生態(tài)模擬技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探析

邵 爽 左雅麗（同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司煙臺分公司，山東 煙臺 264000）

現(xiàn)代化建筑設(shè)計(jì)理念的不斷更新，為建筑行業(yè)的發(fā)展給予了助力，為了滿足生態(tài)建設(shè)持續(xù)化發(fā)展需求，在建筑設(shè)計(jì)時，提出了一種針對建筑設(shè)計(jì)的綠色理念，即在設(shè)計(jì)中，從節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境等角度入手，致力于提高開發(fā)設(shè)計(jì)成果的市場價(jià)值[1]。為了實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)工作，應(yīng)全面推進(jìn)綠色設(shè)計(jì)理念，本文將基于生態(tài)模擬技術(shù)，開展綠色建筑設(shè)計(jì)的研究。

1 綠色建筑設(shè)計(jì)生態(tài)環(huán)境指標(biāo)

建設(shè)綠色化建筑工程項(xiàng)目，是引領(lǐng)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)，把握產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)宏觀發(fā)展的關(guān)鍵。為了建設(shè)社會經(jīng)濟(jì)“高端產(chǎn)業(yè)新區(qū)”，需要將建立“立體化交通網(wǎng)絡(luò)、生態(tài)化商業(yè)服務(wù)圈”作為主要工作，將高端、新興、低碳、環(huán)保、生態(tài)等規(guī)劃理念融入建筑設(shè)計(jì)工作中，以此種方式，為建筑內(nèi)的受眾群體營造或提供一個相對優(yōu)質(zhì)的生存環(huán)境[2]。因此，在建設(shè)或開發(fā)綠色建筑時，施工方的首要工作是明確此建筑的綠色化建設(shè)目標(biāo)，明確開發(fā)不同項(xiàng)目在市場中的地位與價(jià)值，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)科學(xué)的建筑方案，使設(shè)計(jì)成果成為國家試點(diǎn)生態(tài)建筑工程項(xiàng)目。

在明確綠色建筑設(shè)計(jì)必要性與重要性的基礎(chǔ)上，將《綠色建筑設(shè)計(jì)與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T65307-2008）、《民居建筑綠色化設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ/T6700-2012）標(biāo)準(zhǔn)作為參照標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合綠色建筑的空間布局設(shè)計(jì)要求、功能定位需求、建筑項(xiàng)目運(yùn)營標(biāo)準(zhǔn)，提出五個方面針對綠色建筑設(shè)計(jì)的生態(tài)環(huán)境指標(biāo)，具體內(nèi)容見圖1。

圖1 綠色建筑設(shè)計(jì)生態(tài)環(huán)境指標(biāo)

圖1明確了基于生態(tài)模擬角度下，綠色建筑設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)，為了進(jìn)一步落實(shí)此項(xiàng)工作，優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)工作，下述將從提出的三個指標(biāo)方面展開詳細(xì)研究。

2 生態(tài)模擬技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探析

2.1 生態(tài)模擬技術(shù)在綠色建筑日照環(huán)境設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

結(jié)合大量研究結(jié)果表明，大寒日8：00～16:00 時段中，建筑的底層滿窗結(jié)構(gòu)的日照時間不得小于2h，以此才能夠滿足綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)規(guī)定。當(dāng)前，大部分建筑的日照條件基本能夠符合上述規(guī)定，為了進(jìn)一步探究不同建筑群區(qū)域中日照環(huán)境是否能夠滿足設(shè)計(jì)要求，可引入生態(tài)模擬技術(shù)對其進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)合驗(yàn)證得出的結(jié)果，對日照條件不符合綠色建筑建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)行日照環(huán)境優(yōu)化設(shè)計(jì)[3]。若建設(shè)條件允許，則可以在建筑頂層結(jié)構(gòu)上增設(shè)導(dǎo)光管，利用該裝置實(shí)現(xiàn)自然采光，并將采集到的自然光引入到室內(nèi)，以此彌補(bǔ)建筑日照條件不符合綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的問題。除此之外，也可采用低能耗的照明燈具，通過人工采光的方式實(shí)現(xiàn)對光照條件的優(yōu)化。

