城市有機(jī)更新區(qū)的綠色建筑實(shí)踐
——中國建筑設(shè)計(jì)研究院?創(chuàng)新科研示范中心

和諧的生長于城市環(huán)境之中是綠色建筑的核心本質(zhì)，而立足于區(qū)域環(huán)境模型的模擬分析是其中的一部分重要工作。中國院希望更多的利用BIM三維的優(yōu)勢，以大量的剖軸側(cè)圖來傳遞信息，比如管綜圖、幕墻深化設(shè)計(jì)圖等，并探討以此改變國內(nèi)二維出圖標(biāo)準(zhǔn)的可能性。

＞＞圖1 創(chuàng)新科研示范中心

＞＞圖2 日照反推的建筑形態(tài)

＞＞圖3 平臺管線綜合軸測圖

＞＞圖4 建筑構(gòu)件可視化比較

＞＞圖5 平臺得熱分析

簡介

中國建筑設(shè)計(jì)研究院（CAG）是2000年4月由原建設(shè)部四家直屬的建設(shè)部設(shè)計(jì)院、中國建筑技術(shù)研究院、中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究院和建設(shè)部城市建設(shè)研究院組建的大型骨干科技型中央企業(yè)，前身是創(chuàng)建于1952年的中央直屬設(shè)計(jì)公司，改革開放后是第一批進(jìn)入國際建筑市場并較早獲得對外經(jīng)營權(quán)的設(shè)計(jì)企業(yè)之一。2000年11月通過ISO9001國際質(zhì)量體系認(rèn)證。

中國建筑設(shè)計(jì)研究院（簡稱“中國院”）創(chuàng)新科研示范樓位于北京市西二至三環(huán)之間，屬于在城市有機(jī)更新區(qū)的建設(shè)項(xiàng)目。綜合考慮周邊城市環(huán)境，營造高品質(zhì)的辦公場所是本項(xiàng)目的目標(biāo)如圖1。

中國建筑設(shè)計(jì)研究院創(chuàng)新科研示范樓項(xiàng)目地上14層，地下4層，地上建筑面積約2.1萬平方米。綜合考慮周邊住宅等建筑的日照條件及面積最大化要求，通過日照反推形體形成建筑的基本形態(tài)如圖2。

根據(jù)中國院發(fā)展規(guī)劃要求，本項(xiàng)目將建成為一個高效的、節(jié)能的、智能控制的綠色建筑，并達(dá)到我國綠色建筑三星級標(biāo)準(zhǔn)，并在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營的建筑全生命周期采用BIM方式。

本項(xiàng)目工作方式為全專業(yè)BIM，且BIM團(tuán)隊(duì)人員即設(shè)計(jì)人員，最大程度保證設(shè)計(jì)過程與信息模型的即時性和一致性。

打造真正的綠色建筑

結(jié)合項(xiàng)目的三大特征進(jìn)行BIM技術(shù)應(yīng)用，打造真正的綠色建筑。

室外平臺

因日照條件對建筑形體切削形成的層層跌落的室外平臺是本建筑的最大特點(diǎn)之一。充分應(yīng)用Revit模型的三維優(yōu)勢，將傳統(tǒng)二維方式下傳達(dá)不清的各種信息充分表現(xiàn)，以解決結(jié)構(gòu)處理方式、屋面構(gòu)造系統(tǒng)、設(shè)備綜合布置等問題。

利用分析模擬軟件在平臺的光、熱環(huán)境等方面進(jìn)行分析，并以此為依據(jù)安排平臺人員活動的方式。

1、平臺結(jié)構(gòu)降板與管線綜合

為保證室內(nèi)外的無障礙聯(lián)通，對平臺處結(jié)構(gòu)進(jìn)行降板處理，于是這一部分成為本項(xiàng)目各專業(yè)需綜合解決的一個系統(tǒng)問題。 充分利用全專業(yè)BIM的協(xié)作能力，通過三維方式及時準(zhǔn)確的傳達(dá)信息，成為BIM高效解決此類問題的最大優(yōu)勢。

2、平臺處軸側(cè)管線綜合圖

在以往的BIM應(yīng)用中，以最終施工圖二維出圖的標(biāo)準(zhǔn)來衡量Revit軟件的優(yōu)缺點(diǎn)是個現(xiàn)象如圖3。

中國院則希望更多的利用BIM三維的優(yōu)勢，以大量的剖軸側(cè)圖來傳遞信息，比如管綜圖、幕墻深化設(shè)計(jì)圖等，并探討以此改變國內(nèi)二維出圖標(biāo)準(zhǔn)的可能性。

3、平臺建筑構(gòu)件可視化比較

在深化設(shè)計(jì)階段，對建筑構(gòu)件進(jìn)行有必要的方案調(diào)整是經(jīng)常遇到的過程，針對平臺部分，中國院利用Revit快速替換欄桿構(gòu)件的族系統(tǒng)，并使用云渲染服務(wù)，進(jìn)行可視化比較如圖4。

