關(guān)于數(shù)字技術(shù)輔助綠色建筑方案設(shè)計的研究

擁浩

摘要：21世紀隨著我國經(jīng)濟不斷的提高，科技不斷的進步，數(shù)字技術(shù)在各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，關(guān)于數(shù)字技術(shù)輔助綠色建筑設(shè)計，國外學(xué)界在其理論基礎(chǔ)及技術(shù)路線等方面已有一定討論。該領(lǐng)域可被看作是設(shè)計方法的另一切入點，對我國目前推進可持續(xù)發(fā)展方針和建筑領(lǐng)域語匯的多樣性來說均具有切實意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)字技術(shù);綠色建筑方案;設(shè)計

引言

數(shù)字技術(shù)是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息時代的特殊產(chǎn)物，與電子計算機相伴相生的科學(xué)技術(shù)，具有多樣化、模塊化、連續(xù)化特征，基本已滲透至各行業(yè)。數(shù)字技術(shù)與綠色建筑設(shè)計兩者的融會貫通，對我國建筑設(shè)計領(lǐng)域未來生態(tài)化和綠色化發(fā)展起到了積極的推動作用。本次研究緊緊圍繞數(shù)字技術(shù)和綠色建筑設(shè)計相關(guān)內(nèi)容，對綠色建筑設(shè)計中數(shù)字技術(shù)所發(fā)揮作用進行深入探討，進而為方案的優(yōu)化與完善提供科學(xué)的參考。

1數(shù)字技術(shù)與綠色建筑設(shè)計的基礎(chǔ)特征

1.1傳統(tǒng)綠色建筑設(shè)計特征

從傳統(tǒng)綠色建筑設(shè)計來看，具體方案的節(jié)能與否無法憑借設(shè)計師自身經(jīng)驗和審美判斷，而以數(shù)字技術(shù)為平臺所建立的各種數(shù)據(jù)模擬技術(shù)可以對建筑綠色設(shè)計方案進行綜合測評。所以綠色建筑所采取的設(shè)計路線為常規(guī)設(shè)計，即運用專業(yè)軟件模擬建筑室內(nèi)外風、光、熱、能耗等物理環(huán)境，并圍繞結(jié)果數(shù)值進行量化比對，從而實現(xiàn)對方案節(jié)能與能耗的有效評估。一般情況下，建筑設(shè)計方案的生態(tài)性測評活動需在前期所有設(shè)計工作完成后開展，如施工圖設(shè)計完成后方可進行節(jié)能計算。因此，綠色建筑設(shè)計的“模擬”也是一種評價和檢驗方案的流程，而并非全部納入設(shè)計前期。若綠色設(shè)計工具在建筑方案中無法發(fā)揮自身作用和效應(yīng)，將對生態(tài)設(shè)計整體效率產(chǎn)生嚴重影響。NilesLarsson在GBC2000中提出一種全新的工作流程，即：綠色技術(shù)+建筑設(shè)計模式。其中，在建筑的初步設(shè)計環(huán)節(jié)，能耗模擬、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及設(shè)備設(shè)計等相關(guān)內(nèi)容被設(shè)計為一個循環(huán)體，可將工程師相關(guān)設(shè)計評價和設(shè)計意見進行總結(jié)和統(tǒng)計，生成系列化的“反饋信息”，進而對初始方案進行修繕和更新。該過程也被視為循環(huán)設(shè)計，主要目的在于突出“數(shù)據(jù)反饋”的重要地位。

1.2數(shù)字技術(shù)特征

數(shù)字技術(shù)是典型的參數(shù)化技術(shù)，其核心在于構(gòu)建相應(yīng)的“關(guān)系模型”。目前，部分參數(shù)化軟件在早期開發(fā)過程中，均被賦予了“記錄建構(gòu)歷史”的功能特性，其中最具代表的軟件就是Rhino、Maya等，此類軟件也是早期關(guān)聯(lián)性技術(shù)和參數(shù)化技術(shù)的具體體現(xiàn)。當軟件在描述建筑設(shè)計中各幾何體結(jié)構(gòu)時，自始至終堅持“高維提取低維，低維構(gòu)建高維”的理念原則。但從某種角度來看，“記錄建構(gòu)歷史”主要所記錄內(nèi)容為各種規(guī)則下的具體“關(guān)系”，如，模型建立“關(guān)系”，并且通過對原始幾何信息相關(guān)結(jié)果的有效更改，可在某種程度上強化參數(shù)化系統(tǒng)內(nèi)部“關(guān)聯(lián)性”。由于傳統(tǒng)建模軟件平臺中RecordHistory實際功能存在某種限制，目前，“Grasshopper”參數(shù)化平臺是應(yīng)用最為廣泛的關(guān)系模型軟件。因而，參數(shù)化技術(shù)又被認為是一種“關(guān)聯(lián)模型”，相關(guān)數(shù)據(jù)的輸出主要由模型一端所負責，可有效指導(dǎo)不同類型的系統(tǒng)操作，并在對關(guān)聯(lián)記錄后進行傳遞，最終形成對設(shè)計結(jié)果的有效輸出。而該“關(guān)聯(lián)模型”的核心就是“關(guān)聯(lián)性”，可以有效控制相關(guān)“過程”和“數(shù)據(jù)”。

