng)想”是國(guó)家電網(wǎng)企業(yè)館的主題,而“打造綠色、親民、節(jié)能型的建筑”是國(guó)家電網(wǎng)企業(yè)館貫穿全程的設(shè)計(jì)理念,設(shè)計(jì)中采取多種手段,在滿足場(chǎng)館內(nèi)部參觀者舒適度的前提下最大限度的節(jié)能降低碳排放;

1.1 建筑自遮陽(yáng)

場(chǎng)館設(shè)計(jì)上采用“魔盒”及建筑架空,形成“建筑自遮陽(yáng)”,為入場(chǎng)的參觀者遮陽(yáng)擋雨。

圖1 國(guó)家電網(wǎng)館外觀圖

圖2 架空的魔盒圖

圖3 熱壓拔風(fēng)示意圖

1.2 順應(yīng)夏季主導(dǎo)風(fēng)向

大量人員排隊(duì)滯留的架空通道在設(shè)計(jì)上順應(yīng)了夏季主導(dǎo)風(fēng)向,并使用主入口處的空調(diào)排風(fēng)來(lái)實(shí)現(xiàn)降溫,提高人員等候區(qū)域的舒適度。

采用了建筑自遮陽(yáng)和風(fēng)壓自然通風(fēng),人員在室外排隊(duì)等候時(shí)的舒適度和健康安全指標(biāo)有很大改善,世博會(huì)期間統(tǒng)計(jì)不滿足舒適小時(shí)數(shù)從 901小時(shí)(20%)降至 381小時(shí)(9%),不滿足安全小時(shí)數(shù)從203小時(shí)(5%)降至 48小時(shí)(1%)。

1.3 增強(qiáng)型通風(fēng)系統(tǒng)

利用太陽(yáng)能加熱建筑天井內(nèi)空氣,利用熱壓形成自然的太陽(yáng)煙囪拔風(fēng)效果。在太陽(yáng)煙囪作用下,靜風(fēng)期人員等候區(qū)域始終保持微風(fēng)習(xí)習(xí),讓參觀者倍感舒適。

太陽(yáng)煙囪的設(shè)置,使人員在排隊(duì)等候時(shí)不滿足舒適度的小時(shí)數(shù)進(jìn)一步降低至 249小時(shí)(6%),不滿足安全的小時(shí)數(shù)降低至 14小時(shí)(0%)。

1.4 細(xì)水霧降溫系統(tǒng)

在參觀者排隊(duì)等待區(qū)域采用細(xì)水霧降溫系統(tǒng)降溫,使人員等候區(qū)空間的溫度能夠進(jìn)一步下降,特別是相對(duì)濕度較低而氣溫較高的天氣,陽(yáng)光輻射強(qiáng)烈的正午,噴霧降溫所起到的作用更為明顯,可降溫 1℃～2℃。細(xì)水霧降溫加大了通道與天井上部空氣的溫度差,增強(qiáng)了通風(fēng)效果。

采用噴霧降溫,世博會(huì)期間不滿足舒適度的小時(shí)數(shù)進(jìn)一步降低至 154小時(shí)(3%),不滿足安全的小時(shí)數(shù)降低至 10小時(shí)(0%)。

國(guó)家電網(wǎng)企業(yè)館設(shè)計(jì)采用“遮陽(yáng) +自然通風(fēng) +太陽(yáng)煙囪 +噴霧降溫”的設(shè)計(jì),大大降低了等候區(qū)不滿足舒適度的小時(shí)數(shù)和不滿足安全標(biāo)準(zhǔn)的小時(shí)數(shù),將原來(lái) 5%左右的極端不利條件下的不安全比例降到 0%,同時(shí)由于采用均為綠色生態(tài)的方式,幾乎不產(chǎn)生碳排放,對(duì)環(huán)境的影響也最小。

1.5 節(jié)能減排與低運(yùn)行成本并行

太陽(yáng)能系統(tǒng):總面積約 800平方米的太陽(yáng)能系統(tǒng)為建筑提供了部分所需的電力;

光導(dǎo)照明:光導(dǎo)照明將陽(yáng)光利用光導(dǎo)纖維引入室內(nèi),在VIP區(qū)域和展示區(qū)內(nèi)演示其效果,向參觀人員推廣生態(tài)環(huán)保的理念。

2 BIM提升效率

隨著對(duì)節(jié)能減排、舒適度要求的增長(zhǎng),需要在設(shè)計(jì)階段即要對(duì)很多運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行分析,以盡最大可能保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量、提高設(shè)計(jì)效率、減少完工遺憾,比如:管道的空間碰撞、人流疏散模擬分析、空間氣流運(yùn)動(dòng)分布、溫度分布等等,對(duì)涉及到專業(yè)的要求也在提高。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用 Autodesk Revit系列設(shè)計(jì)軟件為主,配合多專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件,將可能發(fā)生的問題及早地解決在設(shè)計(jì)初期。

圖4 BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)圖

(1)首先由 Revit Architecture、Revit Structure、Revit MEP搭建建筑、結(jié)構(gòu)、水、電等專業(yè)的 BIM模型,這樣的模型擁有區(qū)別于傳統(tǒng)圖形的有利特點(diǎn),它的信息量更多,數(shù)據(jù)的遞交也更準(zhǔn)確、更寬泛,它們可以提交傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)文件,也可以提交 IFC(建筑工程數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn))數(shù)據(jù);