4、平臺監(jiān)控點(diǎn)位模擬

室外平臺因其極大的開放性對后期的運(yùn)營維護(hù)提出挑戰(zhàn)，根據(jù)物業(yè)等部門提出的對平臺室外區(qū)域全部監(jiān)控要求，中國院利用Revit的相機(jī)結(jié)合攝像頭的實(shí)際參數(shù)，對監(jiān)控點(diǎn)位的數(shù)量和位置進(jìn)行了模擬，Revit模型指導(dǎo)了這一部分的相關(guān)設(shè)計(jì)。

5、平臺得熱分析

將Revit模型通過dxf數(shù)據(jù)導(dǎo)入Ecotect Analysis，對平臺各個季節(jié)得熱和日照陰影進(jìn)行模擬。直接說明露臺雖然朝北，但全年仍有大部分時間可得到陽光，并可以此為依據(jù)設(shè)置綠化植被位置和人員活動區(qū)域等如圖5。

6、平臺日照陰影分析

同樣將Revit模型通過dxf數(shù)據(jù)導(dǎo)入Ecotect Analysis，對平臺各個季節(jié)得熱和日照陰影進(jìn)行模擬。依據(jù)陰影分析，重新組織了聯(lián)系室外平臺的樓梯方向，為平臺上的人員活動提供更好的環(huán)境條件。

＞＞圖6 行為節(jié)能模擬

＞＞圖7 平臺舒適度模擬分析

＞＞圖8 結(jié)合不同方案的立面得熱對比

7、平臺的行為節(jié)能研究

本項(xiàng)目作為綠色建筑的另外一個重要理念是“健康”。大量的開放平臺為員工開展健康的活動提供了機(jī)會，同時每層之間有樓梯連接，這也為員工提供了比使用電梯更健康也更節(jié)能的交通方式。

中國院將Revit模型與IES VE軟件相結(jié)合，對比了高峰時期（如中午同時下樓去食堂吃飯）平臺樓梯和電梯的使用耗時對比。將IES軟件中的疏散模擬轉(zhuǎn)換為步行評測，電梯最長等候時間接近步行時間的40%，單從效率上講，步行已經(jīng)具備優(yōu)勢，而這些數(shù)據(jù)可作為將來高峰期電梯運(yùn)營管理的依據(jù)如圖6。

8、平臺風(fēng)場及舒適度分析

將Revit模型通過sat數(shù)據(jù)導(dǎo)入Simulation CFD，對BIM樓室外各個季節(jié)的速度場和平臺舒適度進(jìn)行模擬分析。通過對BIM樓周邊速度場進(jìn)行模擬分析，可分析可開啟窗戶及設(shè)備取風(fēng)口的位置，平臺風(fēng)速大小及風(fēng)向，通過對平臺舒適度進(jìn)行模擬分析，可預(yù)知人員何時適宜在平臺進(jìn)行活動如圖7。

陶板幕墻

建筑外墻選用陶板及陶百葉組成的開放式幕墻系統(tǒng)，也是建筑的另外一個特點(diǎn)。

在方案及深化設(shè)計(jì)階段，利用各軟件之間信息交換進(jìn)行采光遮陽、建筑得熱等分析，并結(jié)合材料的不同構(gòu)件尺寸使其效果，及用量造價實(shí)時呈現(xiàn)。

1、陶板幕墻系統(tǒng)的多方案可視化

在Revit軟件中直接修改局部方案，并使用云渲染服務(wù)獲得更真實(shí)的材料比較效果，且實(shí)效性不遜于以往Sketchup等軟件，并且在Ecotect中通過對立面得熱的模擬分析獲得支持立面設(shè)計(jì)的有效依據(jù)。

2、陶板幕墻與方案結(jié)合的得熱分析

立面深化調(diào)整與Ecotect分析相結(jié)合，得到支持優(yōu)化設(shè)計(jì)的理性依據(jù)如圖8。

3、陶板幕墻系統(tǒng)構(gòu)件統(tǒng)計(jì)分析

建筑西立面的“陶板+陶棍”系統(tǒng)幕墻呈現(xiàn)規(guī)律性不明顯的參數(shù)化特征，利用Revit中的明細(xì)表功能統(tǒng)計(jì)各個構(gòu)件的數(shù)量，并結(jié)合各種構(gòu)件的單價作為整體幕墻的造價控制依據(jù)。

4、陶板幕墻“立體墻身”圖紙表達(dá)