2數(shù)字技術(shù)輔助綠色建筑方案設(shè)計的策略

2.1組團層級

從宏觀層面來看，傳統(tǒng)聚落、居住區(qū)域以及城市設(shè)計等的綠色生態(tài)設(shè)計主要可以從兩個關(guān)系著手：建筑與建筑的關(guān)系、建筑與環(huán)境的關(guān)系。在各建筑體系之間，需要綜合規(guī)劃和設(shè)計建筑群落整體朝向、建筑與街道、建筑樓間距以及建筑與開放空地等建筑組團布局;而在建筑與環(huán)境關(guān)系中，則需要考慮自然環(huán)境中各個不同要素與建筑之間的關(guān)系，如，光照、風、土地、地形、水源和植被等。從整體上來看，以組團形式為主的生態(tài)策略，

重點在于優(yōu)化建筑整體布局的形態(tài)和關(guān)系，進而從根本上提高對室外風環(huán)境、自然采光以及陽光輻射等自然資源的有效利用。依托相關(guān)數(shù)字化平臺進行關(guān)聯(lián)模型的建立，以便于對群組形態(tài)及空間關(guān)系的系統(tǒng)描述，通過有效輸入建筑相關(guān)參數(shù)，如，形態(tài)、高度、數(shù)量以及疏密等等，合理調(diào)節(jié)建筑最終所呈現(xiàn)效果。從評測體系所設(shè)定待優(yōu)化目標來看，室外風環(huán)境、熱環(huán)境、容積率以及建筑采光優(yōu)劣等均可借助性能模擬所獲結(jié)果數(shù)據(jù)實現(xiàn)“反饋優(yōu)化”，進而從根本上確保建筑組團布局的生態(tài)性與科學(xué)性。城市生成。該策略主要在一些國際性城市設(shè)計競賽或數(shù)字城市設(shè)計研究中較為常見，其生成主要是為了進一步確定建筑整體形態(tài)結(jié)構(gòu)的原型，而相關(guān)性能模型則可在一定程度上為城市群落的生成，提供“中間數(shù)據(jù)”支撐。相較于其他形式，這種在城市設(shè)計上的創(chuàng)新與探索，極富建筑設(shè)計色彩，并且在參數(shù)關(guān)聯(lián)模型的相關(guān)控制之下，因此可生成更具整體性、有機性、純粹性的城市結(jié)構(gòu)和城市形態(tài)。反饋優(yōu)化。該策略主要在一些已經(jīng)確定城市片區(qū)或居住區(qū)的建筑群組結(jié)構(gòu)中較為常見，通過單個目標或多個目標的設(shè)定，以實現(xiàn)對各建筑單體朝向、層高、布局和開間進行系統(tǒng)優(yōu)化。

2.2體量層級

在設(shè)計體量層級建筑主體時，需綜合考慮兩方面內(nèi)容：一是建筑形態(tài)，二是功能布局。前者對建筑節(jié)能的影響主要包括以下三種因素，如，建筑體型系數(shù)、庭院設(shè)置以及界面形狀等。另外，形體組合關(guān)系也是影響建筑整體性能的一大重要影響因素。而針對建筑的不同功能的布局和劃分，需將用戶使用形式和用戶在空間內(nèi)的活動量等因素納入考慮方位。在惡劣氣候朝向設(shè)置次要房間，充當整個建筑空間的“生態(tài)緩沖區(qū)”，并通過各機電設(shè)備進行區(qū)域化和集中化布置，進而從根本上降低對建筑能源的過度消耗。

2.3細部層級

（1）概述對于建筑細部層級的綠色設(shè)計討論同樣可分為兩個方面。一是優(yōu)化設(shè)計方案外圍護體系的細部構(gòu)造。對此，維護結(jié)構(gòu)的熱工性能好壞決定其生態(tài)與否，一般認為構(gòu)造層次的傳熱系數(shù)K值較小則較為綠色低碳，即“墻體越厚越保溫”。而細部的優(yōu)化處理則為了防止因結(jié)構(gòu)外露及門、窗等處形成“冷熱橋”而降低外圍護體系的整體性能。二是建筑外立面（如開窗、遮陽等元素）的設(shè)計深化。開窗處往往是維護體系熱工性能的薄弱環(huán)節(jié)，其大小、位置以及用材、構(gòu)造等都需從生態(tài)優(yōu)化的角度重新定位。遮陽是建筑被動節(jié)能的主要措施之一，其能有效降低進入室內(nèi)的陽光輻射，并改善自然采光均勻度，是構(gòu)成建筑外立面的一類重要元素。有研究顯示，外遮陽措施節(jié)能效率可達10%～24%，而其造價僅占工程總造價的2%～5%，可被看作低投入、高效率的建筑被動式節(jié)能技術(shù)典范。（2）數(shù)字技術(shù)介入在已經(jīng)確定方案體量的前提之下，數(shù)字技術(shù)在細部層級的介入主要體現(xiàn)在性能評測結(jié)果數(shù)據(jù)的“控制深化”，例如運用參數(shù)化關(guān)聯(lián)模型總體控制建筑表皮的生成，而生態(tài)模擬則為之提供了合理的數(shù)據(jù)來源，即表皮構(gòu)件中各元素遞變的“外力”，用以整體控制、干預(yù)界面的結(jié)構(gòu)形態(tài)和呈現(xiàn)效果。

結(jié)束語

影響建筑生態(tài)性能的主要策略基本在方案設(shè)計階段確定，即初期的概念設(shè)計成果往往對建筑最終生態(tài)節(jié)能與否有較大影響。無論從國家對建筑節(jié)能的硬性指標、國內(nèi)目前的建筑能耗現(xiàn)狀，還是從建筑師所肩負的社會責任出發(fā)，推行綠色低能耗設(shè)計都勢在必行。

參考文獻：

[1]吳維，吳堯.綠色建筑節(jié)能設(shè)計中的BIM技術(shù)[J].工業(yè)建筑，2019，49（10）：230-231.