·以IFC格式數(shù)據(jù)傳給 sap2000,進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算

·以DWF格式數(shù)據(jù)傳給 Navisworks,進(jìn)行漫游、管線綜合

·以GBXML格式數(shù)據(jù)傳給 Ecotect,進(jìn)行建筑性能分析

·以DWG格式數(shù)據(jù)傳給 AutoCAD,進(jìn)行后期圖紙調(diào)整

·以FBX格式數(shù)據(jù)傳給 3Dmax,進(jìn)行后期效果圖

渲染,以及動(dòng)畫制作

(2)模型數(shù)據(jù)以 DWF格式傳給 Autodesk Navisworks軟件,在設(shè)計(jì)階段對(duì) BIM模型的結(jié)構(gòu)構(gòu)件、設(shè)備管線信息進(jìn)行整合,進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件與三維管線綜合碰撞檢查,從而大大提高設(shè)計(jì)師管線綜合設(shè)計(jì)的技術(shù)解決能力,并大量避免了施工過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的管線碰撞問題。以使得設(shè)計(jì)變更量減少了30%,人力資源節(jié)約 12%;在施工階段,設(shè)計(jì)師能夠通過(guò) BIM模型里面各管線的空間定位來(lái)指導(dǎo)施工,保證了施工的質(zhì)量和進(jìn)度(見圖5、圖6)。

(3)模型數(shù)據(jù)以 GBXML格式傳給 Ecotect軟件:進(jìn)行日照分析、可視度分析、光環(huán)境分析及熱環(huán)境分析等(見圖7),通過(guò)客觀的數(shù)據(jù)來(lái)輔助設(shè)計(jì)師進(jìn)行方案調(diào)整與優(yōu)化;

(4)用 IES軟件:進(jìn)行人流疏散模擬分析,優(yōu)化人流疏散方案。通過(guò)數(shù)字仿真技術(shù),根據(jù)展館各層的容納人數(shù)進(jìn)行了人流疏散的模擬,從而較為真實(shí)地反映出疏散過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種情況,并自動(dòng)生成包含疏散過(guò)程的詳細(xì)數(shù)據(jù),輔助項(xiàng)目組分析、調(diào)整疏散路徑,優(yōu)化疏散方案。對(duì)今后展館運(yùn)營(yíng)管理人員在實(shí)際遇到緊急情況下的應(yīng)對(duì)措施起到指導(dǎo)性作用(見圖8);

(5)用 Fluent軟件:以上海地區(qū)典型年夏季和過(guò)渡季主導(dǎo)風(fēng)向、風(fēng)速為計(jì)算依據(jù),進(jìn)行 CFD數(shù)值模擬,以分析無(wú)風(fēng)和不同風(fēng)速下半室外空間氣流運(yùn)動(dòng)和溫度分布情況,為半室外空間人員舒適度評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)依據(jù);

(6)在鋼結(jié)構(gòu)安裝環(huán)節(jié),與鋼結(jié)構(gòu)施工方一起合作,通過(guò) BIM模型與施工組織進(jìn)度計(jì)劃相鏈接,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的安裝施工進(jìn)行 4D施工模擬。通過(guò)多媒體視頻,項(xiàng)目管理方能夠非常直觀的了解整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)安裝的時(shí)間節(jié)點(diǎn)及安裝工序,并清晰把握在安裝過(guò)程中的難點(diǎn)與要點(diǎn),從而進(jìn)一步提高其對(duì)施工進(jìn)度的把控能力。施工方可以進(jìn)一步對(duì)原有安裝方案進(jìn)行優(yōu)化和改善,以滿足管理方的要求。

圖5 結(jié)構(gòu)構(gòu)件、設(shè)備管線整合圖

圖6 管線檢查綜合報(bào)告

圖7 光環(huán)境、熱環(huán)境分析圖

圖8 人流疏散分析計(jì)算圖

3 優(yōu)勢(shì)必須互補(bǔ)

涉及到如此復(fù)雜的多專業(yè)設(shè)計(jì)分析,工作量之大是顯而易見的,多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)也是很多設(shè)計(jì)單位期待實(shí)現(xiàn)的,然而設(shè)計(jì)師的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)使用能力往往會(huì)產(chǎn)生矛盾,這種矛盾在某些方面甚至?xí)萍s專業(yè)的發(fā)揮,CCDI這次采用了專業(yè)團(tuán)隊(duì)與軟件技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)的協(xié)作方式,各自發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì),在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)專業(yè)與技術(shù)的最佳融合。

基于 BIM技術(shù)的 Revit系列設(shè)計(jì)軟件,功能很強(qiáng)但短時(shí)間內(nèi)達(dá)到靈活使用的程度依然有難度,這次 CCDI組織了一個(gè)有著很強(qiáng)的 Revit操作能力的團(tuán)隊(duì),配合專業(yè)人員,以最快的速度將設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思想化為現(xiàn)實(shí),現(xiàn)在這支團(tuán)隊(duì)不僅與公司內(nèi)部配合,也具有了承接外部任務(wù)的能力。