針對處于商業(yè)區(qū)域的綠色建筑，為了滿足綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可在設(shè)計(jì)中大量引入可再生能源，并利用其替代以往不可再生資源[4]。太陽能是綠色建筑一體化設(shè)計(jì)的最佳再生能源，在選擇這一能源時，應(yīng)當(dāng)對綠色建筑的日照時數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，針對其太陽能資源的具體分布情況進(jìn)行確定，并選擇符合該區(qū)域建設(shè)要求的太陽能光伏組件，將獲取到的相關(guān)信息作為綠色建筑設(shè)計(jì)的參考依據(jù)[5]。通常情況下，商務(wù)區(qū)中的建筑較多，對于建筑高度的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)在滿足日照時數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。對于商務(wù)區(qū)建筑高度立面而言，日照時數(shù)不得小于3h，并且整個屋面的日照時數(shù)應(yīng)當(dāng)不小于6h。

2.2 生態(tài)模擬技術(shù)在綠色建筑風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

建筑的風(fēng)環(huán)境會直接影響到建筑內(nèi)居民居住的舒適性以及室內(nèi)自然通風(fēng)的效果，同時也會在一定程度上影響到建筑周圍污染氣體的運(yùn)輸和傳遞[6]。選擇風(fēng)速和風(fēng)壓數(shù)值最佳時建筑外窗開啟高度的數(shù)值作為標(biāo)準(zhǔn)，在結(jié)合建筑設(shè)計(jì)合理性的基礎(chǔ)上，對建筑外窗開啟高度進(jìn)行調(diào)整。結(jié)合綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，要求在建筑物周圍人行區(qū)域內(nèi)1.5m高位置上的風(fēng)速不得超過5m/s，以此避免對行人行走造成影響，同時也能夠有效避免由于強(qiáng)風(fēng)出現(xiàn)造成卷刮物撞碎玻璃的問題產(chǎn)生[7]。常見的通風(fēng)結(jié)構(gòu)包括中庭通風(fēng)和單面通風(fēng)兩種，如圖2所示。

圖2 建筑通風(fēng)結(jié)構(gòu)示意圖

在選擇通風(fēng)結(jié)構(gòu)時，可利用生態(tài)模擬技術(shù)對建筑場區(qū)內(nèi)風(fēng)速的分布情況進(jìn)行模擬，推算出其最低風(fēng)速和最高風(fēng)速。將得出的數(shù)值作為依據(jù)，確定整個區(qū)域的平均風(fēng)速，并將其與綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對比，根據(jù)對比結(jié)果對通風(fēng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而確保完成綠色建筑設(shè)計(jì)時，通風(fēng)結(jié)構(gòu)為最佳。

2.3 生態(tài)模擬技術(shù)在綠色建筑聲環(huán)境設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在對綠色建筑的聲環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)時，結(jié)合綠色建筑聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可知，當(dāng)噪聲超過40dB 時，認(rèn)為該建筑周圍存在明顯噪聲超標(biāo)問題。針對這一問題，引入生態(tài)模擬技術(shù)，將設(shè)計(jì)的聲環(huán)境參數(shù)輸入到模擬軟件當(dāng)中，通過軟件計(jì)算得出各個方位上的噪聲數(shù)值，將該數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)噪聲上限對比，以此實(shí)現(xiàn)對聲環(huán)境設(shè)計(jì)可行性的驗(yàn)證。圖3 為建筑不同方向上的噪聲級模擬示意圖。

圖3 建筑不同方向上的噪聲級模擬示意圖

從圖3 所示的建筑不同方向上的噪聲級模擬示意圖可以看出，在該建筑周圍西側(cè)噪聲和東側(cè)噪聲已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過40dB噪聲上限。在生態(tài)模擬過程中，可設(shè)定一個針對設(shè)計(jì)建筑的允許噪聲范圍，明確噪聲的最大允許值為40dB，將這一數(shù)據(jù)作為參照，進(jìn)行演算與推理，得到建筑在各個立面的隔聲量應(yīng)保持在15dB～35dB范圍內(nèi)。除此之外，對于建筑不同高度而言，其噪聲等級也會存在一定差異，通過模擬得出，當(dāng)建筑中噪聲集中在40m 以下區(qū)域時，可以明確此時噪聲在建筑內(nèi)呈現(xiàn)一種逐步衰減的變化趨勢，當(dāng)建筑中噪聲集中在40m～90m 區(qū)域時，可明確此時噪聲在建筑內(nèi)呈現(xiàn)一種逐步遞增的變化趨勢，當(dāng)建筑高度超過90m時，此時噪聲又會呈現(xiàn)出逐漸衰減的變化趨勢。同時，聲源的范圍較大時會出現(xiàn)噪聲疊加的情況，此時噪聲的分布會表現(xiàn)出沒有規(guī)律的變化，進(jìn)而產(chǎn)生特異性。針對這一問題，在對綠色建筑聲環(huán)境設(shè)計(jì)時，應(yīng)當(dāng)綜合考慮建筑高度以及對隔聲量的具體要求，針對同一高度的立面聲環(huán)境設(shè)計(jì)參數(shù)也可不同。在選擇隔聲窗時還需要從材質(zhì)和性能等多方面綜合選擇，一方面起到降低噪聲的效果，另一方面促進(jìn)綠色建筑整體經(jīng)濟(jì)效益的提升。