利用BIM三維的優(yōu)勢，以大量的剖軸側(cè)圖來傳遞信息，比如幕墻深化設(shè)計(jì)圖等。

5、鋼結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目地上結(jié)構(gòu)形式采用鋼結(jié)構(gòu)體系，也是作為綠色建筑的最大特征之一。在結(jié)構(gòu)的BIM應(yīng)用中，主要進(jìn)行了以Revit為平臺的數(shù)據(jù)傳輸計(jì)算等工作。

軟件交互計(jì)算

PKPM與Autodesk Revit通過盈建科軟件實(shí)現(xiàn)雙向?qū)?，從而可以單?dú)在Revit或者計(jì)算軟件建模，提高工作效率。ETABS與Revit實(shí)現(xiàn)雙向?qū)?，也可以單?dú)在Revit或者計(jì)算軟件建模，本工程用Etabs做輔助計(jì)算 。

軟件交互節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

BIM設(shè)計(jì)、BIM施工，Revit模型要為后期施工提供信息模型，本工程通過Revit提供的信息模型，在三維詳圖軟件XSTEEL中直接進(jìn)行后續(xù)加工圖設(shè)計(jì)。本工程也嘗試用Robot Structural軟件交互進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)如圖9。

3、圖紙表現(xiàn)

本工程通過嘗試定義特殊族，生成符合國內(nèi)制圖規(guī)范的結(jié)構(gòu)平面圖。

探索與反思

一些想法雖然沒能直接得出有效結(jié)論，但在BIM應(yīng)用中設(shè)計(jì)思路得到了理性拓展。

1、城市有機(jī)更新區(qū)交通環(huán)境模擬

和諧的生長于城市環(huán)境之中是綠色建筑的核心本質(zhì)，而立足于區(qū)域環(huán)境模型的模擬分析是其中的一部分重要工作，除了可以基于Simulation CFD軟件實(shí)現(xiàn)的自然條件環(huán)境分析之外，交通分析也是一個重要切入點(diǎn)。如在本項(xiàng)目中向西側(cè)道路增加了兩處開口，高峰時交通壓力的影響如通過BIM進(jìn)行模擬評估，應(yīng)該能得到具有說服力的解釋，但由于專業(yè)的制約，這一點(diǎn)的BIM應(yīng)用我們?nèi)栽谘芯恐小?/p>

2、通過日照反切建筑最大容積研究

本方案因日照條件而生，在方案前期中國院是通過日照計(jì)算軟件中的日照圓錐與建筑體量進(jìn)行布爾運(yùn)算再導(dǎo)入Sketchup中得到的原始體量，這也可以說是一個樸素而笨拙的BIM方式。在接觸BIM系列軟件之后，中國院試圖用Vasari和Ecotect得到這個體量，以實(shí)現(xiàn)后期深化設(shè)計(jì)中與Revit進(jìn)行無縫連接，但目前仍未獲得理想的結(jié)果。

3、多層平臺排水系統(tǒng)模擬

本方案逐層疊落的平臺提供了很多可以通過BIM研究并得到有效結(jié)論的切入點(diǎn)，多層屋面的排水系統(tǒng)設(shè)置是本方案的一個難點(diǎn)，如果將排水系統(tǒng)與建筑形態(tài)結(jié)合，通過模擬分析得到各層雨水量與排水設(shè)施之間的關(guān)系，這也是中國院仍在努力探索的一個方面。

＞＞圖9 鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

感言

BIM幫助我們在二維的空間里解決三維的問題，但作為建筑師而言，我們還要訓(xùn)練自己三維的頭腦，在真實(shí)的世界里豐富個人的體驗(yàn)，讓虛擬的BIM模型生動鮮活。

——中國建筑設(shè)計(jì)研究院一合建筑設(shè)計(jì)研究中心副主任、創(chuàng)新科研示范中心項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 柴培根

機(jī)電專業(yè)的BIM之路還有很長要走。

——中國建筑設(shè)計(jì)研究院綠色建筑研究中心副主任 趙昕

BIM理念作為一種系統(tǒng)化的工具和設(shè)計(jì)方法，不僅開啟了行業(yè)本身工作方式的換代升級，更從思維方式理性拓展了建筑師的思路，并將帶動評估建筑的科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的升級。

——中國建筑設(shè)計(jì)研究院一合建筑設(shè)計(jì)研究中心、創(chuàng)新科研示范中心項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 周凱

BIM軟件的三維設(shè)計(jì)帶來了新的設(shè)計(jì)理念，新的配合方式，同時也帶來新的難度，未來的設(shè)計(jì)從BIM三維設(shè)計(jì)開始，展現(xiàn)一片可見的三維設(shè)計(jì)空間。

——中國建筑設(shè)計(jì)研究院結(jié)構(gòu)一室工程師 孫海林

基于BIM的Revit軟件，它讓我感受到了全專業(yè)在一個模型里完成協(xié)同的強(qiáng)大功能。

——中國建筑設(shè)計(jì)研究院一合建筑設(shè)計(jì)研究中心建筑師 任