3 對比分析

為檢驗(yàn)生態(tài)模擬技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的可行性，選擇麗澤金融商務(wù)建筑群項(xiàng)目，作為此次對比實(shí)驗(yàn)的研究對象，對此建筑在設(shè)計(jì)前期的基礎(chǔ)信息進(jìn)行描述。建筑商業(yè)區(qū)域施工有效面積約為923 萬m2，此建筑群中的核心建筑占地面積約為305 萬m2。在設(shè)計(jì)前，考慮到此類建筑結(jié)構(gòu)具有多樣性、規(guī)?；忍攸c(diǎn)，建筑群中不僅包括既有建筑結(jié)構(gòu)，還包括商業(yè)建筑群、辦公建筑樓群、酒店建筑樓群與新建建筑樓群，其中新建建筑樓群的有效占地面積超過568 萬m2，大部分建筑結(jié)構(gòu)為高層結(jié)構(gòu)建筑，占建筑總面積的七成左右。

掌握此次開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)信息后，引進(jìn)本文提出的生物模擬技術(shù)，對此建筑的日照環(huán)境、風(fēng)環(huán)境與聲環(huán)境進(jìn)行模擬分析。

在此過程中，將建筑群相關(guān)信息以直觀數(shù)據(jù)的方式導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，構(gòu)建一個針對此建筑的結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)設(shè)計(jì)中的需求，對部分關(guān)鍵設(shè)計(jì)位置進(jìn)行參數(shù)化處理，并按照施工標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)入數(shù)據(jù)。根據(jù)綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，使用生態(tài)模擬軟件，導(dǎo)入本建筑地區(qū)氣象數(shù)據(jù)，結(jié)合此建筑的地理位置，利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對綠色建筑在設(shè)計(jì)中的能耗模擬。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行建筑中日照、通風(fēng)、隔音等方面內(nèi)容的整體布置與規(guī)劃。

根據(jù)上文提出的綠色建筑生態(tài)環(huán)境指標(biāo)，將建筑距地1.5m位置的風(fēng)速控制達(dá)標(biāo)率與噪聲測試達(dá)標(biāo)率作為此次對比實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)指標(biāo)，對比基于生態(tài)模擬技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)后的風(fēng)速控制設(shè)計(jì)指標(biāo)與噪聲控制設(shè)計(jì)指標(biāo)的達(dá)標(biāo)率。其中風(fēng)速控制指標(biāo)達(dá)標(biāo)率見表1。

表1 建筑距地1.5m位置的風(fēng)速控制達(dá)標(biāo)率

在此基礎(chǔ)上，隨機(jī)選擇建筑群內(nèi)若干個測點(diǎn)，在測點(diǎn)進(jìn)行噪聲隔音檢測，根據(jù)《綠色建筑設(shè)計(jì)與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T65307-2008）中相關(guān)內(nèi)容要求，設(shè)定綠色建筑隔音標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行噪聲控制實(shí)驗(yàn)，對比噪聲達(dá)標(biāo)率，見圖4。

圖4 噪聲控制達(dá)標(biāo)率

從圖4與表1所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，按照本文引進(jìn)的生態(tài)模擬技術(shù)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)，可以保證噪聲控制達(dá)標(biāo)率與風(fēng)速控制達(dá)標(biāo)率達(dá)到100%，而使用傳統(tǒng)方法進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)，無法實(shí)現(xiàn)100%達(dá)標(biāo)率要求。

4 結(jié)語

如何實(shí)現(xiàn)建筑在設(shè)計(jì)中的高效率、低耗能，一直是建筑方與設(shè)計(jì)方重點(diǎn)關(guān)注的問題，為了全面落實(shí)并推進(jìn)此項(xiàng)工作，施工方應(yīng)聯(lián)合技術(shù)人員在建筑工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段，對綠色設(shè)計(jì)工作加以管控，從不同角度對設(shè)計(jì)成果的可行性進(jìn)行評估與模擬，配合專業(yè)設(shè)計(jì)人員，對建筑方案進(jìn)行全面優(yōu)化與改進(jìn)，提高建筑的綠色化程度，推動綠色建筑在我國規(guī)范化與規(guī)模化發(fā)展，提升建筑的綜合效益與經(jīng)濟(jì)效能。